Пропилметилцеллюлоза (сокращенно HPMC) является высокотехнологичным тонким химическим продуктом, который в Китае находится в дефиците и является одним из самых универсальных и высокоэффективных видов целлюлозы. Благодаря своим отличным свойствам загущения, эмульгирования, защиты коллоидов и удержания влаги, он используется в покрытиях, полимеризации, строительных материалах, бурении и добыче нефти, текстиле, пище, фармацевтике, керамике, электронных устройствах и сельскохозяйственных семенах. В развитых странах HPMC широко используется в различных отраслях промышленности и повседневной жизни и стал незаменимым химическим вспомогательным веществом, известным как "промышленный глутамат натрия".

1. Обзор продукта

Эфиры целлюлозы являются важным классом водорастворимых макромолекулярных соединений, которые представляют собой серию продуктов, полученных из натуральной целлюлозы (альфа-целлюлозы, включая хлопковое волокно или древесную целлюлозу) путем алкилирования и эфирификации. Эфиры целлюлозы делятся на ионные и неионные продукты, ионные продукты в основном представлены карбоксиметилцеллюлозой (CMC), неионные продукты включают метилцеллюлозу (MC), гидроксипропилметилцеллюлозу (HPMC), этилцеллюлозу (EC), гидроксиэтилцеллюлозу (HEC), гидроксипропилцеллюлозу (HPC) и т.д.

HPMC представляет собой белый порошок, безвкусный, без запаха, нетоксичный и полностью неизменный в организме человека и выводится из него. Он легко растворим в воде, но нерастворим в горячей воде. HPMC обладает отличными свойствами загущения, эмульгирования, образования пленки, дисперсии, защиты коллоидов, удержания влаги, адгезии, устойчивости к кислотам и щелочам, устойчивости к ферментам и т.д. Он широко используется в строительстве, покрытиях, медицине, пище, текстиле, нефтяной промышленности, косметике, моющих средствах, керамике, чернилах и химическом процессе полимеризации.

2. Состояние производства в стране и за рубежом

2.1 Состояние производства за границей

Водорастворимые эфиры целлюлозы были разработаны и введены в производство в зарубежных промышленных странах с середины 1930-х годов и быстро развивались в 1950-х годах, образовав огромную индустрию с ионными и неионными продуктами в качестве основных.

В настоящее время общая производственная мощность эфиров целлюлозы в мире достигла 500 000 тонн, из которых ионные составляют 67%. В 2000 году общая мировая продукция составила 470 000 тонн, неионные эфиры целлюлозы значительно уступают ионным. Это связано с тем, что цена неионных эфиров целлюлозы, как правило, выше, в то время как ионные эфиры целлюлозы в основном используются для производства CMC из-за их более низкой цены. Только несколько стран с развитыми отраслями в США, Европе и Японии способны достичь крупномасштабного производства. В таблице ниже показаны мощности и разнообразие водорастворимых эфиров целлюлозы, производимых в ведущих странах мира.

США и Германия являются ведущими производителями водорастворимой целлюлозы в мире, обладая крупными производственными мощностями и современными технологиями производства. Южная Корея и Япония в Азии импортировали технологии и оборудование из Германии и США для организации производства, при этом производственные мощности достигли или превысили уровень 10 000 тонн соответственно, что делает их ведущими производителями в мире. Серия MC в основном используется в строительстве в мире, и ее использование в строительстве превышает 50% в Европе и США. Особое внимание следует уделить Корее, где водорастворимая целлюлоза, начавшаяся для строительства Олимпийского стадиона в 1988 году, достигла масштаба 18 500 тонн в год за последние 10 лет.

2.2 Ситуация с производством в стране

Промышленное производство эфиров целлюлозы в Китае началось в середине 1960-х годов, когда Институт химических исследований и проектирования в Уси, Химический завод Лужоу и Химический завод Хуян начали исследовать и разрабатывать HPMC, и в последние годы технологии HPMC значительно продвинулись, а спрос на них растет на 15% в год. В настоящее время основными производителями HPMC в Китае являются компания Feicheng Ruitai Fine Chemical Co. Ltd. и Химический завод Лужоу. Среди них Химический завод Лужоу, завод Тяньпу по производству тонкой химии был реформирован и расширен, чтобы иметь общую производственную мощность 1400 тонн в год HPMC и метилцеллюлозы (MC) в начале 1999 года.

