丙酮的技术进展与市场分析

钱伯章

化工市场

丙酮的技术进展与市场分析

钱伯章

丙酮是重要的有机化工原料之一，占其总消费量1/4以上用于生产丙酮氰醇（生产甲基丙烯酸甲酯的原料），其次是用于生产目前消费量增长最快的衍生物双酚A（生产聚碳酸酯和环氧树脂的原材料），丙酮也可直接用作溶剂和生产其他溶剂，如甲基异丁基酮（MIBK）和甲基异丁基甲醇（MIBC），还可用作医药和抗氧剂中间体。

1　生产技术进展

丙酮的生产方法主要有发酵法、丙烯直接氧化法（Wacker法）、异丙醇法、异丙苯法。80年代以前，将近30%的生产工艺采用异丙醇脱氢法和Wacker法，但由于异丙苯法联产苯酚/丙酮生产成本低，现已成为当今生产丙酮最为经济的方法。目前，美国已停止使用发酵法，只有一些不发达国家仍在使用。采用异丙醇路线，醇类被金属、金属氧化物或盐类催化剂催化脱氢为丙酮。异丙醇脱氢法在欧美地区的生产装置大部分已关闭。Wacker法仅在日本建有生产装置，但投资费用较高，并存在腐蚀问题。该装置由于生产成本高也已关闭。此外生产环氧丙烷、醋酸和对苯二酚时也可副产少量丙酮。

目前，占世界总产量92%的丙酮通过异丙苯法生产，丙酮是生产苯酚的联产品。主要技术授权公司为凯洛格布朗路特公司（KBR）、日本三井化学公司和美国UOP公司等。异丙苯法生产苯酚和丙酮包括异丙苯合成、异丙苯氧化、过氧化氢异丙苯提浓、分解和中和、产品精制等工序。主要过程涉及丙烯与苯在磷酸或沸石分子筛存在下发生反应生成异丙苯，异丙苯在液相下被氧化成过氧化氢异丙苯，过氧化氢异丙苯再在硫酸存在下分解为苯酚和丙酮。该合成路线的关键是异丙苯的生产，传统工艺采用AlCl3法和固体磷酸法，但该两种工艺会造成严重的环境污染，目前已转向先进的绿色工艺——沸石分子筛催化固定床工艺，同时生产规模也趋向于大型化，国外新建装置的规模已从20世纪80年代的10万t/a增加到目前最大的40万t/a。

据报道，日本科研人员已成功开发一种一步法新工艺，使用铕-钛催化剂由苯原料直接生产苯酚/丙酮。

由于丙酮是苯酚生产的联产品，现已在局部地区处于过剩状态，为此，将过剩的丙酮转化为其他产品已成为丙酮技术开发的热点。壳牌公司提出解决丙酮过剩的几种方案，一是将丙酮逆向制丙烯，该方案耗费较高，现正在日本千叶县某苯酚装置上进行试验。另一种耗费较低的方案是丙酮制异丙醇循环技术，该方法将20万t/a苯酚生产装置中得到的12 万t/a丙酮在磷酸镁沸石催化剂作用下，在固定床反应器中加氢制成异丙醇，异丙醇与苯进行烷基化反应生成异丙苯和少量多异丙苯，多异丙苯再采用烷基转移反应转化成异丙苯，并重新作为反应原料使用。

此外，国外对丙酮的提纯方法和回收技术也有一些改进。通用电气（GE）公司提出采用特定的碱性助剂和氧化剂提纯丙酮的方法，选用的碱性助剂有碱性氢氧化物和碳酸盐，氧化剂有过氧化氢、过氧化钠、高锰酸钾等，在进入第二蒸馏塔之前加入碱性助剂和氧化剂效果最好。该工序采用两台蒸馏塔，粗丙酮先进入第一蒸馏塔提取出醛类等低沸点不纯物，在第二蒸馏塔提取水、异丙苯、α-甲基苯乙烯等高沸点不纯物，最终可获得高纯度丙酮。

