醋酸乙烯生產(chǎn)和市場(chǎng)前景分析

馬軍巖，徐春葉，馬召輝

(1.中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院，安徽合肥 230026;2.河南煤業(yè)化工集團(tuán)中原大化公司，河南濮陽(yáng) 457004)

醋酸乙烯生產(chǎn)和市場(chǎng)前景分析

馬軍巖1，徐春葉1，馬召輝2

(1.中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院，安徽合肥 230026;2.河南煤業(yè)化工集團(tuán)中原大化公司，河南濮陽(yáng) 457004)

介紹了醋酸乙烯的國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)現(xiàn)狀及生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)展，對(duì)國(guó)內(nèi)醋酸乙烯市場(chǎng)需求及消費(fèi)進(jìn)行了分析，并對(duì)其市場(chǎng)前景提出了具體建議。

醋酸乙烯;生產(chǎn);市場(chǎng);投資

醋酸乙烯(VAc)是一種重要的有機(jī)化工原料，是世界產(chǎn)量最大的50種化工產(chǎn)品之一。醋酸乙烯通過(guò)自身聚合或與其它單體共聚，主要用于生產(chǎn)聚醋酸乙烯(PVAc)、聚乙烯醇(PVA)、醋酸乙烯—乙烯共聚乳液(VAE)或共聚樹(shù)脂(EVA)、醋酸乙烯—氯乙烯共聚物(EVC)、縮醛樹(shù)脂等衍生物。這些衍生物的用途十分廣泛，可用于黏接劑、紙張或織物的上膠劑、涂料、墨水、皮革加工、纖維加工、乳化劑、水溶性膜、土壤改良劑等方面［1］。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，新的應(yīng)用領(lǐng)域還在不斷拓展。本文對(duì)醋酸乙烯的生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)展和市場(chǎng)前景及投資進(jìn)行了闡述和分析。

1 主要工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)

1.1 乙炔法

乙炔法是乙炔與醋酸蒸氣通過(guò)以活性炭為載體的醋酸鋅催化劑，在常壓、170～230℃條件下在流化床反應(yīng)器中進(jìn)行反應(yīng)。反應(yīng)產(chǎn)物混合氣經(jīng)冷凝分離、精制得VAc。由乙炔制VAc有液相法和氣相法之分，液相法選擇性低、副產(chǎn)品多，已被淘汰。

乙炔法主要分為Wecker工藝和Borden工藝，它們的主要特點(diǎn)為:

Wecker工藝以脫硫、脫磷化氫的電石乙炔與醋酸為主要原料，催化劑采用醋酸鋅—活性炭(15∶100)，且添加助催化劑次碳酸鉍，反應(yīng)溫度在170～200℃，壓力為常壓，空速在200～400 h-1，醋酸的單程轉(zhuǎn)化率在30%左右，乙炔單程轉(zhuǎn)化率在15%左右。醋酸乙烯收率以醋酸計(jì)在95%以上。

Borden工藝以天然氣乙炔為原料合成醋酸乙烯，以醋酸為吸收劑回收醋酸乙烯，提高了乙炔凈化和回收率。

乙炔法氣相合成醋酸乙烯又有固定床和流化床之分。流化床反應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)是催化劑床層溫度分布均勻，與固定床相比溫度降低了10～20℃，乙炔聚合物減少，催化劑壽命延長(zhǎng)，單體質(zhì)量提高;反應(yīng)條件溫和，蒸餾及聚合條件易保持穩(wěn)定。不足之處催化劑的磨損較大，需要采用耐磨的活性炭作載體。前幾年乙炔法由于生產(chǎn)原料費(fèi)用高，已經(jīng)逐漸被乙烯法所取代。但隨著目前油價(jià)的不斷上漲，乙炔法在經(jīng)濟(jì)上重新獲得生機(jī)，尤其是以天然氣為原料的乙炔法工藝。在目前我國(guó)醋酸乙烯生產(chǎn)中，乙炔法仍占重要的地位。

1.2 乙烯法

乙烯法是乙烯、氧和醋酸蒸氣在貴金屬Pd-Au (Pt)催化劑作用下，在100～200℃、0.6～0.8 MPa條件下，在固定床反應(yīng)器中反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)分離，精餾得到醋酸乙烯產(chǎn)品。

乙烯法也有液相法和氣相法兩種，其中液相法所用氯化鈀催化劑體系中含有氯離子，對(duì)設(shè)備有強(qiáng)烈的腐蝕性，裝置運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間較短，目前已經(jīng)被淘汰。

