Cet article analysera les principaux produits de la chaîne industrielle C3 de la Chine et l'orientation actuelle de la recherche et du développement de la technologie.

(1)L'état actuel et les tendances de développement de la technologie du polypropylène (PP)

D'après notre étude, il existe différentes méthodes de production de polypropylène (PP) en Chine, parmi lesquelles les plus importantes sont le procédé de fabrication de tubes environnementaux chinois, le procédé Unipol de Daoju, le procédé Spheriol de LyondellBasell, le procédé Innovene d'Ineos, le procédé Novolen de Nordic Chemical et le procédé Spherizone de LyondellBasell. Ces procédés sont également largement adoptés par les entreprises chinoises de PP. Ces technologies permettent généralement de contrôler le taux de conversion du propylène dans une fourchette de 1,01 à 1,02.

Le procédé national de fabrication de tubes annulaires adopte un catalyseur ZN développé indépendamment, actuellement dominé par la technologie de deuxième génération. Ce procédé repose sur des catalyseurs développés indépendamment, la technologie du donneur d'électrons asymétrique et la technologie de copolymérisation aléatoire binaire propylène-butadiène. Il permet de produire du PP homopolymérisé, copolymérisé aléatoire éthylène-propylène, copolymérisé aléatoire propylène-butadiène et copolymérisé résistant aux chocs. Par exemple, des entreprises telles que Shanghai Petrochemical Third Line, Zhenhai Refining and Chemical First and Second Lines et Maoming Second Line ont toutes adopté ce procédé. Avec l'augmentation future des nouvelles installations de production, le procédé de troisième génération de tubes environnementaux devrait progressivement devenir le procédé national dominant.

Le procédé Unipol permet de produire industriellement des homopolymères dont l'indice de fluidité à chaud (MFR) est compris entre 0,5 et 100 g/10 min. De plus, la fraction massique de monomères de copolymère d'éthylène dans les copolymères aléatoires peut atteindre 5,5 %. Ce procédé permet également de produire un copolymère aléatoire industrialisé de propylène et de 1-butène (appellation commerciale CE-FOR), dont la fraction massique de caoutchouc peut atteindre 14 %. La fraction massique d'éthylène dans le copolymère choc produit par le procédé Unipol peut atteindre 21 % (la fraction massique de caoutchouc est de 35 %). Ce procédé a été appliqué dans les installations d'entreprises telles que Fushun Petrochemical et Sichuan Petrochemical.

Le procédé Innovene permet de produire des homopolymères présentant une large plage d'indices de fluidité (MFR), allant de 0,5 à 100 g/10 min. Sa ténacité est supérieure à celle des autres procédés de polymérisation en phase gazeuse. L'indice de fluidité des copolymères aléatoires est de 2 à 35 g/10 min, avec une fraction massique d'éthylène comprise entre 7 % et 8 %. L'indice de fluidité des copolymères résistants aux chocs est de 1 à 35 g/10 min, avec une fraction massique d'éthylène comprise entre 5 % et 17 %.

Actuellement, la technologie de production dominante du PP en Chine est très mature. Prenons l'exemple des entreprises de polypropylène à base de pétrole : il n'y a pas de différences significatives en termes de consommation unitaire de production, de coûts de transformation, de bénéfices, etc., entre elles. Si l'on considère les catégories de production couvertes par les différents procédés, les procédés traditionnels peuvent couvrir l'ensemble de la catégorie de produits. Cependant, compte tenu des catégories de production réelles des entreprises existantes, il existe des différences significatives entre les produits PP en raison de facteurs tels que la géographie, les barrières technologiques et les matières premières.

(2)État actuel et tendances de développement de la technologie de l'acide acrylique

L'acide acrylique est une matière première chimique organique importante, largement utilisée dans la production d'adhésifs et de revêtements hydrosolubles. Il est également couramment transformé en acrylate de butyle et autres produits. Selon les recherches, il existe différents procédés de production d'acide acrylique, notamment au chloroéthanol, au cyanoéthanol, à haute pression, à l'énone, à l'éthanol, au formaldéhyde, à l'hydrolyse de l'acrylonitrile, à l'éthylène, à l'oxydation du propylène et à la méthode biologique. Bien qu'il existe différentes techniques de préparation de l'acide acrylique, la plupart étant appliquées dans l'industrie, le procédé de production le plus répandu au monde reste l'oxydation directe du propylène en acide acrylique.