2　世界市场分析

目前，丙酮主要用于生产双酚A、丙酮氰醇/甲基丙烯酸甲酯（ACH/MMA）、醛醇化学品（甲基异丁基酮MIBK、甲基异丁基醇、异佛尔酮），也可作为溶剂使用等。其中，直接用作溶剂的占34%、生产丙酮氰醇/甲基丙烯酸甲酯占29%、生产双酚A占19%、其他用于制备醛醇化学品等占18%。

2012年世界丙酮需求量约为631万t，同比增长4%，其中北美和西欧地区需求量年均增长率约3%，远远低于亚太地区年均9.2%的需求增速。美国和西欧丙酮的消费结构不尽相同，最明显的是溶剂所占的比例，美国丙酮用作溶剂的量仅占17.0%，西欧占37.1%。从全球丙酮消费市场看，在今后一段时期内，除生产丙酮氰醇、用作溶剂等对丙酮的需求量有不同程度的增长外，生产双酚A对丙酮的需求量最大（尤其是在亚洲地区），其他消费增长相对较为平稳，生产双酚A、丙酮氰醇及用作溶剂仍将是丙酮的三大消费领域。

数据显示，由于苯酚需求较大，致使丙酮供需常常失衡。为此，一些苯酚生产商已在评价不联产丙酮的生产技术。

3　中国市场分析

3.1产能和产量

随着国内异丙苯法生产苯酚装置的建设，异丙苯法生产丙酮比例逐步上升。由于发酵法生产成本过高，近年来基本上处于半停产状态。目前，国内80%以上的丙酮装置采用异丙苯法，其余仍采用发酵法。

我国丙酮2009年产能已由2008年的62.2万t/a提高到76万t/a。我国丙酮产量2008年为42.6万t、2009年达44.8万t、2010年达55.8万t。主要生产企业及产能分布情况见表1。

表1　2013年我国苯酚生产企业产能及分布情况 　　万t/a

公司名称区域产能中石化上海高桥石化公司华东15.0中沙（天津）石化股份有限公司华北13.0中石化北京燕山石化股份有限公司华北10.0惠州忠信化工有限公司中南7.5中石油吉林石化公司东北6.0蓝星化工新材料哈尔滨分公司东北4.5山东利华益维远化工有限公司华东13.0建滔化工集团实友化工(扬州)有限公司华东12.0台湾长春化工（江苏）有限公司华东18.0合计99.0

截至2013年年底，我国共有9家丙酮生产企业，总生产能力已达到99万t/a，全部采用异丙苯法生产工艺，产量达到73万t。

2014年12月12日,中国石油化工股份有限公司(中国石化）与三井化学株式会社（三井化学）共同宣布：由双方共同出资成立的上海中石化三井化工有限公司（SSMC）的新建苯酚丙酮装置正式投产。该装置具备年产40万t苯酚/丙酮（其中25万t/a苯酚、15万t/a丙酮）能力，是目前国内单套规模第二大、工艺最先进的苯酚丙酮装置。由中国石化和三井化学合资建设，双方各占50%股份。

多年来，我国丙酮都处于供不应求的状况，对外依存度一度超过60%，这种状况随着最近几年国内大型酚酮装置的快速上马才发生根本转变。丙酮的净进口量由2010年最高峰时的75.1万t降至2013年的48.9万t。

3.2扩能趋势

我国丙酮市场需求在持续增长，未来有多套装置处于在建或规划当中。目前国内拟建项目共有11个，其中在建项目6个。2013年投产的项目有5个，2014年投产的有3个，还有3个项目尚处在规划或环评阶段中。未来我国丙酮新增产能统计见表2。