傳統(tǒng)的乙烯法路線主要有Bayer法和USI法，兩者都采用氣相固定床工藝，技術(shù)流程也很相似，它們的區(qū)別在Bayer法催化劑以Pd-Pt為主體，硅膠為催化劑載體，反應(yīng)壓力為0.5～1.1 MPa;而USI法催化劑以Pd-Au為主體，采用α-Al2O3為載體，反應(yīng)壓力為常壓。由于Bayer法具有醋酸單程轉(zhuǎn)化率高、催化劑活性高、選擇性好等優(yōu)點(diǎn)，目前工業(yè)生產(chǎn)中大部分采用Bayer法。

1.3 醋酸甲酯羰化法

Halcon公司正在開(kāi)發(fā)以醋酸甲酯為原料的合成氣路線，其主要步驟是醋酸甲酯和CO反應(yīng)生成醋酐，再氫解生成二醋酸亞乙酯(簡(jiǎn)稱EDA)，經(jīng)熱裂解生成醋酸乙烯和醋酸。

國(guó)內(nèi)由華東理工大學(xué)與上海華誼聯(lián)合研發(fā)的二甲醚與CO、H2制醋酸乙烯技術(shù)，以煤為原料合成醋酸乙烯的工藝路線，該法目前正進(jìn)行小試，開(kāi)發(fā)出非石油路線合成醋酸乙烯，拓展二甲醚的應(yīng)用領(lǐng)域，具有良好前景。

反應(yīng)原理:具有醚結(jié)構(gòu)或者酯類結(jié)構(gòu)的物質(zhì)，在第八族貴金屬及其化合物存在的情況下，添加碘化物作為助催化劑，如以RhI3、CH3I和三苯基膦組成的催化劑體系，在反應(yīng)溫度180℃，反應(yīng)壓力5 MPa下，二甲醚可與CO、H2發(fā)生加氫甲酰化反應(yīng)，生成1，1-亞烷基二酯。如二甲醚或醋酸甲酯則可與CO、H2反應(yīng)生成二醋酸亞乙酯(簡(jiǎn)稱EDA)［2］。

以二甲醚為原料，反應(yīng)實(shí)際包括兩個(gè)步驟:第一步二甲醚與CO羰基化制得醋酸甲酯，第二步醋酸甲酯與CO、H2加氫甲?；磻?yīng)得到二醋酸亞乙酯。由于這兩個(gè)反應(yīng)幾乎同時(shí)發(fā)生，所以可以在同一個(gè)反應(yīng)器中進(jìn)行。二甲醚作為甲醇的下游產(chǎn)品，以其和成本低廉的CO、H2為原料在一定催化反應(yīng)條件下得到產(chǎn)物二醋酸亞乙酯，中間產(chǎn)物或副產(chǎn)物包括醋酸、醋酸酐、醋酸甲酯和乙醛，二醋酸乙酯分解生成醋酸乙烯和醋酸。該工藝路線不再依賴原油為原料，原料易得，還能副產(chǎn)醋酸，降低了成本，是煤的綜合清潔利用的新技術(shù)，具有明顯的經(jīng)濟(jì)和應(yīng)用價(jià)值。

1.4 乙醛醋酐加成法

Celanese公司在20世紀(jì)50年代曾開(kāi)發(fā)出了乙醛和醋酐加成制二醋酸亞乙酯，再裂解制VAc的工藝。首先是乙醛與醋酐反應(yīng)生成二醋酸亞乙酯，然后用酸催化劑，在120℃下使二醋酸亞乙酯分解生成醋酸乙烯。

該工藝以FeCl3為催化劑，流程較長(zhǎng)，副產(chǎn)物較多，分離提純過(guò)程較為復(fù)雜。Celanese公司1953年采用該技術(shù)建成了生產(chǎn)裝置，1970年因缺乏競(jìng)爭(zhēng)力而關(guān)閉，此法成為了以CO為起始原料合成VAc的工業(yè)基礎(chǔ)。

2 國(guó)內(nèi)外工藝技術(shù)現(xiàn)狀

2.1 國(guó)外技術(shù)進(jìn)展

盡管乙烯氣相法制醋酸乙烯在技術(shù)上較乙炔法有很大的改進(jìn)，但從反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和催化劑失活機(jī)理等方面看，該技術(shù)還存在許多缺陷，如催化劑的連續(xù)失活，反應(yīng)器的床層分布不均，乙烯單程轉(zhuǎn)化率有限等。針對(duì)以上缺陷，BP Amoco公司和Celanese公司對(duì)傳統(tǒng)工藝進(jìn)行了改進(jìn)，分別成功開(kāi)發(fā)出新的生產(chǎn)工藝。

