丙二醇市场发展状况分析报告.ppt

1 3 丙二醇技术及产业发展报告 黑龙江辰能生物工程有限公司赵景坤 报告目录 一 产品介绍二 1 3 丙二醇市场概况三 影响国内1 3 丙二醇行业发展的因素分析四 三大生产技术的发展与分析五 行业前景分析六 未来发展趋势及建议 1 3 PDO产品介绍 产品介绍1 3 丙二醇 1 3 Propandiol 简称1 3 PDO 是一种重要的化工原料 该产品为无色透明粘稠液体 无臭 有吸湿性 与水 醇混溶 对多种有机溶剂有较好的溶解度 黑龙江辰能生物工程有限公司HeilongjiangChennengBiotechnologyCo Ltd No 99 9 ChangjiangRoad NangangDistrict HarbinChina 1 3 丙二醇 1 3 PROPANDIOL 化学结构式 HOCH2CH2CH2OH物理性质 无色或灰黄色粘稠状透明液体 有吸水性质 熔点 27 沸点 210 212 闪点 79 密度 20 1 0597折光率 20 1 4398质量指标指标目标值色泽 20含量 99 水分 0 2 1 3 丙二醇市场概况 国际生产销售情况国内生产销售情况 2001年 1995年 1998年 1999年 2002年 1997年 2003年 1 3 PDO市场的发展主要由Shell和DoPont等企业主导 它的工业化进程由PTT的市场需求所推动 Shell将PTT产品进行商业化 建立生产能力为100kt a的生产装置 在此之前 Shell开发出1 3 丙二醇环氧乙烷法生产技术 德国Degussa公司通过丙烯醛法成功开发出1 3 丙二醇产品 PTT聚酯在美国被评为新世纪六大石化新产品之一 DoPont从Degussa购买了1 3 丙二醇丙烯醛生产技术 在本年度 Degussa公司开始专门为DoPont生产1 3 丙二醇 Shell公司在美国路易斯安那州建立产能为72kt a的1 3 丙二醇生产装置 DoPont公司在生物法技术研究上取得突破 实现了通过采用廉价有机物作为转化底物直接生产1 3 丙二醇 并进入中试阶段 Shell公司和SGF公司合资在加拿大蒙特利尔建立了产能为90 7kt a的PTT生产装置 国际1 3 丙二醇产量出现大幅度增加 其价格下降到 3 5 kg DoPont宣称将通过生物转化法将1 3 丙二醇产品大规模生产 PTT聚酯产品在欧洲实现工业化生产 1 3 丙二醇价格为 30 kg 发展历史的启示综观1 3 丙二醇产品的发展历史 我们可以发现 其生产技术被少数几个大型石化企业手中所掌握 像Degussa Shell和DoPont 其市场化进程也是由他们所推动 它的工业化发展始终同PTT聚酯的市场发展联系在一起 另外国际国内1 3 丙二醇生产技术已经成熟 大规模工业化生产时代已经到来 因生物法生产等原因Shell退出1 3 丙二醇及其下游PTT产品生产 1991年 2008年 1 3 PDO国际生产概况 1 3 PDO产品当初是由壳牌 Shell 德固赛 Degussa 和杜邦 DuPont 三大化学工业巨头主导发展起来的 并且主要是为了生产PTT聚酯而开发 在2005年以后 随着1 3 PDO产品生产逐步成熟 原来依赖于是由生产1 3 PDO产品 由于是由的价格逐年上升波动较大 这给生产1 3 PDO产品生产成本带来不确定因素 企业开始寻找成本更为低廉的生产方式 例如杜邦利用玉米为原料成功实现了1 3 丙二醇的规模化生产 这标志着以可再生生物资源为基础的1 3 丙二醇正式进入商业化生产阶段 目前杜邦在美国田纳西州洛顿市建立了以玉米为原料每年能生产4 54万吨1 3 PDO工厂 从1 3 PDO产品虽然在很多领域应有有着增强产品性能作用 但就目前发展状况看 各大巨头生产1 3 PDO产品的目的还是为了下游的PTT聚酯 