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第一节 冰醋酸的简介
乙酸,也叫醋酸(36%--38%)、冰醋酸(98%),化学式CH3COOH,是一种有机一元酸,为食醋主要成分。纯的无水乙酸(冰醋酸)是无色的吸湿性固体,凝固点为16.6℃(62℉),凝固后为无色晶体,其水溶液中呈弱酸性且蚀性强,蒸汽对眼和鼻有刺激性作用(可研报告)。
第二节 冰醋酸的制备工艺
乙酸的制备可以通过人工合成和细菌发酵两种方法。生物合成法,即利用细菌发酵,仅占整个世界产量的10%,但是仍然是生产乙酸,尤其是醋的最重要的方法,因为很多国家的食品安全法规规定食物中的醋必须是通过生物法制备,而发酵法又分为有氧发酵法和无氧发酵法。
有氧发酵法
在氧气充足的情况下,醋杆菌属细菌能够从含有酒精的食物中生产出乙酸。通常使用的是苹果酒或葡萄酒混合谷物、麦芽、米或马铃薯捣碎后发酵。由这些细菌发酵反应的化学方程式为:
C₂H5OH + O₂ →CH₃COOH + H₂O
具体做法是将醋菌属的细菌接种于稀释后的酒精溶液并保持一定温度,放置于一个通风的位置,在几个月内就能够经过发酵,最后生成醋。工业生产醋的方法通过提供充足的氧气使得反应过程加快,此方法已经被商业化生产采用,也被称为“快速方法”或“德国方法”,因为首次在德国1823年应用成功而因此得名。此方法中,发酵是在一个塞满了木屑或木炭的塔中进行。含有酒精的原料从塔的上方滴入,新鲜空气从下方自然进入或强制对流。强化的空气量使得此过程能够在几个星期内完成,大大缩短了制醋的时间。
Otto Hromatka和Heinrich Ebner在1949年首次提通过液态的细菌培养基制备醋。在此方法中,酒精在持续的搅拌中发酵为乙酸,空气通过气泡的形式被充入溶液。通过这个方法,含乙酸15%的醋能够在两至三天制备完成。
无氧发酵法
部分厌氧细菌,包括梭菌属的部分成员,能够将糖类直接转化为乙酸而不需要乙醇作为中间体。总体反应方程式如下:
C6H12O6==3 CH3COOH
此外,许多细菌能够从仅含单碳的化合物中生产乙酸,例如甲醇,一氧化碳或二氧化碳与氢气的混和物。
梭菌属因为有能够反应糖类的能力,减少了成本,这意味着这些细菌有比醋菌属细菌的乙醇氧化法生产乙酸更有效率的潜力。然而,梭菌属细菌的耐酸性不及醋菌属细菌。耐酸性最大的梭菌属细菌也只能生产不到10%的乙酸,而有的醋酸菌能够生产20%的乙酸。使用醋酸属细菌制醋仍然比使用梭菌属细菌制备后浓缩更经济。所以,尽管梭菌属的细菌早在1940年就已经被发现,但它的工业应用范围较窄。
除了上述生物法外,工业用乙酸多采用如下方法合成:
甲醇羰基化法
大部分乙酸是通过甲基羰基化合成的。此反应中,甲醇和一氧化碳反应生成乙酸,方程式如下
CH3OH + CO →CH3COOH
这个过程是以碘代甲烷为中间体,分三个步骤完成,并且需要多金属成分的催化剂(第二步中)
通过控制反应条件,也可以通过同样的反应生成乙酸酐。因为一氧化碳和甲醇均是常用的化工原料,所以甲基羰基化一直以来备受青睐。早在1925年,英国塞拉尼斯公司就开发出第一个甲基羰基化制乙酸的试点装置。然而,由于缺少能耐高压(200atm或更高)和耐腐蚀的容器,此方法的应用一直受到限制。1963年,德国巴斯夫化学公司用钴作催化剂,开发出第一个适合工业生产乙酸的工艺。1968年,铑催化剂的大大降低了反应难度。采用铑的羰基化合物和碘化物组成的催化剂体系,使甲醇和一氧化碳在水-乙酸的介质中在175℃和低于3兆帕的压力条件下反应,即可得到乙酸产品。因为催化剂的活性和选择性都比较高,所以反应的副产物很少。甲醇低压羰基化法制乙酸,具有原料价廉,操作条件缓和,乙酸产率高,产品质量好和工艺流程简单等优势,但反应介质有严重的腐蚀性,需要使用耐腐蚀的特殊材质。1970年,美国孟山都公司建造了采用此工艺的装置,因此铑催化甲基羰基化制乙酸逐渐成为支配性的孟山都法。90年代后期,英国石油成功的将Cativa催化法商业化,此方法采用钌催化剂,使用([Ir(CO)₂I₂]),它比孟山都法更加绿色也有更高的效率。
乙醛氧化法
在孟山都法商业生产之前,大部分的乙酸是由乙醛氧化制得。尽管不能与甲基羰基化相比,此法仍然是第二种工业制乙酸的方法,反应方程式如下:
2CH₃CHO+O₂→2CH₃COOH