BP Amoco公司開(kāi)發(fā)出流化床氣相法乙烯制醋酸乙烯的Leap工藝，該工藝采用新設(shè)計(jì)的流化床反應(yīng)器系統(tǒng)和催化劑，使裝置投資費(fèi)用降低30%。該工藝在152℃、0.9 MPa條件下反應(yīng)，乙烯、氧氣、乙酸的單程轉(zhuǎn)化率分別為8.3%、30.3%和41.25%。

Celanese公司開(kāi)發(fā)的固定床氣相工藝，又稱Vantage工藝，其反應(yīng)器仍采用固定床，但由于在催化劑體系方面做了重要改進(jìn)，再加上對(duì)尾氣中的乙烯回收采用了一種新技術(shù)，克服了傳統(tǒng)固定床工藝的缺陷，所以醋酸乙烯回收率明顯高于同類裝置。Vantage工藝也采用鉑金催化劑體系，但以檸檬酸鈉等為還原劑，硅膠為載體制得粒徑為20 nm的金屬催化劑離子，同時(shí)在PdAu/K催化劑中又加入了諸多如鐠、釹等鑭系稀土元素，從而使催化劑的活性和選擇性及空時(shí)收率明顯提高。采用該技術(shù)對(duì)原有固定床裝置進(jìn)行擴(kuò)能，其投資僅相當(dāng)于新建同等規(guī)模裝置投資的10%～15%，并且可以降低2%～8%的生產(chǎn)成本。所以Celanese公司開(kāi)發(fā)的Vantage工藝在固定床乙烯氣相法工藝中占據(jù)領(lǐng)先地位。

2.2 國(guó)內(nèi)技術(shù)進(jìn)展

我國(guó)在引進(jìn)技術(shù)、消化吸收的基礎(chǔ)上，在工藝和催化劑研究方面取得了顯著的成果。在工藝研究方面，四川維尼綸廠采用乙炔法工藝的裝置通過(guò)技術(shù)改造，已將裝置能力從9萬(wàn)t/a提高到21萬(wàn)t/a。四川維尼綸廠和寧波工程有限公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)的天然氣乙炔法醋酸乙烯生產(chǎn)技術(shù)，無(wú)論裝置規(guī)模還是工藝技術(shù)指標(biāo)，均達(dá)到了世界水平并擁有自己獨(dú)立的知識(shí)產(chǎn)權(quán)，采用該技術(shù)建設(shè)的30萬(wàn)t/a醋酸乙烯裝置，將于2010年底建成投產(chǎn)。在催化劑的國(guó)產(chǎn)化方面，有上海石油化工研究院開(kāi)發(fā)的CTV系列催化劑，CVT-Ⅳ型催化劑選擇性維持在94.17%的情況下，活性比Bayer-Ⅱ型高13.8%，其綜合性能優(yōu)于Bayer-Ⅱ型。在工業(yè)應(yīng)用過(guò)程中，采用CTV-Ⅳ型催化劑后，與應(yīng)用Bayer-Ⅱ型催化劑相比，裝置的VAc產(chǎn)量增加了8.75%。

3 生產(chǎn)及市場(chǎng)分析

3.1 國(guó)內(nèi)生產(chǎn)情況

醋酸乙烯工業(yè)生產(chǎn)主要有三種路線:電石乙炔法、天然氣乙炔法和乙烯法，其中采用乙烯法有3套，生產(chǎn)能力約53萬(wàn)t/a;采用電石乙炔法有11家，生產(chǎn)能力85萬(wàn)t/a;采用天然氣乙炔法有1家，生產(chǎn)能力21萬(wàn)t/a，已開(kāi)工正在建設(shè)的約42萬(wàn)t/a。截止2009年底我國(guó)醋酸乙烯的主要生產(chǎn)廠家有15家，總生產(chǎn)能力達(dá)到159萬(wàn)t/a。

3.2 國(guó)外生產(chǎn)情況

根據(jù)專家統(tǒng)計(jì)，2009年全世界醋酸乙烯的總生產(chǎn)能力約為660萬(wàn)t/a，其中主要生產(chǎn)區(qū)域亞太地區(qū)的生產(chǎn)能力為342萬(wàn)t/a，約占世界總生產(chǎn)能力的51.8%;北美地區(qū)的生產(chǎn)能力為173萬(wàn)t/a，約占世界總生產(chǎn)能力的26.2%;西歐地區(qū)的生產(chǎn)能力為112萬(wàn)t/a，約占世界總生產(chǎn)能力的17.0%。其中約82.0%的生產(chǎn)能力采用乙烯法生產(chǎn)工藝，16.9%采用乙炔法生產(chǎn)工藝。

