环氧氯丙烷研究报告2

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甘油可以用环氧氯丙烷为原料来生产,然而随着甘油价格的变化以 及生产环氧树脂对环氧氯丙烷的需求量的大增,环氧氯丙烷的单价高于
甘油。从经济的角度考虑,环氧氯丙烷已经不适合用来生产甘油。近年 来,由于原油价格居高不下,各个国家大力发展生物柴油工业,用生物 柴油副产的甘油生产环氧氯丙烷技术开始重新引起人们的关注。
资费用较醋酸 较高,纯度高 的选择
丙烯脂法低 (3)避免了高 性较 优势 (3)中间产 温氯化反应,反 高。
品氯丙烯可用 应条件缓和,操
于生产农药、 作稳定,丙烯消
树脂等。实际 耗减少,Ca(OH)2 生产中可根据 及氯的消耗几乎 市场情况与环 减少一半(4) 氧氯丙烷进行 反应副产物和含 调节,平衡生 CaCl2废水的排放
CH2OCH―CH2Cl +CaCl2 + H2O 丙烯氯化法工艺流程:
丙烯高温氯化法的特点是生产过程灵活,工艺成熟,操作稳定,除 了生产环氧氯丙烷外,还可生产甘油、氯丙烯等重要的有机合成中间 体,副产D-D混剂(1,3-二氯丙烯和1,2-二氯丙烷)也是合成农药的 重要中间体。缺点是原料氯气引起的设备腐蚀严重,对丙烯纯度和反应 器的材质要求高,能耗大,氯耗量高,副产物多,产品收率低。生产过 程产生的含氯化钙和有机氯化物污水量大,处理费用高,清焦周期短。 3.2、醋酸丙烯酯法
目前,世界上90%以上的环氧氯丙烷采用此法进行生产。其工艺过 程主要包括丙烯高温氯化制氯丙烯,氯丙烯与次氯酸化合成二氯丙醇, 二氯丙醇皂化合成环氧氯丙烷3个反应单元。 (1)丙烯高温氯化制氯丙烯
丙烯与氯气经干燥、预热后以摩尔比4~5:1混合进入高温氯化反应 器,短时间(约3 s)内进行反应,生成氯丙烯和氯化氢气体。精制后得 氯丙烯产品,同时副产D-D混剂(1,2-二氯丙烷和1,3-二氯丙烯),氯化 氢气体经水吸收后得到工业盐酸。
2、用途
环氧氯丙烷是一种重要的有机化工原料和精细化工产品,用途十分 广泛。以它为原料制得的环氧树脂具有粘结性强,耐化学介质腐蚀、收 缩率低、化学稳定性好、抗冲击强度高以及介电性能优异等特点,在涂 料、胶粘剂、增强材料、浇铸材料和电子层压制品等行业具有广泛的应 用。此外,环氧氯丙烷还可用于合成甘油、硝化甘油炸药、玻璃钢、电 绝缘品、表面活性剂、医药、农药、涂料、胶料、离子交换树脂、增塑 剂、(缩)水甘油衍生物、氯醇橡胶等多种产品,用作纤维素酯、树 脂、纤维素醚的溶剂,用于生产化学稳定剂、化工染料和水处理剂等。 3、生产工艺 3.1、丙烯高温氯化法
巨大的市场缺口、高额的利润空间使得中国开始掀起兴建环氧氯丙 烷装置热。2006年,随着博汇化工、鑫岳化工、扬农化工分别建成8万 吨/年、4万吨/年、3万吨/年装置,国内掀起了一浪又一浪的建设高 潮。至2010年,我国已经有10家企业生产环氧氯丙烷,国内环氧氯丙烷 的年产能已经高达74.2万吨,其中博汇化工产能32万吨/年,成为全球 最大的环氧氯丙烷生产企业之一。而且,目前我国还有多套环氧氯丙烷
甘油法生产环氧氯丙烷的主要原料为工业甘油、30%的烧碱和气体 氯化氢,工艺过程主要分为甘油、催化剂与干燥氯化氢反应生成二氯丙 醇;二氯丙醇在碱性溶液中环合皂化得到环氧氯丙烷产品两个步骤。 (1)氯醇化单元
液体甘油和气态氯化氢在80~140℃温度和压力条件下,由催 化剂催化,生成二氯丙醇,反应式如下:
2CH2=CHCH2Cl +2HOCl→ ClCH2CHClCH2OH + ClCH2CHOHCH2Cl (2,3-二氯丙醇,70%) (1,3-二氯丙醇,30%)
(3)二氯丙醇皂化合成环氧氯丙烷 二氯丙醇水溶液与Ca(OH)2或NaOH反应生成环氧氯丙烷。 ClCH2CHClCH2OH + ClCH2CHOHCH2Cl + 1/2 Ca(OH)2→
(2)皂化反应 在皂化反应单元,二氯丙醇通过皂化反应,转化成环氧氯丙烷,反
应式如下:
皂化反应又可以分为连续法和间歇法。连续法是指甘油氯化后不经 过任何处理直接进行环化反应来制备环氧氯丙烷,间歇法则是甘油氯化 后用碱液中和过量的氯化氢,再经过减压蒸馏得到二氯丙醇,然后再进 行环化反应。连续法工艺简单,操作方便,由于没有对氯化产物进行任 何的处理,所以环化时需要过量的碱液,同时副产物较多,也不能很好 地分离,对环化产物的提纯有一定的影响;间歇法则可以弥补连续法的 不足,虽然在操作上比连续法复杂,但它可以对原料加以充分利用,未 反应的甘油和一氯代产物则可以下次再通氯化氢得到二氯丙醇。
.5、 环氧氯丙烷生产工艺对比分析 3.5.1四种工艺路线的比较
表1 四种环氧氯丙烷工艺路线比较
工艺 丙烯高温氯化 醋酸丙烯脂法 丙烯醛 甘油氯化法
路线 法

(1)工艺成 (1)采用乙酰 丙烯醛
熟,操作稳定 氯化技术,收率 转化成
(2)引进费 高,原料消耗低 2,3-二
用低,装置投 (2)产品质量 氯丙醇
国内环氧氯丙烷的生产始于20世纪60年代,已经经历了40多年的发 展历程。2005年以前环氧氯丙烷生产厂家只有天津化工、齐鲁石化及巴 陵石化3家,年生产能力分别为2.8万吨/年、3.2万吨/年、3.2万吨/ 年,其中后者基本自用,因此整体市场商品量不足6万吨。当时国内环 氧氯丙烷供需缺口较大,产品自给率只有47%,需要大量进口以补充国 内市场。
采用甘油法生产ECH,摆脱了以石油资源为原料的依附,又节约了 大量的石油资源,还减少了环境污染。相对于石油法生产ECH来说,设 备投入又大大减少。对于中国这个农业大国来说,充分利用了农作物生 物资源,便于资源的循环利用与经济的可持续发展。 3.4、丙烯醛法
Dow化学开发了丙烯醛制环氧氯丙烷的工艺,首先将丙烯醛氯化生 成2,3-二氯丙醛,然后将2,3-二氯丙醛加氢生成2,3-二氯丙醇,最后, 2,3-二氯丙醇脱去氯化氢生成环氧氯丙烷(ECH)。该工艺的原料丙烯 醛是由丙烯催化氧化制取的。
(1)生产 时间短、经 验少(2) 工业甘油价 格高,仅能 使用副产甘 油作为原料
3.5.2、四种生产工艺经济性比较
由上表可以看出,丙烯醛法工艺成本最高,所以在中国没有丙烯醛 法装置。其他3种工艺技术消耗指标比较见下表。
通过对比可以看出,醋酸丙烯脂法(或丙烯醇法)单耗最低,但投 资成本高使得经济性变差,失去了竞争优势。因此,从成本水平来看, 甘油氯化法路线的成本最低,其次是丙烯高温氯化法。甘油氯化法与丙 烯高温氯化法相比,生产过程废水量少;甘油氯化法在生物柴油副产甘 油供应充足的情况下,将成为未来的技术发展方向。 4、国内市场情况分析
与传统的丙烯高温氯化法相比较,醋酸丙烯酯法的特点是避免了高温 氯化反应,反应条件温和,易于控制,不结焦、操作稳定,丙烯、氢氧 化钙和氯气的用量大大减少,反应副产物和含氯化钙废水的排放量也大 大减少;开发了丙烯醇的氯化加成反应系统,成功地将氧引入环氧化物 中,首次实现了由氧氧化代替氯氧化的技术,减少了醚化副反应,提高 了系统的收率;工艺过程无副产盐酸产生;可以较容易获得目前技术还 不能得到的高纯度烯丙醇。不足之处是工艺流程长,催化剂寿命短,投 资费用相对较高。 3.3、甘油法
装置正在建设或计划建设中;预计到2012年,随着国内这些新建的环氧 氯丙烷装置陆续投产,我国环氧氯丙烷的总产能将达100万吨以上。我 国环氧氯丙烷行业产能过剩的局面将在所难免。
除了传统的丙烯高温氯化法仍在不断扩产外,近年来市场对甘油法 环氧氯丙烷的热情持续升温,多套装置已在建或在规划当中,预计将在 2011年看到成果。据专家介绍,河北珈奥甘油化工1万吨/年甘油法装 置、福建豪邦5000吨/年甘油法装置,于2011年1季度投产,由于均为新 厂、实力有限,投产初期恐无法达到量产;目前国内唯一甘油法环氧氯 丙烷厂家——扬农化工计划扩大产能,扩产6万吨、使总产能达到12万 吨/年,新增产能预计将2011年年中投产。国内甘油巨头——益海嘉里 集团,将在连云港及山东投建甘油法环氧氯丙烷项目,计划明三季度先 在连云港投产1套6万吨/年装置,按照益海嘉里的一贯风格,装置应该 可以按时投产并很快达到量产。另外国际开创甘油法这一领先工艺的鼻 祖——比利时苏威公司在泰国新建15万吨/年甘油法装置,将于2011年 年底投产,同时该公司有意在国内投建甘油法项目。
