双酚A(Bisphenol A,BPA)化学名称2,2-二(4-羟基苯基)丙烷,又名二酚基丙烷,是苯酚和丙酮的重要衍生物,主要用于生产聚碳酸酯、环氧树脂、聚砜树脂、聚苯醚树脂、不饱和聚酯树脂等多种高分子材料,也可用于生产增塑剂、阻燃剂、抗氧剂、热稳定剂、橡胶防老剂、农药、涂料、农用杀菌剂、油漆以及紫外线吸收剂等精细化工产品,广泛应用于工业、建筑、医疗、包装、汽车、电子电气等领域。
截止到2019年底,我国共有8家双酚A生产企业,总产能达到157.5万吨/年,是全球最大的双酚A生产国家,其中2017年与2018年均无新增产能,而长春化工(江苏)有限公司于2019年6月新投产产能13.5万吨。国内双酚A主要生产企业情况见表1。
表1 中国内地双酚A主要生产企业
经过多年发展,国内双酚A行业已形成国有、外资或合资及民营等多种性质的生产企业并存的局面,以外资或合资生产装置占主导地位。在现有的8家生产企业中,只有蓝星南通星辰合成材料有限公司和山东利华益维远化工有限公司两家企业为国内企业,生产能力合计为27万吨/年,约占国内总产能的17.14%;其余6家均为合资或外资企业,生产能力合计为130.5万吨/年,约占国内总产能的82.86%。
从市场消费方面来看,双酚A主要下游应用为环氧树脂和聚碳酸酯,合计消费占比约97%。根据下游消费领域,市场上的双酚A通常分为两个级别,聚碳酸酯级双酚A和环氧树脂级双酚A。通常来说,聚碳酸酯级双酚A比环氧树脂级双酚A的纯度更高,一般情况下纯度高于99.8%,且异构双酚A含量更低,热稳定性更好,能生产无色透明的聚碳酸酯产品。而环氧树脂级双酚A纯度一般约为99.0%,所含杂质可能高达5%,一般应用于对透光性没有要求的聚合物生产中。
表2 聚碳级双酚A和环氧树脂级双酚A质量参数对比
从未来需求来看,双酚A作为聚碳酸酯生产不可或缺的重要原料,是中国聚碳酸酯产业竞争的关键因素之一。近两年来随着聚碳酸酯产能的集中释放,对于双酚A的需求量逐步增加。一些聚碳酸酯生产企业也在逐步拓展上游产业链项目,多数装置完善至原料双酚A。而由于未来几年双酚A新投产产能有限,预计中国双酚A供需缺口将急剧增长,对于双酚A资源争夺将更加激烈。
从工业生产来看,双酚A由两分子苯酚和一分子丙酮在酸性催化剂作用下经缩合反应而得,催化剂通常采用硫酸、盐酸或强酸性阳离子交换树脂,不同的催化剂类型体现了双酚A技术发展的不同阶段。离子交换树脂法由于反应选择性高、产品质量高、对设备腐蚀性较弱、操作方便、生产周期长、杂质和三废少等优势,目前是国内外生产双酚A的主流工艺和发展方向。其生产技术从工艺流程、生产成本、产品质量以及市场目标方面,又可以分为两大类:
第一类来自目前市场上的主要技术供应商。这类技术曾经主要用于生产环氧树脂级双酚A,起初对双酚A纯度和质量要求较低。近年来随着我国聚碳酸酯行业的产能突破,形成了对聚碳级双酚A的硬性需求,倒逼这类技术升级改造,开始逐渐提高产品指标转向为聚碳酸酯生产提供原料。
第二类由各大聚碳酸酯生产企业独立开发,主要是为了满足聚碳酸酯产品的原料配套。此类技术生产的双酚A产品纯度高、杂质少、热稳定性高,能够生产无色、透明的聚碳酸酯产品,属于各大聚碳酸酯生产企业所有,各家技术细节有所不同,不对外转让,所生产的双酚A产品也不外售。
第一类双酚A生产技术虽然在纯度和质量指标上满足了聚碳级双酚A的要求,但所生产的双酚A之前从未长期应用于聚碳的生产,在各项质量指标的控制诀窍上与第二类双酚A生产技术还是存在一定差距,是否对下游聚碳终端产品的性能产生影响犹未可知。
我国双酚A的工业生产始于1992年,无锡树脂厂(现蓝星南通星辰合成材料有限公司)最早引进波兰Polimex公司离子交换树脂法技术,建成1万吨/年双酚A生产装置,后又引进日本千代田技术,经几次技术改造扩建至2015年的15万吨/年产能。2015年,另一家国内企业利华益维远化工有限公司新建的12万吨/年双酚A生产装置建成投产,该套装置采用美国Badger公司的技术。2018年,鲁西化工引进新一代聚碳级双酚A生产技术,目前处于设计建设阶段。
从各类技术的优缺点来看,不同公司所采用的离子交换树脂法双酚A生产技术在催化剂寿命、反应器排布、结晶分离等方面都各有特点,而目前国际上最先进的生产技术的优势如下:
1)催化剂方面,催化剂寿命长,平均寿命可达5年或以上。
2)促进剂方面,使用液相重质含巯基促进剂,味道小、不易挥发、不需要回收系统、且始终停留在重质组分中,最终会跟随焦质排出,不会影响产品质量,也不存在因气味造成的潜在环境和安全问题。
3)结晶分离方面,选用外循环悬浮结晶工艺,结晶器尺寸小、总体动设备少、简单高效且安全可靠,维护成本低。
未来,聚碳酸酯利润空间或将在双酚A原料价格大幅上涨,以及产品价格不断走低的双重挤压下大幅缩水,聚碳酸酯的利润空间已经开始向双酚A转移。配套双酚A装置甚至上游原料项目,形成一体化产业链,增加终端产品利润,已经逐渐成为聚碳酸酯行业的共识。
但是目前国内双酚A技术同国际先进的技术相比还存在一些差距,未来几年随着多套双酚A装置的陆续上马,产品质量高、投资低、成熟稳定、环境友好的双酚A生产技术将在产业链竞争中占据越来越重要的地位。
毕业于四川大学化工学院化学工程与工艺专业,毕业后一直致力于化工高分子材料领域,对于聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲醛等高分子材料及其上下游原料的市场及技术现状有较深入的研究。
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