首套乙烯法裝置落地!還有哪些MMA技術值得期待?


近日,河南中科濮原新材料有限公司甲基丙烯酸甲酯(MMA)新項目落地開工建設。項目總投資19.32億元,一期建設5萬噸/年裝置,同時建設二期部分公用工程;二期建設5萬噸/年裝置。兩期項目建成后最終達到10萬噸/年產能。項目采用國內首套乙烯法工藝技術,開辟了煤化工原料氣與石油化工制乙烯合成MMA的新路徑。


四步法生產MMA


我國MMA半數以上采用氫氰酸工藝,污染重、規模小、質量差,同時每噸MMA產生含氰廢渣1.5噸,難降解廢水15噸,難以處理,此外原料氫氰酸屬劇毒物質,建設氫氰酸合成裝置受到技術、原料和環保等多方面條件的限制。


中國科學院過程工程研究所自2010年開始研究乙烯-合成氣法制MMA的技術路線,該技術以合成氣和乙烯原料,采用四步法生產MMA,于2017年在河南省中原大化集團有限責任公司煤化工廠區建成了千噸級工業試驗裝置,并于2018年7月開車穩定運行,通過了72小時考核。


作為一種化工產品MMA可直接應用于離子交換樹脂、紙張上光劑、紡織印染助劑、皮革處理劑、阻垢分散劑、潤滑劑、潤滑油添加劑、原油降凝劑、木材和軟木材浸潤劑、電機線圈的浸透劑、絕緣灌注材料和塑料型乳液的增塑劑、環保型聚羧酸水泥減水劑、地板拋光、不飽和樹脂改性、甲基丙烯酸高級酯類等許多領域。


作為材料單體MMA主要應用于聚甲基丙烯酸甲酯(俗稱有機玻璃,PMMA)的生產,也可與其他乙烯基化合物共聚得到不同性質的產品,如用于聚氯乙烯(PVC)助劑ACR、MBS的制造以及作為第二單體應用于腈綸的生產。除了PMMA,MMA在國內另一個主要消費領域是用于生產溶劑型涂料、水性涂料以及乳膠漆。


2021年國內甲基丙烯酸及其酯類整體市場整體供應層面逐步充裕,特別隨著2021年浙石化新建9萬噸/年甲基丙烯酸甲酯建成投產以及山東利華益新建10萬噸/年甲基丙烯酸甲酯建成投產,國內甲基丙烯酸甲酯整體市場進入“買方市場”階段。


年內多個項目將投產


日前,新疆眾友浦匯科技有限公司年產11萬噸MMA項目一期年產1萬噸MMA裝置及配套公輔工程全部完工,即將正式投產。該項目于2020年入駐哈密伊吾工業園區,主要使用甲醇和醋酸甲酯合成MMA,實現了由煤化工到有機物轉化。項目一期擬投資12.8億元,二期擬投資56億元。


2月21日,上海市生態環境局對羅姆化學(上海)有限公司(以下簡稱羅姆化學)改擴建項目作出擬審批公示。為應對原料和產品市場變化,羅姆化學擬通過本項目全廠多套裝置進行技改或者擴能。其中提出MMA裝置技改,技改后MMA總產能最高可達12.7萬噸/年同時增加1條PMMA生產線,產能為2萬噸/年。整個改擴建項目總投資2.4億。


海南精細化工二期工程丙烯腈系列裝置總投資約27.8億元,建設20萬噸/年丙烯腈(AN)裝置,7萬噸/年MMA裝置,21.4萬噸/年廢酸回收(SAR)裝置等。預計10月底投產。


寶來新材料60萬噸/年ABS及其配套裝置項目位于國家規劃的重點石化產業基地——遼寧省盤錦市遼東灣新區,項目建設內容包括60萬噸/年ABS裝置、60萬噸/年丙烷脫氫(PDH)裝置,26萬噸/年丙烯腈(AN)裝置、10萬噸/年MMA裝置及配套項目,計劃年內投產。該套裝置采用“納米金催化甲基丙烯 醛一步法氧化酯化制MMA新工藝”,由中科院大連化物所黃家輝研究員團隊歷時6年研發,并與青島三力本諾新材料股份有限公司、清華大學化學工程系緊密合作和攻關


成熟工藝有三大類


目前,國內外生產MMA的成熟工藝有甲基丙烯酰胺水解酯化路線(丙酮氰醇法和甲基 丙烯腈法)、異丁烯氧化路線(三菱工藝和旭化成工藝)和乙烯羰基合成路線(BASF法和Lucite Alpha法)三類技術。


1.
甲基丙烯酰胺水解酯化路線

該路線是傳統的MMA生產方法,包括丙酮氰醇法和甲基 丙烯腈法,均經過甲基丙烯酰胺中間體水解、酯化合成MMA。


01 | 丙酮氰醇法(ACH法)
由美國璐彩特公司首先開發的ACH法是最早工業化生產MMA的方法,也是目前世界主流的MMA生產工藝。目前世界各國所采用的ACH法工藝技術基本相同,均采用丙酮、氫氰酸、硫酸和甲醇為原料,反應步驟包括:氰醇化反應、酰胺化反應和水解酯化反應。2019年新發布的《產業結構調整指導目錄》中,丙酮氰醇(ACH)法MMA被列入限制類。