表2　2013～2015年我国丙酮新增产能统计　万t/a

近几年我国丙酮生产继续扩能。其中：

三井化学公司与中国石化在上海漕泾合建的世界级规模的苯酚和丙酮联合装置，设计生产15万t/a丙酮，已于2014年12月投产。

2012年5月31日，世界级规模、国内最大的65 万t/a苯酚丙酮项目在南京筹建，项目以扬子石化丙烯、苯为主要原料，利用中国石化自有技术建设55万t/a年异丙苯装置，利用英力士公司技术建设65 万t/a苯酚丙酮装置（苯酚40万t/a、这丙酮25万t/a），是目前国内最大的同类生产装置，也是世界最大苯酚丙酮生产装置之一。项目选址南京化工园，依托园区公用工程，投资回收期约为6.5年。南京化工园以苯酚丙酮为原料的产业链已经初具规模，是合资公司主要目标市场，预计将有70%的产量在本地区消化，其余30%将在以200 km为半径的周边市场销售。

西班牙Cepsa（西萨）公司于2011年10月19日宣布在上海的苯酚丙酮项目奠基兴建，该装置建在位于上海漕泾地区的上海化学工业区，拥有苯酚和丙酮生产能力分别为25万t/a和15万t/a，已于2013年年底投产。Cepsa旗下的Cepsa Química子公司运营该装置。该上海装置将定位于使CEPSA Química公司成为仅次于英力士公司的全球第二大苯酚和丙酮生产商，CEPSA Química现有的苯酚和丙酮生产能力均在西班牙。

霍尼韦尔的子公司UOP公司于2014年10月22日宣布，Cepsa化学上海公司将使用UOP的苯酚工艺用于生产苯酚和副产物丙酮，丙酮是建筑和汽车生产用聚碳酸酯塑料的关键原料，新装置建在漕泾上海化学工业区。Cepsa化学上海公司是能源公司西班牙Cepsa Quimica的附属公司。在上海的新装置将生产25万t/a苯酚和15万t/a丙酮，这将使Cepsa Quimica公司成为世界第二大苯酚生产商。除了技术授权外，UOP公司将为该上海联合装置提供工艺设计和开工服务，联合装置于11月开始生产。新的苯酚装置将与Cepsa化学上海公司的异丙苯装置组合成一体化，该异丙苯装置正在同一生产基地建造中。2014年年初，巴杰尔技术许可公司宣布，其已被Cepsa化学上海公司选择，为36万t/a异丙苯装置提供技术支持。中国是世界上最大的聚碳酸酯塑料消费国，占全球消费量增长速度近30%，而在未来10年内预计需求将以每年13%的增长率递增。苯酚和丙酮是重要的有机化工中间体，它们被广泛地用于生产聚碳酸酯、酚醛树脂、己内酰胺、双酚A、水杨酸、纤维、塑料、合成橡胶、医药、染料、涂料和环氧树脂。中国是世界上苯酚和丙酮增长最快的市场。

2011年12月1日，中化国际（控股）股份有限公司与扬州市政府、江苏扬农化工集团有限公司签署三方战略合作协议，根据协议，未来中化国际将与扬农集团共同推进产业资本合作、技术市场合作和重大项目建设合作。中化国际同时还与扬农集团签署了项目合作协议，双方合资在扬州化工园区建设35万t/a苯酚丙酮、12万t/a双酚A项目，项目于2013年年底建成。

3.3消费和进口

全球范围来说，丙酮最重要的下游应用包括直接用作溶剂、通过ACH法生产MMA、用于生产双酚A，分别占到总消费量的27%、24%和23%。在我国，丙酮的应用在最近几年显得更加广泛和多样，除了消费量最大的溶剂之外，在MMA/ACH、双酚A、甲基异丁基酮、异丙醇/异丙胺、脂肪族减水剂、二丙酮醇等领域均占有一定的消费比例。

近年来，随着我国MMA、涂料以及双酚A等行业的不断发展，带动了丙酮消费量的不断增加。我国丙酮表观消费量2008年和2009年分别达79.1万t 和99.4万t，2010年达到105.9万t。