乙醛可以通过氧化丁烷或轻石脑油制得,也可以通过乙烯水合后生成。
乙烯氧化法
由乙烯在催化剂(所用催化剂为氯化钯:PdCl₂、氯化铜:CuCl₂和乙酸锰:(CH₃COO)₂Mn)存在的条件下,与氧气发生反应生成。此反应可以看作先将乙烯氧化成乙醛,再通过乙醛氧化法制得。
托普索法
托普索法以单一天然气或煤为原料。第一步:合成气在催化剂下生成甲醇和二甲醚;第二部:甲醇和二甲醚(两者不需提纯)和CO羰基化生成醋酸,此方法也叫做两步法。
第三节 冰醋酸的进出口信息
根据海关数据显示,2016年3月份国内冰醋酸进口量约18,018吨,进口金额513.78万美元,均价285美元/吨。进口量较上月增长183%,较去年同期增长39%。
2009年年底以前,国内冰醋酸装置产能较小,约400万吨/年以下,且存在大量落后淘汰产能。远远不能满足国内不断增长的下游需求,因此国内冰醋酸依靠大量进口量来满足内需。
2009年底开始,国内冰醋酸进入低进口量时代。因国内新建装置的陆续投产,使得国内冰醋酸产量不断提升,国内市场逐步自给自足,且开始向产能过剩的局面发展。此外价格也随着国内产量的增加而呈现下降趋势。由此,冰醋酸进口不再存在优势,相反地,出口水平明显提高。
至2014年国内冰醋酸进口依存度下降至低点,2015年略有回升。2016年第一季度累计进口量同比增长142.4%,相反出口量同比下降20.5%。且国际原油价格持续低位徘徊,国外化工产品价格低迷,那么对国内进口增加的可能性大幅提升。对冰醋酸来看,局部地区对中国的进口套利窗口存在打开条件,因此2016年第一季度国内冰醋酸进口量成倍增加。且对2016年国内冰醋酸进口依存度预期,将会高于2015年。
从2016年3月份进口明细来看,来自新加坡的进口量在17995吨,占总进口量的99.87%,主要是来自新加坡塞拉尼斯的货源。后发货地为广东江门(88.77%)、珠海特区(11.1%)。年初因国内甲醇价格较高,醋酸成本支撑,厂家生产亏损,南京塞拉尼斯装置持续低负荷运行,产量明显下降。然对国际市场来说,原油价格降至低位,相对国内来说,成本面较低。因此华东到广东船运价格,不敌新加坡到华南价格。2016年第一季度进口量大幅提升,尤其是3月份进口量超出出口量。
至于对未来醋酸进口情况的预期,进口量能否维持高位,这并非单一因素引起。近期原油价格走势较好,若持续上扬,那么东南亚冰醋酸生产成本将会提升,导致进口窗口关闭的情况也并非不可能发生。因此说冰醋酸进出口逆转为时尚早。
第四节 冰醋酸的发展前景
未来国内冰醋酸供需面基本处于增长趋势,在目前较好经济环境下,增长速度预期并不会放缓。我们单从供需面来看一下:
供应面,前几年因冰醋酸表现略产能过剩,因此从2014年河南龙宇40万吨/年装置投产后,2015-2017年再无新增消息存在。基于2017年国内冰醋酸供应持续存在缺口,企业生产持续丰厚盈利空间,新增消息开始逐步显现。如钦州华谊50万吨/年装置、广西昆达50万吨/年装置、天津渤化永利5万吨/年扩产,上述项目已经存在确切消息。天津渤化永利计划2018年4月份投产,华谊及昆达项目预计2020年投产。此外前期持续存在的大连恒力20万吨/年醋酸项目、贵州织金60万吨/年醋酸项目,暂未有具体进展时间。因此未来国内冰醋酸供应面将呈现明显增长趋势。
需求面预计也将不断提升。传统下游来看,冰醋酸下游新增点主要集中在PTA,2017年大约510万吨装置复产,2018年计划900万吨装置建成投产,2019年及以后约有740万吨装置计划建设。醋酸酯方面,最大消息就是泰兴金江的45万吨/年醋酸酯项目(目前已环评公示),但同时江门醋酸酯装置因环保停产。此外四川金恒通、山西潞安道恩、南通联普等均有醋酸酯新建计划,但并无具体建设时间。双乙烯酮新增在2017年较多,如聊城天柱、山东昆达等,未来有盐城华钛2万吨装置,据悉在建中。醋酐新增主要是关注山东嘉驰10万吨/年装置,原计划在2017年底投产,目前后延至2018年初。其他下游醋酸乙烯、氯乙酸(除去山东民基二期5万吨)等暂无大量新建消息。
综合来看,国内冰醋酸未来供需面仍将存在较大发展空间。若宏观经济面无较大变动,那么冰醋酸市场将会稳步提升。但未来环保仍将是值得注意的问题,尤其是对北方地区开工及运输的影响。
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