醋酸乙烯
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1 概述
1.1 醋酸乙烯的性质
1.1.1 醋酸乙烯的物理性质
醋酸乙烯(Vinyl Acetate,简称VA或VAc),又称醋酸乙烯酯,乙酸乙烯或乙酸乙烯酯。相对密度(d2020)0.9317g/cm3,熔点-93.2℃,沸点72.2℃,折射率(n D)1.3953,闪点(开杯)-1.0℃[1]。醋酸乙烯是无色透明液体,有甜的醚香味,容易燃烧;毒性低,有麻醉性和刺激作用,高浓度蒸汽可引起鼻腔发炎、眼睛出现红点,皮肤长期接触有产生皮炎的可能[1]。
醋酸乙烯与乙醇混溶,能溶于乙醚、丙酮、氯仿、四氯化碳等有机溶剂,不溶于水。在20℃时,醋酸乙烯在水中的饱和溶液含有醋酸乙烯2.0~2.4%(wt),水在醋酸乙烯中为0.9~1.0%(wt);在50℃时,醋酸乙烯在水中的溶解比20℃时多0.1%(wt),但水在醋酸乙烯中则为2.0%(wt)[2]。
1.1.2 醋酸乙烯的化学性质
醋酸乙烯是不饱和的羧酸酯,其化学式为
醋酸乙烯的化学反应主要涉及分子内的不饱和键及酯基。醋酸乙烯分子中的碳碳双键很容易发生聚合反应,聚合反应是醋酸乙烯最重要的化学反应,工业上常用的聚合方法包括本体、悬浮、溶液和乳液聚合。醋酸乙烯的反应除聚合反应外还有加成反应、水解反应、乙烯基转移反应、氧化反应等。
1.2 醋酸乙烯的用途
醋酸乙烯是一种重要的有机原料,更是世界上最重要的50种有机化工原料之一。在实际运用中,醋酸乙烯通过自身聚合或与其他单体聚合,可以生成主要聚醋酸乙烯(PVA)、聚乙烯醇(PVOH)、醋酸乙烯-乙烯共聚乳液(EVA)、醋酸乙烯-氯乙烯共聚物(EVC)、聚乙烯腈共聚单体以及缩醛树脂等衍生物。这些衍生物在涂料、浆料、粘合剂、维纶、薄膜、皮革加工、合成纤维、土壤改良等方面具有广泛用途,如聚乙烯醇主要用于生产维纶、纺织浆料、涂料、粘合剂、纸张增强剂及涂层、产业聚合助剂等;醋酸乙烯-乙烯共聚树脂、醋酸乙烯-氯乙烯共聚物可广泛用于发泡鞋材、功能性棚膜、包装膜、热熔胶、电线电缆、玩具等生产领域。在中国,醋酸乙烯主要用来生产PVA,约占总需求量的80%[3]。近几十年来,随着物质文化的需求量逐渐增大,醋酸乙烯的应用扩展和需求量也在大幅度的加速增加,与此同时,伴随科学技术的不断发展与提高,很多工业现场也优化发展并采用这些先进的生产技术,但是,在生产工艺中还存在着很多缺点与不足,尤其是在我们这样一个生产和需求量极大的发展中国家。
1.3 国内外醋酸乙烯的供需现状及发展趋势
1.3.1 国外供需现状
1912年,在由乙炔和乙酸制备亚乙基二乙酸酯时首次发现醋酸乙烯,醋酸乙烯成为主要副产物,1925年开始有了工业规模的生产[2]。近年来,世界醋酸乙烯的生产能力稳步增长,现有生产装置40多套。截止到2009年底,全世界醋酸乙烯的总生产能力已经达到约685.0万吨,同比增长约4.9%,生产主要集中在北美、西欧和亚太地区,其中,亚太地区的生产能力为341.4万吨/年,约占世界醋酸乙烯总生产能力的49.8%;北美地
区的生产能力为206.3万吨/年,约占总生产能力的30.1%;西欧地区的生产能力为117.1万吨/年,约占总生产能力的17.1%;世界其他国家和地区的生产能力为21.2万吨/年,约占总生产能力的3.0%[4]。美国、我国大陆和日本是世界上最主要的三个醋酸乙烯生产国家和地区,其中我国位居第二。
2009年,全世界醋酸乙烯的总消费量约为520.0万吨,消费主要集中在北美、西欧和亚太地区,其中,亚太地区的消费量约占世界总消费量53.2%,北美地区约占23.0%,西欧地区约占17.5%,中东地区约占2.7%,中南美地区约占2.5%,世界其他国家和地区的消费量约占总消费量的1.0%[5]。
1.3.2 我国供需现状
自1963年北京东方石油化工股份有限公司(原北京有机化工厂)从日本可乐丽引进,采用电石乙炔法生产醋酸乙烯的我国第一套生产装置以来(后改为乙烯气相法),我国醋酸乙烯的生产稳步发展。截止2011年,我国醋酸乙烯的主要生产厂家有18家,生产工艺有电石乙炔法、天然气乙炔法和乙烯法三种:采用电石乙炔法的生产厂家有14家;采用乙烯法的生产厂家有3家;采用天然气乙炔法的生产厂家有1家。近几年我国醋酸乙烯的供需情况如表1-1所示[6]。
表1-1 近几年我国醋酸乙烯的供需情况
年份产量/kt 进口量/kt 出口量/kt 表观消费量/kt 产品自给率/%
2005 1027 152.5 1.3 1178.2 87.2
2006 1052 214.9 0.3 1266.6 83.1
2007 1083 278.9 1.0 1360.9 79.6
2008 1210 255.1 12.1 1453.0 83.3
2009 1250 256.1 0.2 1505.9 83.0
2010 1380 257.7 18.2 1619.5 85.2
2011 1730 252.4 20.5 1961.9 88.2
由表1-1可以看出,近几年来,我国醋酸乙烯的生产量和消费量在不断增加,自给率也不断提高。预计到2016年,我国对醋酸乙烯的总需求量将达到约2.50Mt/a,其中聚醋酸乙烯的需求量虽然仍占据主导地位,但所占比例将会有所减少,而聚醋酸乙烯、醋酸乙烯-乙烯共聚乳液和共聚树脂将成为未来推动醋酸乙烯需求增长的主要动力,在消费结构中的比例将会越来越大,而届时的生产能力将超过4.50Mt/a,产能严重过剩,未来我国醋酸乙烯的市场竞争压力将逐渐加大。
近几年来,我国对醋酸乙烯具有一定的生产能力,但是装置规模小,生产能力在20万吨/年以上的厂家只有2家,其余的生产能力在15万吨/年左右或以下,且大部分装置运转多年,设备工艺老化;由于国内电石相对较丰富,所以生产装置主要是电石乙炔法,而国外多采用的方法主要是乙烯气相法,两种工艺相比较,电石乙炔法虽然技术简单,在相同规模下投资少,而且,随着原油价格的上涨,煤与油之间的价差增加,电石法装置成本优势增加,但是电石工业耗能高,污染严重,能量消耗和环境污染问题不容忽视;醋酸乙烯的深加工缺乏新的亮点、下游产品开发力度不够,消费结构单一,使醋酸乙烯未形成产业链,因而极其脆弱,抵御市场风险的能力较差;产品的消费结构变化较小,