2010年，我国丙酮总消费量达到105.9万t，仍存在较大的市场缺口。与世界平均水平和发达国家相比，目前我国丙酮用于溶剂的消费量所占比例过高，而我国双酚A、MMA、MIBK产业还不够成熟，对丙酮的消费量不大。随着我国双酚A对丙酮需求量的迅速增长，到2010年双酚A消费丙酮量已与丙酮氰醇（生产MMA）消费丙酮量相当。随着产业结构的调整和发展，预计未来的5～10年之间，我国丙酮的消费结构将会发生较大变化，双酚A、MMA及MIBK等产品的生产对丙酮消费量所占比例将会明显增大。

2012年我国丙酮产能为90万t/a、产量为65万t、净进口为68.93万t、表观消费量为133.93万t。2002～2012年我国丙酮产量年均增长率为12.9%，进口量年均增长15%，同期表观消费量年均增长率为14.2%，虽然近几年我国丙酮产能增速较快，但仍落后于需求量的增速，因此自给率仍呈下降趋势，由2002年的53.2%下降到2012年的48.5%。2002～2013年我国丙酮产销平衡情况见表3。

随着未来中国大量新建产能的上马，丙酮供应的紧张局面将得到缓解，价格也将随着供应的增多而逐步下降。而这将使丙酮重新具有竞争力，从而带动丙酮需求的恢复和增长。未来丙酮的价格不会因为供给的增多而出现长期持续下跌的局面，而在一定的区间内保持波动的概率更大。

表3　2002～2013年我国丙酮产销平衡情况　万t

3.4分析与建议

目前，世界上苯酚-丙酮的生产主要采用异丙苯法生产工艺，比例超过93%，丙酮是苯酚的副产品，每生产1 t苯酚将产生0.62 t丙酮。从世界范围来看，苯酚需求大于丙酮需求。据预计，未来3年全球苯酚需求将以年均5%左右的速度增长，而丙酮年增长率不会超过4%，两者需求的不平衡造成了未来丙酮存在供应过剩的风险。

从消费来看，预测丙酮的需求增长亮点将主要来自双酚A、聚碳酸酯以及丙酮法制异丙醇领域，近两年我国迎来了丙酮扩产高潮，若拟扩建项目均能如期投产，2016年我国丙酮产能将达到242.5万 t/a，自给能力将大大提高。预计2013～2016年我国丙酮的消费量将以年均14%左右的速度增长，2016年达到226万t，按目前的开工率测算，届时丙酮还会有50万t左右的市场缺口，仍需进口予以补充。

虽然近年来我国丙酮仍无法满足市场需求，但由于全球丙酮生产能力近年来增长很快，2006年起已出现过剩，且新建、扩建装置几乎都集中在亚洲地区，新增丙酮产品将不可避免地进入我国市场。另外，随着我国在建丙酮装置的陆续投产，国内自给率大大提高，市场竞争将更加激烈。而由于近几年丙酮市场需求的最大增长来自双酚A及其衍生物领域。因此建议我国新增的丙酮生产装置，最好采用异丙苯法生产工艺，以避免单纯生产丙酮导致的市场过剩；装置建设地点应充分考虑原料供应及附近市场需求，最好采用上下游配套方式，以降低生产成本，规避市场风险。

另外，在建丙酮装置的同时，企业除可配套建设双酚A装置外，还应考虑配套建设MIBK装置，努力减少双酚A产业发展可能对丙酮市场造成的不利影响。中国石油吉化集团公司新建的1.5万t/a MIBK装置已投产。目前我国仍可以考虑引进美国伊士曼、陶氏化学或壳牌化学丙酮一步法技术再建设1套2万t/a MIBK生产装置，使丙酮及其下游产品的生产实现一体化，参与国际竞争。

我国采用异丙苯法的苯酚/丙酮生产装置应提高单套装置生产能力，降低生产成本，实现异丙苯/苯酚/丙酮/双酚A一体化生产，继续开发丙酮衍生物生产工艺，拓宽丙酮应用领域。

（本栏目编辑：黄云燕）