Les matières premières utilisées pour la production d'acide acrylique par oxydation du propylène comprennent principalement la vapeur d'eau, l'air et le propylène. Au cours du processus de production, ces trois composés subissent des réactions d'oxydation à travers le lit catalytique dans une certaine proportion. Le propylène est d'abord oxydé en acroléine dans le premier réacteur, puis en acide acrylique dans le second. La vapeur d'eau joue un rôle de dilution dans ce processus, évitant les explosions et supprimant la génération de réactions secondaires. Cependant, outre la production d'acide acrylique, ce procédé produit également de l'acide acétique et des oxydes de carbone en raison de réactions secondaires.

Selon les recherches de Pingtou Ge, la clé de la technologie d'oxydation de l'acide acrylique réside dans le choix des catalyseurs. Parmi les entreprises actuellement capables de proposer cette technologie, on peut citer Sohio (États-Unis), Japan Catalyst Chemical Company, Mitsubishi Chemical Company (Japon), BASF (Allemagne) et Japan Chemical Technology.

Aux États-Unis, le procédé Sohio est un procédé important de production d'acide acrylique par oxydation du propylène. Il se caractérise par l'introduction simultanée de propylène, d'air et de vapeur d'eau dans deux réacteurs à lit fixe connectés en série, et par l'utilisation d'oxydes métalliques multicomposants MoBi et Mo-V comme catalyseurs. Ce procédé permet d'obtenir un rendement unidirectionnel d'acide acrylique d'environ 80 % (rapport molaire). L'avantage du procédé Sohio réside dans la possibilité d'augmenter la durée de vie du catalyseur, jusqu'à deux ans, grâce à deux réacteurs en série. Cependant, cette méthode présente l'inconvénient de ne pas récupérer le propylène non réagi.

Méthode BASF : Depuis la fin des années 1960, BASF mène des recherches sur la production d’acide acrylique par oxydation du propylène. Cette méthode utilise des catalyseurs MoBi ou MoCo pour la réaction d’oxydation du propylène, et le rendement unidirectionnel en acroléine obtenu peut atteindre environ 80 % (rapport molaire). Par la suite, à l’aide de catalyseurs à base de Mo, W, V et Fe, l’acroléine a été à nouveau oxydée en acide acrylique, avec un rendement unidirectionnel maximal d’environ 90 % (rapport molaire). La durée de vie du catalyseur BASF peut atteindre 4 ans et le procédé est simple. Cependant, cette méthode présente des inconvénients tels qu’un point d’ébullition élevé du solvant, des nettoyages fréquents des équipements et une consommation énergétique globale élevée.

Méthode japonaise de catalyse : deux réacteurs fixes en série et un système de séparation à sept tours correspondant sont également utilisés. La première étape consiste à infiltrer l'élément Co dans le catalyseur MoBi comme catalyseur de réaction, puis à utiliser des oxydes métalliques composites Mo, V et Cu comme catalyseurs principaux dans le second réacteur, avec un support en silice et en monoxyde de plomb. Grâce à ce procédé, le rendement unidirectionnel en acide acrylique est d'environ 83 à 86 % (rapport molaire). La méthode japonaise de catalyse utilise un réacteur à lit fixe empilé et un système de séparation à sept tours, avec des catalyseurs avancés, un rendement global élevé et une faible consommation énergétique. Cette méthode est actuellement l'un des procédés de production les plus avancés, comparable au procédé Mitsubishi au Japon.

(3)État actuel et tendances de développement de la technologie de l'acrylate de butyle

L'acrylate de butyle est un liquide transparent incolore, insoluble dans l'eau et pouvant être mélangé à l'éthanol et à l'éther. Ce composé doit être stocké dans un entrepôt frais et ventilé. L'acide acrylique et ses esters sont largement utilisés dans l'industrie. Ils servent non seulement à la fabrication de monomères souples pour adhésifs acryliques à base de solvants et de lotions, mais peuvent également être homopolymérisés, copolymérisés et copolymérisés par greffage pour former des monomères polymères et être utilisés comme intermédiaires de synthèse organique.

