Пропилметилцеллюлоза (сокращенно ГМЦ) — это высокотехнологичный продукт тонкой химической промышленности, дефицитный в Китае, и один из самых универсальных и высокоэффективных сортов целлюлозы. Благодаря своим превосходным свойствам загущения, эмульгирования, коллоидной защиты и влагоудержания, он используется в покрытиях, полимеризации, строительных материалах, бурении и добыче нефти, текстиле, пищевой промышленности, фармацевтике, керамике, электронных устройствах и сельскохозяйственных семенах. В развитых странах ГМЦ широко используется в различных отраслях промышленности и повседневной жизни и стала незаменимой химической добавкой, известной как «промышленный глутамат натрия».

1. Обзор продукта

Эфиры целлюлозы представляют собой важный класс водорастворимых макромолекулярных соединений, которые являются серией продуктов, получаемых из природной целлюлозы (альфа-целлюлозы, включая хлопковое волокно или древесную массу) путем реакций алкилирования и этерификации. Эфиры целлюлозы делятся на ионные и неионные продукты; ионные продукты — это в основном карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ), неионные продукты включают метилцеллюлозу (МЦ), гидроксипропилметилцеллюлозу (ГМЦ), этилцеллюлозу (ЭЦ), гидроксиэтилцеллюлозу (ГЭЦ), гидроксипропилцеллюлозу (ГПЦ) и так далее.

ГМЦ представляет собой белый порошок, безвкусный, без запаха, нетоксичный и полностью неизменный в организме человека и выводится из него. Он легко растворяется в воде, но нерастворим в горячей воде. ГМЦ обладает превосходными свойствами загущения, эмульгирования, пленкообразования, диспергирования, коллоидной защиты, влагоудержания, адгезии, кислото- и щелочестойкости, ферментостойкости и т. д. Он широко используется в строительстве, покрытии, медицине, пищевой промышленности, 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 рубежом

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

В настоящее время общие мировые производственные мощности эфиров целлюлозы достигли 500 000 тонн, из которых ионный тип составляет 67%. В 2000 году общее мировое производство составило 470 000 тонн, неионный эфир целлюлозы значительно меньше, чем ионный эфир целлюлозы. Это связано с тем, что цена неионных эфиров целлюлозы, как правило, выше, а ионные эфиры целлюлозы в основном используются в производстве КМЦ из-за их более низкой цены. Только несколько стран с развитой промышленностью в США, Европе и Японии способны достичь крупномасштабного производства. В таблице ниже показаны мощности и ассортимент водорастворимых эфиров целлюлозы, производимых в ведущих странах мира.

США и Германия являются ведущими мировыми производителями водорастворимой целлюлозы, имеющими крупные производственные мощности и передовые технологии 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 мировыми производителями. Серия МЦ в основном используется в строительстве в мире, и ее использование в строительстве достигает более 50% в Европе и США. Следует особо отметить Корею, где водорастворимая целлюлозная промышленность, начавшаяся для строительства Олимпийского стадиона в 1988 году, за последние 10 лет достигла масштабов 18 500 т/год.

2.2 Внутренняя производственная ситуация

Промышленное производство продуктов эфиров целлюлозы в Китае началось в середине 1960-х годов, когда Усиньский химический научно-исследовательский и проектный институт, Лужоуский химический завод и Хуайаньский химический завод начали исследования и разработки ГМЦ, и в последние годы технология ГМЦ значительно продвинулась, а ее спрос растет со скоростью 15% в год. В настоящее время основными производителями ГМЦ в Китае являются компания Feicheng Ruitai Fine Chemical Co. Ltd. и Лужоуский химический завод. Среди них Лужоуский химический завод Tianpu Fine Chemical Factory был реформирован и расширен, и в начале 1999 года его общая производственная мощность составила 1400 т/год ГМЦ и метилцеллюлозы (МЦ).

