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        4  研究現(xiàn)狀

        4.1  催化劑開發(fā)

        催化劑是丙烯腈工藝中的關(guān)鍵。各公司著重于催化劑的開發(fā)，提高催化劑性能與活性，最終以提高丙烯腈的收率。近年來一些主要生產(chǎn)廠商紛紛推出新一代催化劑。如StandardOil公司聲稱其催化劑主要組分為Mo、Bi、Fe、Co等十種金屬的混合氧化物，以50%的硅土作為載體，反應(yīng)溫度435 ℃，丙烯轉(zhuǎn)化率為96.4%，丙烯腈收率達(dá)到80.2%。旭化成公司也透露采用50% α-低鋁氧化硅載體的金屬氧化物催化劑，收率達(dá)到84.3%。這些催化劑的共同特點(diǎn)是制作簡(jiǎn)單、活性高、反應(yīng)溫度低(從而延長(zhǎng)催化劑壽命)、高烴/空氣比、氨轉(zhuǎn)化率高等特點(diǎn)，提高了收率，并減少了環(huán)境污染。目前居于世界領(lǐng)先水平的催化劑有美國(guó)BP公司C-49MC、日東化學(xué)的NS-733D。目前國(guó)內(nèi)主要采用MB-82和MB-86，特別是M-86達(dá)到國(guó)際水平，與最新的C-49MC相當(dāng)。近期上海石化股份公司研制的CTA5低氧比催化劑也具有很好應(yīng)用前景。

        4.2  新工藝開發(fā)

        從20世紀(jì)90年代初起，以BP、三菱化成公司(MCC)為代表的丙烯腈生產(chǎn)廠商開始了以丙烷為原料的開發(fā)研究工作。丙烷比丙烯價(jià)格便宜得多，而且容易獲得。BP公司介紹，丙烷直接氨氧化有望比丙烯氨氧化降低30%的生產(chǎn)成本。該項(xiàng)工藝已由BP在中試裝置中得到驗(yàn)證。BP以純氧為氧化劑，在Bi-Mo系氧化物中機(jī)械混入V-P-W-O系氧化物的雙組分催化劑，其反應(yīng)條件與丙烯類同，VSbWOx氧化物不僅具有氧化脫氫作用，也具有氨氧化功能。而三菱化成則以空氣為氧化劑，采用MoVTeNb多組分氧化物，可在400～450 ℃范圍內(nèi)使用，氧化活性高，丙烯腈選擇性高。然而丙烷本身相對(duì)較低的反應(yīng)性能阻礙了丙烷路線的工業(yè)化進(jìn)程。為此，BOC與三菱化學(xué)公司共同開發(fā)了獨(dú)特的循環(huán)工藝，可將循環(huán)物流中惰性氣體與碳氧化物選擇性除去，原料回收率近100%。該循環(huán)過程的優(yōu)勢(shì)在于可以在低反應(yīng)單程轉(zhuǎn)化率情況下提高產(chǎn)物選擇性和總體收率。而且大幅度減少了CO₂的生成量，使生產(chǎn)成本降低約10%，原材料費(fèi)用降低約20%，從而解決了低轉(zhuǎn)化率帶來的原料浪費(fèi)問題，為丙烷制丙烯腈路線在本世紀(jì)初實(shí)現(xiàn)工業(yè)化打下了基礎(chǔ)。

       日本旭化成公司開發(fā)的丙烷制丙烯腈工藝，將丙烷、氨和氧氣在裝填專用催化劑的管式反應(yīng)器中反應(yīng)，其催化劑在二氧化硅上負(fù)載20%～60%的Mo、V、Nb或Sn金屬，反應(yīng)中采用惰性氣體進(jìn)行稀釋，反應(yīng)條件為415 ℃和0.1 MPa。當(dāng)丙烷轉(zhuǎn)化率為90%時(shí)，丙烯腈選擇性為70%，丙烯腈總收率約為60%，現(xiàn)已經(jīng)進(jìn)行中試。該公司將采用丙烷法新技術(shù)在川崎工廠150 kt/a的丙烯腈生產(chǎn)裝置上進(jìn)行實(shí)際生產(chǎn)。計(jì)劃在工業(yè)裝置上進(jìn)行批量生產(chǎn)完全有把握后，再?zèng)Q定在海外建大型丙烯腈生產(chǎn)裝置，主要是計(jì)劃在韓國(guó)東西石化公司新建200 kt/a裝置。

       5  市場(chǎng)分析及預(yù)測(cè)

       5.1  國(guó)際市場(chǎng)分析

       近年來隨著丙烯腈下游產(chǎn)品腈綸、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯/苯乙烯(ABS/AS)、丙烯酰胺、丁腈橡膠和丁腈膠乳、己二腈和己二胺等的發(fā)展，特別是下游精細(xì)化工新品的不斷開發(fā)與應(yīng)用，世界的丙烯腈需求量也不斷增加。1995～2002年，世界丙烯腈年均增長(zhǎng)率約為4%。生產(chǎn)能力從4750 kt/a增至5932 kt/a，產(chǎn)量由4330 kt/a增至5150 kt/a。