02 | 甲基 丙烯腈法(MAN法)

日本旭化成在ACH路線基礎上,發展出甲基 丙烯腈(MAN)工藝,即異丁烯或叔丁醇氨氧化得到MAN,MAN與硫酸反應生成甲基丙烯酰胺,甲基丙烯酰胺再與硫酸、甲醇反應生成MMA。


2.
異丁烯氧化路線

異丁烯氧化法因其高效、環保等特點,一直是世界各大公司優選的技術路線,但其技術門檻較高,世界上曾經只有日本具有該技術,并對我國進行技術封鎖。該方法包括三菱工藝和旭化成工藝兩種。


01 | 三菱工藝(異丁烯三步法)

日本三菱人造絲公司開發了以異丁烯或叔丁醇為原料,經空氣兩步選擇氧化得到甲基丙烯酸(MAA),再與甲醇酯化生產MMA新工藝,并于1982年在大阪建成投產4萬噸工業裝置。國內上海華誼集團公司投入大量人力財力,經過兩代人長達15年之久的持續不懈努力,自主開發成功異丁烯兩步氧化及酯化清潔生產MMA技術,并于2017年12月在其位于山東菏澤的合資公司東明華誼玉皇建成投產5萬噸MMA工業裝置。


02 | 旭化成工藝(異丁烯二步法)

日本旭化成公司長期致力于直接酯化法生產MMA的開發工作,于1999年開發成功并在日本川崎建成投產一套6萬噸的工業化裝置,之后擴能至10萬噸。據悉,目前旭化成公司氧化酯化催化劑已由第一代的Pd-Pb提升為新一代的Au-Ni催化劑。2003—2008年,國內科研機構掀起了此方面的研究熱潮,先后有河北師范大學、中科院過程工程研究所、天津大學和哈爾濱工程大學等數家單位集中于Pd-Pb催化劑的開發和改進。2015年后國內對Au-Ni催化劑的研究掀起了另一輪熱潮,具有代表性的是中科院大連化物所。


3.
乙烯羰基合成路線

乙烯羰基合成路線工業化的技術包括BASF工藝和乙烯-丙酸甲酯工藝。


01 | 乙烯-丙醛法(BASF工藝)

BASF采用該技術于1988年6月建成投產一套3.6萬噸裝置。該工藝包括四個步驟:乙烯通過氫甲酰化反應得到丙醛,丙醛與甲醛進行縮合反應生成MAL,MAL在列管式固定床反應器中進行空氣氧化生成MAA,MAA經分離提純后與甲醇進行酯化反應制得MMA。


國內在乙烯-丙醛法合成MMA的技術開發上也已取得突破。2017年,上海華誼集團公司與南京諾奧新材料公司和天津大學合作,完成了丙醛與甲醛縮合制甲基丙烯 醛1000噸中試試驗和9萬噸工業裝置的工藝包開發工作。此外,中科院過程工程研究所與河南能化集團合作,于2018年建成千噸級工業試驗裝置并成功實現穩定運行。


02 | 乙烯-丙酸甲酯法(Lucite Alpha工藝)

目前世界上只有Lucite公司獨家掌握該技術且不對外轉讓。2008年世界上第一套采用Lucite Alpha工藝的12萬噸MMA裝置在新加坡建成投產,第二套規模為25萬噸MMA生產裝置則于2017年4月在沙特建成投產。近年來,國內企業對丙酸甲酯與甲醛縮合制MMA的技術開發投入了極大的熱情,在催化劑和固定床反應工藝開發上取得較大進展,但催化劑壽命目前尚未達到工業應用的要求。


其他具有開發前景的新技術包括乙烯-丙酸路線、丙烯-異丁酸路線、丙烯-異丁醛路線,這些路線不僅可以合成MMA產品,而且在生產過程中可以得到另一重要的化工原料MAA。


國內MMA生產工藝主要有丙酮氰醇法(ACH法)和異丁烯法 異丁烯法作為一種新型工藝,對環境的污染相對較少,是僅次于ACH法的第二大MMA生產工藝,已被列入中國石油和化學工業聯合會出版的《石化綠色工藝名錄》中。近年來,國內以異丁烯法生產MMA的產能逐年增長,2019年產能為34萬噸/年,2020年增至44萬噸/年,產能占比由2019年的26.5%提高到2020年29.8%。

目前,以C2~C4為原料清潔合成MMA的多條新技術路線的前期開發均取得了良好進展,急需進行技術驗證和孵化。科研機構應積極與業界合作發揮各自優勢,聯手推動新技術工程化。


文章來源:中國化工信息周刊

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