По статистическим данным, в 2002 году производственная мощность ГМЦ в Китае составляла 3500 т/год, но фактический объем производства составил всего 2000 тонн, а основные производители находились 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 передовые мировые технологии производства неионных эфиров целлюлозы в основном представлены компанией Dow Chemical Co. из США, компанией Shinetsu Chemical Co. из Японии и компанией Samsung Fine Chemical Co. из Кореи, которые внедрили технологии соответственно от компании Dow Chemical Co. из США и компании Loedige из Германии.

Внутренний процесс производства ГМЦ обычно использует периодическое производство, но технология относительно отсталая, и существуют недостатки в контроле качества продукции, а также различия в качестве продукции каждого котла.

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

3.2 Введение в производственный процесс

Производственный процесс эфира целлюлозы имеет свою общность, а именно, очищенный хлопок или древесную массу пропитывают жидким едким натром, прессуют для удаления избытка щелочи, чтобы получить щелочную целлюлозу, затем добавляют растворитель, этерифицирующий агент, при определенной температуре и давлении проводят реакцию этерификации, конечная точка реакции определяется требуемой степенью этерификации, а затем нейтрализуют и промывают, сушат, измельчают и т. д., чтобы получить готовую продукцию.

Химическое уравнение реакции получения ГМЦ с использованием хлорметана и окиси пропилена в качестве этерифицирующих агентов:

Rcell - OH + NaOH + CH3Cl + CH2OCHCH3

　　　→Rcell - O - CH2OHCHCH3 + NaCl + H2O

Передовые зарубежные технологии производства используют одностадийный метод для производства ГМЦ, и его производственный процесс показан на рисунке 2:

Рисунок. Технологическая схема производства ГМЦ

Ключевым оборудованием для производства ГМЦ являются реактор, сушилка, гранулятор, измельчитель и т. д. В настоящее время многие зарубежные производители используют оборудование, произведенное в Германии. Оборудование, производимое в Китае, как по производственной мощности, так и по качеству изготовления, не может удовлетворить потребности в производстве высококачественной ГМЦ.

Немецкий универсальный реактор может использоваться для выполнения нескольких технологических операций на одном станке, с автоматическим управлением, стабильным качеством продукции и безопасной и надежной работой.

Основными сырьевыми материалами для производства ГМЦ являются очищенный хлопок, гидроксид натрия, хлорметан и окись пропилена. Нормы расхода приведены в таблице ниже (по зарубежной технологии).

4. Предложения по развитию проектов ГМЦ

4.1 Хорошие возможности развития проектов ГМЦ в Китае

В 2001 и 2003 годах Государственная экономическая и торговая комиссия выпустила второй и третий пакеты национального плана ориентации проектов по ключевой технической трансформации «два высоких и один отличный» (т.е. индустриализация высоких технологий, трансформация традиционных отраслей с помощью университетских технологий и передовых и применимых технологий, а также оптимизация структуры ключевых продуктов и технологий), в которых четко указывалось, что в Китае следует развивать специальные химические продукты тонкого органического синтеза, особенно те, в которых существует большой разрыв на внутреннем рынке и основные продукты и технологии. Также четко указывается, что преобразование специальных химических продуктов тонкого органического синтеза, особенно тех, которых остро не хватает на внутреннем рынке и которые в основном зависят от импорта, таких как гидроксипропилметилцеллюлоза, следует сосредоточить на повышении класса и глубины переработки существующих продуктов и увеличении спецификаций продукции. Это направление политики не только проясняет, что ГПМЦ является продуктом, которого остро не хватает на внутреннем рынке и который в основном зависит от импорта, но и указывает на государственную политику поощрения развития специальных химических продуктов тонкого органического синтеза.

В 2000 году Китайская ассоциация производителей эфиров целлюлозы предложила энергично развивать производные целлюлозы и другие химические продукты тонкого органического синтеза, а в плане корректировки промышленной структуры было предложено сосредоточиться на развитии неионных эфиров целлюлозы, особенно продуктов MC/HPMC; Китайская ассоциация хлорно-щелочной промышленности предложила идею разработки продуктов MC/HPMC в плане развития продуктов переработки хлора; научно-исследовательский институт инвестиций Государственной плановой комиссии и Китай

Институт инвестиций Государственной плановой комиссии и Китайская инженерно-консультативная ассоциация, а также местные органы власти включили MC/HPMC в число ключевых проектов развития.