Actuellement, le procédé de production d'acrylate de butyle repose principalement sur la réaction de l'acide acrylique et du butanol en présence d'acide toluènesulfonique pour produire de l'acrylate de butyle et de l'eau. La réaction d'estérification impliquée dans ce procédé est typiquement réversible, et les points d'ébullition de l'acide acrylique et de l'acrylate de butyle produit sont très proches. Par conséquent, il est difficile de séparer l'acide acrylique par distillation, et l'acide acrylique non réagi n'est pas recyclable.

Ce procédé, appelé méthode d'estérification de l'acrylate de butyle, est principalement développé par l'Institut de recherche en génie pétrochimique du Jilin et d'autres institutions apparentées. Cette technologie est déjà très mature et permet un contrôle précis de la consommation unitaire d'acide acrylique et de n-butanol, avec une précision de 0,6. De plus, cette technologie a déjà fait l'objet de coopérations et de transferts.

(4)État actuel et tendances de développement de la technologie CPP

Le film CPP est fabriqué à partir de polypropylène, matière première principale, grâce à des procédés de transformation spécifiques tels que l'extrusion-moulage en T. Ce film présente une excellente résistance à la chaleur et, grâce à ses propriétés de refroidissement rapide, offre une excellente fluidité et une excellente transparence. Par conséquent, pour les applications d'emballage exigeant une grande transparence, le film CPP est le matériau privilégié. Il est le plus souvent utilisé dans les emballages alimentaires, ainsi que pour la production de revêtements aluminium, les emballages pharmaceutiques et la conservation des fruits et légumes.

Actuellement, le procédé de production des films CPP repose principalement sur la coextrusion. Ce procédé utilise plusieurs extrudeuses, des distributeurs multicanaux (communément appelés « feeders »), des têtes de filière en T, des systèmes de coulée, des systèmes de traction horizontale, des oscillateurs et des systèmes d'enroulement. Ce procédé se caractérise par une excellente brillance de surface, une planéité élevée, une faible tolérance d'épaisseur, une bonne élasticité mécanique, une bonne flexibilité et une bonne transparence des films minces produits. La plupart des fabricants mondiaux de CPP utilisent la coextrusion pour leur production, et la technologie des équipements est mature.

Depuis le milieu des années 1980, la Chine a commencé à introduire des équipements de production de films coulés étrangers, mais la plupart sont des structures monocouches et relèvent du stade primaire. Au début des années 1990, la Chine a introduit des lignes de production de films coulés multicouches en copolymère provenant de pays comme l'Allemagne, le Japon, l'Italie et l'Autriche. Ces équipements et technologies importés constituent le principal atout de l'industrie chinoise du film coulé. Les principaux fournisseurs d'équipements sont les allemands Bruckner, Bartenfield et Leifenhauer, ainsi que l'autrichien Orchid. Depuis 2000, la Chine a introduit des lignes de production plus avancées, et les équipements fabriqués localement ont également connu un développement rapide.

Cependant, par rapport au niveau international avancé, il existe encore un certain écart en matière d'automatisation, de contrôle du poids, de réglage automatique de la tête de filière, de contrôle de l'épaisseur du film, de récupération des bords en ligne et d'enroulement automatique des équipements de moulage de films nationaux. Actuellement, les principaux fournisseurs d'équipements pour la technologie des films CPP sont les allemands Bruckner et Leifenhauser, ainsi que l'autrichien Lanzin. Ces fournisseurs étrangers présentent des avantages significatifs en termes d'automatisation et autres. Cependant, le processus actuel est déjà bien développé, la technologie des équipements progresse lentement et il n'y a pratiquement aucune possibilité de coopération.

(5)État actuel et tendances de développement de la technologie de l'acrylonitrile

La technologie d'oxydation du propylène-ammoniac est actuellement la principale voie de production commerciale d'acrylonitrile, et la quasi-totalité des fabricants d'acrylonitrile utilisent des catalyseurs BP (SOHIO). Cependant, il existe également de nombreux autres fournisseurs de catalyseurs, tels que Mitsubishi Rayon (anciennement Nitto) et Asahi Kasei au Japon, Ascend Performance Material (anciennement Solutia) aux États-Unis et Sinopec.