Согласно статистике, в 2002 году производственная мощность HPMC в Китае составила 3500 тонн в год, но фактический выпуск составил всего 2000 тонн, а основные производители расположены в провинциях Хэбэй, Шаньдун, Хунань, Фуцзянь, Сычуань, Чжэцзян и Шэньси.

3. Технология производства

3.1 Состояние технологий в стране и за рубежом

В настоящее время более современные технологии производства неионных эфиров целлюлозы в основном имеют компании Dow Chemical Co. из США, Shinetsu Chemical Co. из Японии и Samsung Fine Chemical Co. из Кореи, которые соответственно внедрили технологии от Dow Chemical Co. из США и Loedige Co. из Германии.

Внутренний процесс производства HPMC обычно использует прерывистое производство, но технологии относительно отстали, и имеются недостатки в контроле качества его продукции, а также различия в качестве каждого продукта из котла.

По сравнению с зарубежными технологиями, отечественные технологии имеют явные недостатки в области технологий, оборудования, масштабов, послепродажного обслуживания, охраны окружающей среды и самоконтроля, в основном в следующих аспектах (см. таблицу 2).

3.2 Введение в процесс производства

Процесс производства эфиров целлюлозы имеет свои общие черты, а именно, очищенный хлопок или древесная целлюлоза пропитываются жидким каустическим натрием, прессуются для удаления избыточного щелока, чтобы получить щелочную целлюлозу, затем добавляется растворитель, эфирифицирующий агент, при определенной температуре и давлении происходит реакция эфирификации, конечная точка реакции зависит от требуемой степени эфирификации, а затем нейтрализуется и промывается, сушится, измельчается и т.д. для получения готовой продукции.

Химическое уравнение реакции для производства HPMC с использованием хлорметана и оксида пропилена в качестве эфирифицирующих агентов:

Rcell - OH + NaOH + CH3Cl + CH2OCHCH3

→Rcell - O - CH2OHCHCH3 + NaCl + H2O

Современные зарубежные технологии производства используют одноступенчатый метод для производства HPMC, а его производственный процесс показан на рисунке 2:

Рисунок: Схема процесса производства HPMC

Ключевое оборудование для производства HPMC включает реактор, сушилку, гранулятор, измельчитель и т.д. В настоящее время многие зарубежные производители используют оборудование, произведенное в Германии. Оборудование, произведенное в Китае, как по производственной мощности, так и по качеству производства, не может удовлетворить потребности высококачественного производства HPMC.

Немецкий универсальный реактор может использоваться для выполнения нескольких этапов процесса в одной машине, с автоматическим управлением, стабильным качеством продукции и безопасной и надежной работой.

Основные сырьевые материалы для производства HPMC - это очищенный хлопок, гидроксид натрия, хлорметан и оксид пропилена. Нормы потребления показаны в таблице ниже (по иностранной технологии).

4. Рекомендации по развитию проектов HPMC

4.1 Хорошие возможности для развития проектов HPMC в Китае

В 2001 и 2003 годах Государственная экономическая и торговая комиссия выпустила второй и третий пакеты национального ключевого технического преобразования "двойной высокий и один отличный" проектного ориентационного плана (т.е. индустриализация высоких технологий, преобразование традиционных отраслей с помощью университетских технологий и передовых и применимых технологий, а также оптимизация ключевых продуктов и технологической структуры), в котором четко указано, что специальные тонкие химические продукты, особенно те, которые имеют значительный дефицит на внутреннем рынке и основные продукты и технологии, должны развиваться в Китае. Также четко указано, что преобразование специальных тонких химических продуктов, особенно тех, которые имеют значительный дефицит на внутреннем рынке и в основном зависят от импорта, таких как гидроксипропилметилцеллюлоза, должно сосредоточиться на повышении класса и глубины переработки существующих продуктов и увеличении спецификаций продуктов. Это направление политики не только уточняет, что HPMC является продуктом с большим дефицитом на внутреннем рынке и в основном зависит от импорта, но и указывает на национальную политику поощрения развития специальных тонких химических продуктов.

В 2000 году Ассоциация производителей целлюлозных эфиров Китая предложила активно развивать производные целлюлозы и другие тонкие химические продукты, а в плане корректировки промышленной структуры было предложено сосредоточиться на развитии неионных целлюлозных эфиров, особенно продуктов MC/HPMC; Ассоциация хлорщелочных продуктов Китая предложила идею разработки продуктов MC/HPMC в плане разработки downstream продуктов хлорных продуктов; Институт инвестиционных исследований Государственной плановой комиссии и Китай

Институт инвестиций Государственной плановой комиссии и Ассоциация инженерного консультирования Китая, а также местные власти включили MC/HPMC в список ключевых проектов развития.