Согласно зарубежному опыту в области разработки продуктов из целлюлозы, национальный спрос на продукцию HPMC растет с развитием экономики. Китай является одной из самых быстрорастущих экономик в мире, поэтому применение HPMC в Китае очень перспективно, и сейчас благоприятное время для развития этого проекта.

4. 2 Огромный рыночный потенциал продукции HPMC в Китае

В настоящее время рынок эфиров целлюлозы в Китае по-прежнему доминируют ионные продукты (CMC), которые составляют более 95% от общего потребления, в то время как неионные эфиры целлюлозы (MC, HPMC, HEC и т.д.) составляют всего 5% от общего потребления, в то время как в развитых странах Европы и Америки потребление этих двух типов продуктов составляет по 50%. CMC по-прежнему имеет большой рынок только из-за простоты производства и низкой цены, но некоторые части традиционного рынка могли быть заменены неионными эфирами. Ожидается, что по мере дальнейшего совершенствования производственного процесса неионных эфиров, снижения затрат и увеличения потребления неионных эфиров будет наблюдаться общая восходящая тенденция. По данным китайской целлюлозной промышленности и зарубежных производителей, в ближайшие несколько лет спрос Китая на MC/HPMC может достичь ежегодного роста на 15%, что в основном обусловлено следующими причинами: во-первых, с успехом заявки Пекина на Олимпийские игры 2008 года строительство олимпийских объектов и городской инфраструктуры постепенно достигнет международного передового уровня. Как отличная добавка для строительства и покрытия, MC/HPMC будет широко использоваться, и это послужит демонстрационным эффектом, стимулируя строительную и лакокрасочную промышленность к использованию продуктов MC/HPMC в больших количествах по всей стране. Во-вторых, с популяризацией городского товарного бетона и снижением цены на продукты из целлюлозы большое количество товарного бетона можно будет добавлять с продуктами MC/HPMC для повышения реологических свойств и водоудерживающих характеристик, постепенно заменяя существующие добавки к цементу, MC/HPMC будет иметь широкие перспективы применения. В-третьих, развитие отечественной ПВХ-промышленности будет стимулировать спрос на MC/HPMC. В 2005 году ожидается, что производство ПВХ в Китае достигнет 4 миллионов тонн, количество HPMC, необходимое для 1200т ~ 1400т. В-четвертых, в области медицины и пищевой промышленности, с повышением осведомленности людей о здоровье и окружающей среде, MC/HPMC, который безвреден для физиологии и не загрязняет окружающую среду, будет постепенно заменять CMC и будет быстро развиваться.

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

4. 3 Строительство проектов HPMC имеет хорошие экономические показатели

По предварительной оценке, с учетом текущего рыночного спроса в Китае, общие инвестиции в строительство завода HPMC с годовой производственной мощностью 6000 тонн на мировом уровне производства составляют около 400 миллионов юаней (включая оборотные средства), а после ввода завода в эксплуатацию средняя цена реализации продукции составит 65 000 юаней/т, средний годовой объем продаж составит 390 миллионов юаней, средняя годовая прибыль составит 150 миллионов юаней, а средний годовой налог на прибыль составит 46,77 миллионов юаней. Среднегодовой налог на прибыль составляет 46,77 млн юаней. Согласно оценке экономической эффективности, норма прибыли от инвестиций в проект составляет 36%, норма прибыли и налогообложения от инвестиций составляет 46%, а внутренняя норма доходности составляет 30%, поэтому экономическая эффективность очень значительна. После ввода проекта в эксплуатацию на его полную окупаемость потребуется всего 3 года.

Таким образом, в настоящее время благоприятное время для энергичного развития проекта HPMC не только соответствует государственной и отраслевой политике развития промышленности, удовлетворяет растущие потребности внутреннего рынка, но и может сократить разрыв между целлюлозно-бумажной промышленностью Китая и передовыми зарубежными странами, способствовать развитию национальной экономики и создавать огромные экономические выгоды для предприятий.