Plus de 95 % des usines d'acrylonitrile dans le monde utilisent la technologie d'oxydation du propylène et de l'ammoniac (également appelée procédé Sohio), développée par BP. Cette technologie utilise du propylène, de l'ammoniac, de l'air et de l'eau comme matières premières et entre dans le réacteur dans une certaine proportion. Sous l'action de catalyseurs phosphore-molybdène-bismuth ou antimoine-fer supportés sur gel de silice, l'acrylonitrile est généré à une température de 400 à 500 °C.°Cet à la pression atmosphérique. Après une série d'étapes de neutralisation, d'absorption, d'extraction, de déshydrocyanation et de distillation, on obtient l'acrylonitrile final. Le rendement unidirectionnel de cette méthode peut atteindre 75 %, et les sous-produits comprennent l'acétonitrile, le cyanure d'hydrogène et le sulfate d'ammonium. Cette méthode présente la plus forte valeur de production industrielle.

Depuis 1984, Sinopec a signé un accord à long terme avec INEOS et est autorisée à utiliser la technologie brevetée d'acrylonitrile d'INEOS en Chine. Après des années de développement, l'Institut de recherche pétrochimique de Sinopec à Shanghai a développé avec succès une voie technique d'oxydation du propylène-ammoniac pour produire de l'acrylonitrile, et a construit la deuxième phase du projet d'acrylonitrile de 130 000 tonnes de la succursale d'Anqing de Sinopec. Le projet a été mis en service avec succès en janvier 2014, portant la capacité de production annuelle d'acrylonitrile de 80 000 tonnes à 210 000 tonnes, devenant ainsi un élément important de la base de production d'acrylonitrile de Sinopec.

Parmi les entreprises mondiales détenant actuellement des brevets pour la technologie d'oxydation du propylène-ammoniac, on compte BP, DuPont, Ineos, Asahi Chemical et Sinopec. Ce procédé de production est mature et facile à obtenir, et la Chine a également réussi à le localiser, et ses performances ne sont pas inférieures à celles des technologies de production étrangères.

(6)État actuel et tendances de développement de la technologie ABS

Selon l'étude, le procédé de fabrication des dispositifs ABS se divise principalement en deux méthodes : le greffage par lotion et le greffage continu. La résine ABS a été développée à partir d'une résine de polystyrène modifiée. En 1947, une entreprise américaine de caoutchouc a adopté le procédé de mélange pour produire industriellement de la résine ABS. En 1954, la société américaine BORG-WAMER a développé la résine ABS polymérisée par greffage par lotion et l'a produite industriellement. L'apparition du greffage par lotion a favorisé le développement rapide de l'industrie de l'ABS. Depuis les années 1970, la technologie de production de l'ABS a connu un développement considérable.

Le greffage par lotion est un procédé de production avancé qui comprend quatre étapes : la synthèse du latex de butadiène, la synthèse du polymère greffé, la synthèse des polymères de styrène et d'acrylonitrile, et le post-traitement du mélange. Le procédé comprend une unité PBL, une unité de greffage, une unité SAN et une unité de mélange. Ce procédé de production, d'une grande maturité technologique, est largement utilisé dans le monde entier.

À l'heure actuelle, la technologie ABS mature provient principalement d'entreprises telles que LG en Corée du Sud, JSR au Japon, Dow aux États-Unis, New Lake Oil Chemical Co., Ltd. en Corée du Sud et Kellogg Technology aux États-Unis, qui affichent toutes un niveau de maturité technologique de premier plan à l'échelle mondiale. Grâce au développement continu de la technologie, le processus de production de l'ABS est en constante amélioration. À l'avenir, des procédés de production plus efficaces, plus respectueux de l'environnement et plus économes en énergie pourraient émerger, créant ainsi de nouvelles opportunités et de nouveaux défis pour le développement de l'industrie chimique.

(7)L'état technique et la tendance de développement du n-butanol

Selon les observations, la technologie la plus répandue pour la synthèse du butanol et de l'octanol dans le monde est le procédé de synthèse carbonylée cyclique basse pression en phase liquide. Les principales matières premières utilisées sont le propylène et le gaz de synthèse. Le propylène provient principalement d'un approvisionnement intégré, avec une consommation unitaire de propylène comprise entre 0,6 et 0,62 tonne. Le gaz de synthèse est principalement préparé à partir de gaz d'échappement ou de gaz de synthèse à base de charbon, avec une consommation unitaire comprise entre 700 et 720 mètres cubes.