Согласно зарубежному опыту разработки целлюлозных продуктов, национальный спрос на продукты HPMC растет с развитием экономики. Китай является одной из самых быстрорастущих экономик в мире, поэтому применение HPMC в Китае имеет большие перспективы, и это благоприятное время для разработки этого проекта.

4. 2 В Китае существует огромный рыночный потенциал для продуктов HPMC

В настоящее время рынок целлюлозных эфиров в Китае все еще доминируют ионные продукты (CMC), которые составляют более 95 % от общего потребления, в то время как неионные целлюлозные эфиры (MC, HPMC, HEC и т.д.) составляют только 5 % от общего потребления, тогда как в развитых странах Европы и Америки потребление этих двух типов продуктов составляет по 50 %. CMC все еще имеет большой рынок только благодаря легкости производства и низкой цене, но некоторые части традиционного рынка могли быть заменены неионными эфирами. Ожидается, что по мере дальнейшего улучшения и совершенствования производственного процесса неионных эфиров, стоимость будет снижаться, и потребление неионных эфиров будет иметь общий восходящий тренд. Согласно данным китайской целлюлозной промышленности и зарубежных производителей, в ближайшие несколько лет спрос на MC/HPMC в Китае может достичь ежегодного темпа роста в 15 %, в основном по следующим причинам: Во-первых, с успешным проведением Пекинской заявки на Олимпийские игры 2008 года строительство олимпийских объектов и городской инфраструктуры постепенно достигнет международного уровня. В качестве отличной добавки для строительства и покрытия, MC/HPMC будет широко использоваться, и это послужит демонстрационным эффектом для стимулирования строительной и покрывательной отрасли использовать продукты MC/HPMC в больших объемах по всей стране. Во-вторых, с популяризацией коммерческого бетона в городах и снижением цен на целлюлозные продукты, большое количество коммерческого бетона может быть добавлено с продуктами MC/HPMC для улучшения реологических свойств и водоудерживающей способности, постепенно заменяя существующие добавки к цементу, MC/HPMC будет иметь широкие перспективы применения. В-третьих, развитие отечественной PVC-отрасли будет стимулировать спрос на MC/HPMC. В 2005 году ожидается, что производство PVC в Китае достигнет 4 миллионов тонн, для чего потребуется 1200-1400 тонн HPMC. В-четвертых, в области медицины и питания, с учетом здоровья людей и экологической осведомленности, MC/HPMC, который не вреден для физиологии и не загрязняет окружающую среду, постепенно заменит CMC и будет быстро развиваться.

Согласно вышеуказанному анализу, к 2006 году ожидается, что спрос на MC/HPMC в Китае составит 4000-5000 тонн. По этой причине крупные зарубежные производители рассматривают Китай как крупнейший потенциальный рынок и расширяют свои производственные мощности, чтобы занять китайский рынок.

4. 3 Строительство проектов HPMC имеет хорошие экономические выгоды

Согласно предварительной оценке, исходя из текущего рыночного спроса в Китае, общие инвестиции в строительство завода HPMC с годовой производственной мощностью 6000 тонн на мировом уровне составляют около 400 миллионов юаней (включая оборотный капитал), и после ввода завода в эксплуатацию средняя цена продажи продукта составит 65 000 юаней/тонна, средний годовой доход от продаж составит 390 миллионов юаней, средняя годовая прибыль составит 150 миллионов юаней, а средний годовой налог на прибыль составит 46,77 миллиона юаней. Средний годовой налог на прибыль составляет 46,77 миллиона юаней. Согласно оценке экономической выгоды, рентабельность инвестиций в проект составляет 36%, рентабельность инвестиций и налогов составляет 46%, а финансовая внутренняя норма доходности составляет 30%, поэтому экономическая выгода очень значительна. После ввода проекта в эксплуатацию потребуется всего 3 года для возврата всех инвестиций.

Можно увидеть, что в текущее благоприятное время активное развитие проекта HPMC не только соответствует национальной и отраслевой политике промышленного развития, чтобы удовлетворить растущие потребности внутреннего рынка, но также может сократить разрыв между китайской целлюлозной промышленностью и зарубежными развитыми странами, способствовать национальному экономическому развитию и создать огромные экономические выгоды для предприятий.