据专家介绍,工业化环氧氯丙烷生产方法,有基于石油原料的丙烯 高温氯化法和乙酸丙烯酯法两种,目前绝大部分是采用丙烯路线,国外 甘油法生产环氧氯丙烷技术已经定型,但国内尚未有成熟技术。此前由 于甘油原料较少、甘油成本居高不下,导致甘油法生产环氧氯丙烷工艺 发展缓慢。近几年世界普遍开始开发石油替代产品,诸如生物燃料乙醇 等替代品工艺大量投入生产,而这些产品的生产会导致大量副产物甘油 的形成,使甘油产量递增而成本大幅下降。用甘油法生产环氧氯丙烷产 品,与其他生产工艺相比,不仅具有了原料成本优势,且甘油法工艺本 身具有的投资少、反应温和,国产化程度高、生产控制简单等特点能更 好地得到充分显示,特别是该工艺不产生大量废水、对环境危害小的特 点符合当今社会可持续发展的潮流。
醋酸丙烯酯法工艺过程主要包括合成醋酸丙烯酯,醋酸丙烯酯水解 制烯丙醇,合成二氯丙醇以及二氯丙醇皂化生成环氧氯丙烷4个反应单 元。在钯和助催化剂作用下,丙烯与氧在温度160-180℃、压力0.5— 1.0MPa,醋酸存在下反应生成醋酸丙烯酯;在温度60-80℃、压力0.11.0MPa下,以强酸性阳离子交换树脂为催化剂,醋酸丙烯酯经永解反应 生成烯丙醇;在温度0—10℃,压力0.1—0.3MPa条件下,烯丙醇与氯通 过加成反应生成二氯丙醇;二氯丙醇与氢氧化钙发生皂化反应生成环氧 氯丙烷。
CH2=CHCH2 + Cl2 →CH2=CHCH2Cl +HCl
(2)氯丙烯次氯酸化合成二氯丙醇 氯气在水中生成次氯酸(或采用介质叔丁醇和氯气在NaOH溶液中反
应生成叔丁基次氯酸盐,该盐水解生成次氯酸,叔丁醇循环使用),次 氯酸与氯丙烯反应生成二氯丙醇(过程中二氯丙醇浓度一般控制在4%左 右)。
目前,国内开始掀起一波甘油法生产环氧氯丙烷的高潮,预计在未 来3年内,国内采用甘油法新增的环氧氯丙烷产能超过30万吨/年,还有
预计超过40万吨/年的甘油法环氧氯丙烷项目正在规划中,这对于本已 供应严重过剩环氧氯丙烷市场来说,未来前景不容乐观。除此以外已成 为国内最大生产商——博汇化工2011年仍有扩建计划,届时将新增16万 吨/年丙烯法环氧氯丙烷装置;江苏三木、山东鲁北合资投建24万吨/年 丙烯法环氧氯丙烷项目,计划分两期兴建,一期将于2011年年末投产。 专家介绍表示,国内环氧氯丙烷市场供需矛盾将不断激化,届时成本及 竞争力将成为市场优胜劣汰的标尺,竞争力弱的小企业将被清除,实力 雄厚的大企业也将在激烈竞争中元气大伤,环氧氯丙烷市场将面临一轮 大范围的残酷洗牌。此外不少投资者看中甘油法的原因之一在于成本优 势,由于近年来甘油过剩、市场行情一直低位徘徊,若甘油大量运用在 环氧氯丙烷工业化生产上,甘油市场供大于求的局面不排除将扭转为供 不应求,届时成本优势一旦丧失,供应商竞争力下降、后市操作难度加 大。 5、国内环氧氯丙烷市场价格情况分析
(1)工艺 流程短,反 应器部分不 需在高温状 态运行,投 资低(2) 利用生物柴 油副产物甘 油,生产原 料成本比较 低(3)副 产物少,废 物处理成本 低,操作条
产。
量都大大减少。
件温和、安 全。
(1)反应副 (1)反应步骤
产品较多,原 多,工艺路线的皂化废水需
环氧氯丙烷研究报告
1、性质
环氧氯丙烷(ECH),别名表氯醇,化学名称为1-氯-2,3-环氧丙 烷,分子式C3H5OCl,分子量92.85,是一种易挥发、不稳定的无色油状 液体,有与氯仿、醚相似的刺激性气味,密度1.180 6 g/cm3,沸点 115.2 ℃,凝固点-57.2 ℃,折射率(nD20)1.438 2,闪点(开杯) 40.6 ℃,自燃点415 ℃,微溶于水,能与多种有机溶剂混溶,可与多种 有机液体形成共沸物。
劣势 较高(2)设 要排放(2)系 备腐蚀严重, 统中有醋酸,要
能耗较高
用不锈钢设备
(3)污水排 (3)氧化反应
放量较大
器体积庞大,催
化剂昂贵且不能
再生(4)反应中
加入氧气、循环
气(含氧气、丙
烯等)压缩,必
须非常重视丙烯
醇单元防混合气
体爆炸的安全可
靠性。
(1)使 用催化 剂
(2)丙 烯醛的 分离精 制较为 复杂, 设备投 资费用 大。
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