环氧氯丙烷(ECH)是一种重要的有机化工原料和石油化工的重要中间体,主要用于生产环氧树脂、甘油、氯醇橡胶和其他衍生物,还可用作溶剂、增塑剂、阻燃剂和表面活性剂等。中国ECH行业最近几年市场变化比较明显,随着近年来环氧树脂的应用开发日新月异,需求快速增长,也促进了中国乃至世界环氧氯丙烷的快速发展。下面一起来了解下环氧氯丙烷工艺及发展现状。
环氧氯丙烷发展史
回顾ECH的世界历史,可以说最早由法国化学家马赫瑟岚·贝赫特洛首先发现的。
1854年,marcellin berthelot用盐酸处理粗甘油,然后用碱液水解,偶然得到ECH物质。数年后,Reboul提出这一物质可由DCH经苛性钠水解反应制得。直到九十年后的1948年,美国shell公司建成世界上第一座丙烯高温氯化法合成GEL的生产装置,ECH作为中间产物,开始大规模工业化生产。
20世纪60年代前后,为适应环氧树脂生产发展的需求,ECH开始以氯丙烯为原料作为主要产品进行生产。工业上ECH的生产方法主要有丙烯高温氯化法和醋酸丙烯酯法两种。前者在上面提到过,作为2010年以前世界主要的生产工艺,由美国Shell公司首次开发成功并生产;而后者则是由前苏联科学院以及日本昭和电工公司于20世纪80年代分别开发成功。
ECH在我国的发展
我国ECH生产始于20世纪60年代,1965年广州助剂厂率先采用用甘油法生产了ECH,1968年前后无锡树脂厂、沈阳化工厂等企业的丙烯高温氯化法装置相继建成投产。1998年,齐鲁石化公司引进日本旭硝子的丙烯高温氯化法技术建成3.2万吨/年装置投产后,才真正使我国的ECH的产能有了大幅度的提高。巴陵公司的ECH装置始建于20世纪七十年代,产能为1万吨/年,之后又在2002年全套引进2.4万吨/年的ECH装置。
2000年左右,随着石油燃料价格攀升和生物柴油的发展,生物柴油衍生副产甘油的大量产出,甘油路线生产ECH工艺成本上得以可行。该路线突出的优势是绿色环保,三废量较丙烯法得到极大减少,索尔维、江苏扬农、益海嘉里等企业是该工艺路线的领军者。目前,江苏益海嘉里、扬农化工、江苏瑞祥、浙江豪邦、山东民基等十多家公司均有甘油法制备环氧氯丙烷装置并投产。
2005年以前,中国ECH生产商其实才只有3家(齐鲁石化3.2万吨/年,天津渤天化工2.4万吨/年和巴陵石化3.5万吨/年),总产能当时仅仅只有9.1万吨/年,企业开工率当时高达92%。
正因为中国地区受巨大的市场缺口和高额利润空间因素的推动,2006年后中国开始掀起兴建ECH装置热潮,2007年产能突然快速增至46万吨/年,比2005年增长了4倍还多,开工率也降至80%左右。在随后的十年间,全国各地区装置陆续投产,然而也有一些传统丙烯法工厂被淘汰如齐鲁石化、莘县华祥以及渤海化工等等。
ECH生产工艺
目前世界上ECH的工业生产方法,主要有丙烯高温氯化法、醋酸丙烯酯法和甘油法3种。其中,丙烯高温氯化法是目前国内外最主要的生产方法,而甘油法由于经济、环保有望成为今后ECH技术的发展方向。
01经典工艺丙烯高温氯化法
主要原料:丙烯、氯气和石灰乳
主要流程:丙烯高温氯化--氯丙烯次氯酸化--二氯丙醇皂化--产品精制
02醋酸丙烯酯法
技术来源:80年代,前苏联科学院、日本昭和电工
主要原料:丙烯、氧气、醋酸、氯气、石灰
主要流程:丙烯氧化--酯化成醋酸丙烯酯--醋酸丙烯酯水解成丙烯醇--丙烯醇氯化成二氯丙醇--二氯丙醇皂化
03甘油法
主要原料:甘油、氯化氢、石灰乳、催化剂
主要流程:甘油与氯化氢反应得到高浓度的中间体二氯丙醇--二氯丙醇皂化--产品精制
04氯丙烯直接氧化法
该法源于20世纪80年代,英国interox化学公司在100-110℃下,利用过氧酸与氯丙烯进行环氧化反应,成功合成了环氧氯丙烷。目前,氯丙烯直接环氧化制备ECH一般采用双氧水、过氧酸、烷氧基过氧化氢、分子氧等为氧源进行研究,其中以双氧水作为氧化剂,中石化、大连化物所、江苏扬农等单位已经取得巨大突破,预计近几年将会建成多套装置。
05其它方法
除上述方法外,还有DOW公司开发的丙烯醛法和日本Asahi、Mitsubishi两家公司分别开发的丙酮法。
丙烯醛法包括丙烯氧化合成丙烯醛、丙烯醛氯化合成2,3-二氯丙醛、二氯丙醛氢化合成二氯丙醇、二氯丙醇皂化制ECH等工序。丙烯醛生成2,3-二氯丙醛的选择性为75.5%,2,3-二氯丙醛加氢成2,3-二氯丙醛的选择性为95%,该法减少了氯气的消耗和有机氯化物污水的排放,但由于能耗较高,一直难以实现工业化。
Asahi、Mitsubishi两家公司分别开发的丙酮法工艺包括丙酮氯化制1,3-二氯丙酮、二氯丙酮氢化制1,3-二氯丙醇、二氯丙醇皂化等工序,也未实现工业化。
不同路线优劣势对比
成本比较分析
按照丙烯:9000元/吨、氯气:100元/吨、甘油:5500元/吨计算
ECH生产情况
2016~2017年期间,全球ECH的产能大约在290万吨/年左右,实际生产数量一般在160-165万吨左右。全球ECH生产国家也是比较少的,中国、美国、德国、俄罗斯和日本等国家的产能大约占据了全球的总产能的88%以上。
产能趋向集中化,DOW、山东博汇、Solvay、Hexion、台塑等公司占总量的大半壁江山,全球ECH的工艺路线也是比较单一的,一般都是以丙烯高温氯化法为主,甘油氯化皂化法占比不到6%的水平。