La technologie de synthèse de carbonyles basse pression développée par Dow/David (procédé de circulation en phase liquide) présente des avantages tels qu'un taux de conversion élevé du propylène, une longue durée de vie du catalyseur et une réduction des émissions de trois déchets. Ce procédé est actuellement la technologie de production la plus avancée et est largement utilisé dans les entreprises chinoises de butanol et d'octanol.

Étant donné que la technologie Dow/David est relativement mature et peut être utilisée en coopération avec les entreprises nationales, de nombreuses entreprises donneront la priorité à cette technologie lorsqu'elles choisiront d'investir dans la construction d'unités de butanol octanol, suivies de la technologie nationale.

(8)État actuel et tendances de développement de la technologie du polyacrylonitrile

Le polyacrylonitrile (PAN), obtenu par polymérisation radicalaire de l'acrylonitrile, est un intermédiaire important dans la préparation des fibres d'acrylonitrile (fibres acryliques) et des fibres de carbone à base de polyacrylonitrile. Il se présente sous forme de poudre opaque blanche ou légèrement jaune, dont la température de transition vitreuse est d'environ 90 °C.°CIl peut être dissous dans des solvants organiques polaires tels que le diméthylformamide (DMF) et le diméthylsulfoxyde (DMSO), ainsi que dans des solutions aqueuses concentrées de sels inorganiques tels que le thiocyanate et le perchlorate. La préparation du polyacrylonitrile implique principalement la polymérisation en solution ou la polymérisation par précipitation aqueuse de l'acrylonitrile (AN) avec des seconds monomères non ioniques et des troisièmes monomères ioniques.

Le polyacrylonitrile est principalement utilisé pour la fabrication de fibres acryliques, fibres synthétiques fabriquées à partir de copolymères d'acrylonitrile dont le pourcentage massique est supérieur à 85 %. Selon les solvants utilisés dans le procédé de production, on distingue le diméthylsulfoxyde (DMSO), le diméthylacétamide (DMAc), le thiocyanate de sodium (NaSCN) et le diméthylformamide (DMF). La principale différence entre les solvants réside dans leur solubilité dans le polyacrylonitrile, qui n'a pas d'impact significatif sur le procédé de polymérisation spécifique. De plus, selon les différents comonomères, on peut les classer en acide itaconique (IA), acrylate de méthyle (MA), acrylamide (AM) et méthacrylate de méthyle (MMA). Chaque comonomère a des effets différents sur la cinétique et les propriétés des produits de polymérisation.

Le processus d'agrégation peut être en une ou deux étapes. La méthode en une étape consiste à polymériser simultanément l'acrylonitrile et les comonomères en solution, et les produits peuvent être directement transformés en solution de filage sans séparation. La méthode en deux étapes consiste à polymériser l'acrylonitrile et les comonomères en suspension dans l'eau pour obtenir le polymère, qui est ensuite séparé, lavé, déshydraté et soumis à d'autres étapes pour former la solution de filage. Actuellement, le processus de production mondial du polyacrylonitrile est fondamentalement le même, à l'exception des méthodes de polymérisation en aval et des comonomères utilisés. Actuellement, la plupart des fibres de polyacrylonitrile utilisées dans le monde sont fabriquées à partir de copolymères ternaires, dont 90 % d'acrylonitrile et 5 à 8 % d'un second monomère. L'ajout d'un second monomère vise à améliorer la résistance mécanique, l'élasticité et la texture des fibres, ainsi que les performances de teinture. Les méthodes couramment utilisées comprennent le MMA, le MA, l'acétate de vinyle, etc. La quantité ajoutée du troisième monomère est de 0,3% à 2%, dans le but d'introduire un certain nombre de groupes colorants hydrophiles pour augmenter l'affinité des fibres avec les colorants, qui sont divisés en groupes colorants cationiques et groupes colorants acides.

Actuellement, le Japon est le principal représentant du processus mondial de production du polyacrylonitrile, suivi par des pays comme l'Allemagne et les États-Unis. Parmi les entreprises représentatives figurent Zoltek, Hexcel, Cytec et Aldila au Japon, Dongbang, Mitsubishi aux États-Unis, SGL en Allemagne et Formosa Plastics Group à Taïwan. À l'heure actuelle, la technologie mondiale de production du polyacrylonitrile est mature et les possibilités d'amélioration des produits sont limitées.