3.3 市場(chǎng)分析

2009年全世界醋酸乙烯的總消費(fèi)量約為533萬(wàn)t，其中北美地區(qū)的消費(fèi)量為122萬(wàn)t，約占世界總消費(fèi)量的22.8%;西歐地區(qū)的消費(fèi)量為92.5萬(wàn)t，約占總消費(fèi)量的17.4%;亞太地區(qū)的消費(fèi)量為281萬(wàn)t，約占總消費(fèi)量的52.7%。預(yù)計(jì)今后幾年，世界醋酸乙烯的需求量將以年均約3.4%的速度增長(zhǎng)，到2012年總需求量將達(dá)到590萬(wàn)t。

根據(jù)目前醋酸乙烯新建裝置計(jì)劃以及實(shí)施的可能性，2010年我國(guó)醋酸乙烯的生產(chǎn)能力將達(dá)到200萬(wàn)t/a，在2015年以前我國(guó)將新增產(chǎn)能100萬(wàn)t左右，2015年將達(dá)到260萬(wàn)t/a。受金融危機(jī)的影響，2009年國(guó)內(nèi)醋酸乙烯消費(fèi)量約為153萬(wàn)t，其中產(chǎn)量約130萬(wàn)t，進(jìn)口23萬(wàn)t，主要用于聚乙烯醇、聚醋酸乙烯乳液、醋酸乙烯—乙烯共聚乳液或共聚樹(shù)脂等領(lǐng)域。根據(jù)未來(lái)幾年我國(guó)醋酸乙烯下游裝置的發(fā)展情況，預(yù)計(jì)2015我國(guó)醋酸乙烯的消費(fèi)量將達(dá)到約250萬(wàn)t，屆時(shí)供需將基本達(dá)到平衡。

4 分析及建議

①世界石油資源的短缺和油價(jià)的大幅上漲對(duì)我國(guó)石化工業(yè)乃至國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來(lái)了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，我國(guó)煤多油少，發(fā)展基于煤的碳一化工，開(kāi)拓化工原料多樣化的工藝路線，多種生產(chǎn)工藝并存，符合國(guó)家能源發(fā)展戰(zhàn)略，具有十分重要的意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。華東理工大學(xué)與上海華誼聯(lián)合研發(fā)的二甲醚與CO、H2制醋酸乙烯技術(shù)，不再依賴原油為原料，而以煤炭為基礎(chǔ)，由煤→合成氣→甲醇→二甲醚→醋酸乙烯，原料易得，還能副產(chǎn)醋酸、醋酐，降低了成本，拓展了二甲醚的應(yīng)用領(lǐng)域;同時(shí)可緩解甲醇、醋酸過(guò)剩的局面，具有良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。②發(fā)展相關(guān)產(chǎn)品鏈，建設(shè)醋酸乙烯生產(chǎn)裝置時(shí)，需要同時(shí)考慮相關(guān)配套裝置的建設(shè)，形成產(chǎn)業(yè)鏈，以規(guī)避和減少市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)。③整合產(chǎn)能增強(qiáng)抵御市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)的能力，淘汰落后裝置實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)。由于到2015年前后我國(guó)醋酸乙烯的需求基本達(dá)到平衡，因此新建裝置需謹(jǐn)慎，如果需要新建，規(guī)模應(yīng)在30萬(wàn)t/a以上，從而達(dá)到規(guī)模化經(jīng)濟(jì)效益，降低成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。

［1］ 李玉芳.乙醛醋酸及其衍生物［M］.鎮(zhèn)江:江蘇索普集團(tuán)出版社，2009:55-59.

［2］ 胡 雷，劉殿華等.二甲醚合成氣制醋酸乙烯研究進(jìn)展［J］.乙醛醋酸及其衍生物，2009，5(2):53-54.

Analysis of Production and M arket Vinyl Acetate

MA Jun-yan1，XU Chun-ye1，MA Zhao-hui2
(1.Institute of Chemistry and Materials Science，University of Science and Technology of China，Hefei 230026，China;2.ZhongyuanDahuacompanyofHenanCoal＆ChemicalGroup，Puyang 457004，China)

The production status and production fechnology progress of vinyl acetate at home and abroad are introduced，themarket prospect and consumption of vinyl acetate at home are analysised，the concrete suggestion of itsmarket prospect are point out.

vinyl acetate;production;market;investment

TQ225.13

A

1003-3467(2011)03-0029-03

2010-10-21

馬軍巖(1989-)，男，本科在讀;聯(lián)系人:徐春葉(1964-)，女，博導(dǎo)，從事智能材料有機(jī)合成研究工作，E-mail:majunyan@mail.ustc.edu.cn。