       雖然世界各國(guó)消費(fèi)構(gòu)成不同，但是從總體上來說，世界上大約有61%的丙烯腈用于生產(chǎn)腈綸纖維，年需求量以2%～3%的速率增長(zhǎng)；ABS是丙烯腈的第二大用戶，因該產(chǎn)品具有高強(qiáng)度、耐熱、耐光和耐溶劑性能好等特點(diǎn)，今后10年其需求量將以4.5%的速度增長(zhǎng)；丁腈橡膠應(yīng)用比例大約占4%，年增長(zhǎng)率在1%以上，主要用在汽車行業(yè)上；近年來己二腈用量增多，年增長(zhǎng)率為4%，主要用于生產(chǎn)烏洛托品；丙烯酰胺的需求量亦以年均2%的速率增長(zhǎng)，主要用于紙張、廢水處理、礦石處理、油品回收、三次采油化學(xué)品等方面。丙烯腈在其它方面應(yīng)用也較多，如生產(chǎn)碳纖維、水處理樹脂、防腐劑、涂料等，需求量將以年均3%的速率增長(zhǎng)。

        美國(guó)是世界上丙烯腈最大的生產(chǎn)國(guó)與出口國(guó)，西歐丙烯酰胺將是未來丙烯腈消耗量增加最快的領(lǐng)域。權(quán)威結(jié)構(gòu)分析預(yù)測(cè)，丙烯腈主要下游產(chǎn)品腈綸從長(zhǎng)期發(fā)展來看，對(duì)丙烯腈需求增長(zhǎng)不大；ABS需求增長(zhǎng)也呈現(xiàn)平穩(wěn)態(tài)勢(shì)；丙烯酰胺可能會(huì)以一定速度的增加。因此上述國(guó)家和地區(qū)丙烯腈市場(chǎng)需求增長(zhǎng)較緩。

        亞洲地區(qū)將是未來丙烯腈消費(fèi)增長(zhǎng)最快的地區(qū)，亞洲地區(qū)的韓國(guó)、印度、中國(guó)均是世界主要丙烯腈的進(jìn)口國(guó)。隨著一些丙烯腈裝置的建設(shè)，將大大緩解亞洲丙烯腈的供需矛盾，由于亞洲地區(qū)未來需求增長(zhǎng)較快，仍需進(jìn)口一定量的丙烯腈滿足亞洲各國(guó)的需求。

        2002年丙烯腈的消費(fèi)比例約為，美國(guó)、西歐、日本消費(fèi)量占總消費(fèi)量的17%、22.9%、14.5%，預(yù)計(jì)2005年美國(guó)、西歐、日本需求量將分別降為15%、19.5%、12.5%。亞洲地區(qū)消費(fèi)量將由2002年的45%左右的比例上升到2005年的53%左右，這種需求量的變化反應(yīng)世界丙烯腈的重心開始由美國(guó)向遠(yuǎn)東及其他發(fā)展國(guó)家中轉(zhuǎn)移，亞洲地區(qū)將成為未來世界丙烯腈生產(chǎn)與貿(mào)易中心。

        5.2  國(guó)內(nèi)市場(chǎng)分析

        我國(guó)丙烯腈主要用作腈綸，近10年來我國(guó)丙烯腈飛速發(fā)展，1992年產(chǎn)量?jī)H為80.5 kt，2002年國(guó)內(nèi)產(chǎn)量約為470 kt，年均增長(zhǎng)率約為14.3%。1995～2002年我國(guó)丙烯腈產(chǎn)量與進(jìn)口情況詳見表4。

        預(yù)計(jì)2005年我國(guó)腈綸的生產(chǎn)能力將達(dá)到600 kt/a，腈綸對(duì)丙烯腈需求量將達(dá)500 kt/a左右；2005年ABS樹脂生產(chǎn)能力將達(dá)到800 kt/a，將消耗丙烯腈約320 kt/a；丙烯酰胺將消費(fèi)100 kt，SNA樹脂、丁腈橡膠及其他方面將消耗丙烯腈約180 kt。因此預(yù)計(jì)2005年我國(guó)丙烯腈的總需求量將達(dá)到1100 kt，與現(xiàn)有生產(chǎn)能力相差懸殊，發(fā)展?jié)摿涂臻g巨大。

          表4  我國(guó)近年丙烯腈產(chǎn)量與進(jìn)口情況/kt 

        6  建議

       我國(guó)丙烯腈工業(yè)與國(guó)外先進(jìn)水平相比，無論是生產(chǎn)技術(shù)、裝置規(guī)模、產(chǎn)品應(yīng)用等多個(gè)方面都存在較大差距。我國(guó)已經(jīng)加入WTO，丙烯腈工業(yè)既有良好的發(fā)展前景，又將面臨國(guó)外規(guī)模化高水平技術(shù)的沖擊。針對(duì)目前行業(yè)現(xiàn)狀，我國(guó)丙烯腈關(guān)鍵要加強(qiáng)技術(shù)進(jìn)步，提高裝置規(guī)模，并加大下游產(chǎn)品的開發(fā)與應(yīng)用，調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，促進(jìn)行業(yè)整體水平的提高。

        目前國(guó)內(nèi)外丙烯腈生產(chǎn)方法為丙烯氨氧化法，近年來丙烯腈合成原料由單一向多元化發(fā)展，國(guó)際以BP公司、旭化成公司為代表的丙烯腈生產(chǎn)廠家開發(fā)以丙烷為原料的直接氨氧化法，由于丙烷比丙烯價(jià)格便宜，而且來源廣泛，因此具有極好的發(fā)展前景。選擇丙烷為原料氨氧化制取丙烯腈的工藝路線可以取代以價(jià)格較昂貴的丙烯為原料的路線，對(duì)于提高資源的利用率有極其重要的意義。