目前除了壳牌 Shell 德固赛 Degussa 和杜邦 DuPont 三大化学工业巨头主导1 3 PDO产品外 其他国际化工企业也开始生产1 3 PDO产品 如 陶氏化学 但这些公司产品都较小 1 3 PDO国外三大生产企业 壳牌 Shell Shell公司1999年投入工业运行的PDO生产装置采用两步法工艺 即首先将EO与合成气经氢甲酰化生成3 羟基丙醛 HPA 再将HPA加氢生成PDO 该工艺生产的PDO纯度可达99 6 wt 以上 收率为85 90 Shell公司在氢甲酰化过程中使用了羰基钻催化剂 并采用多种配体 如二膦 三氢化膦 三氢化砷等 和助剂 四丁基醋酸磷 丁基戊基吡啶等 另外Shell公司还开发了双金属催化剂和含吡啶的配体体系 进一步改进了工艺 EO氢甲酰化法的特点是技术难度大 催化剂体系复杂 制作工艺苛刻 配位体剧毒 但产品质量和生产成本有竞争力 引起2009年价格上涨的主要原因是上游原材料的价格随着石油价格上升而涨价原因 1 3 PDO国外三大生产企业 杜邦 DuPont DuPont和Genecor公司合作开发了以葡萄糖为原料制PDO的工艺 该工艺主要是将葡萄糖在酵母菌作用下生成甘油 然后采用生物菌种将甘油转化成PDO 用发酵营养物 包括氨基酸 维生素 盐类等 和工艺水等一起加入到混合罐中 然后送入接种发酵器 将无菌葡萄糖连续送入接种发酵器 发酵温度保持在35 压力为0 055MPa pH值为7 0 约51 Wt 的葡萄糖转化成PDO 经过洗涤 过滤和结晶提纯 得到PDO产品 另外杜邦还在德国 采用德固赛的丙烯醛水合加氢法生产1 3 PDO 引起2009年价格上涨的主要原因是由于原料价格上涨 以及国际对1 3 PDO需求增长 1 3 PDO国外三大生产企业 德固赛 Degussa Degussa公司最早采用特种离子交换树脂为催化剂 在60 下 丙烯醛转化率为82 HPA选择性为80 之后采用H3P04 Ti02和有机酸 有机胺组成的缓冲溶液为催化剂 为降低HPA加氢反应产物中羰基的含量 Degussa公司采用两段加氢的方式 可将羰基含量降低至100ppm以下 Degussa公司于1998年将该技术转让给DuPont公司 德固赛在德国建立了两个生产1 3 PDO工厂 引起2009年价格上涨的主要原因是由于原料价格上涨 以及国际对1 3 PDO需求增长 杜邦公司 生物发酵法 生产成本分析 杜邦公司生产厂在国外 我们不能直接获得其准确的财务分析 我们通过杜邦在中国相关知情人员访问 获得杜邦生物发酵法2009年的成本构成比例 该比例数据为约数可能与实际情况存在偏差 36 28 29 100 产品 经营成本 销售利润 合计 原材料成本 36 包括原材料 原材料采购费用 生产工人工资 能源消耗等 经营成本 35 包括营业费用 财务费用 管理费用 即广告 宣传等销售成本 以及销售人员管理人员 服务人员等薪资成本 销售利润 29 指销售收入减去成本的差额 国内生产企业发展状况 国内1 3 PDO生产企业产销量情况 以下为国内1 3 PDO生产企业2007 2009年产销量情况 国内生产企业近几年生产由于国内下游市场应用行业PTT聚酯没有大规模生产 因此影响了产销量 企业产量远远小于其实际产能 目前国内生产1 3 PDO产品主要是以销定产 很少有产品库存积压 山东铭兴 2009年出口下降导致企业总体销量下降 影响1 3 丙二醇生产发展滞后的原因 1 3 PDO产业链结构 当前市场主要通过三种途径炼制1 3 丙二醇产品 而在应用方面 主要应用在医药行业领域和PTT聚酯行业 该产品在产业链结构中作为上游原料产品 市场的开发和发展要受到下游产品市场的制约 产业链结构的分析观察整个产业链结构图 见上页和右图 该产品在产业链结构中是作为上游原料产品 对于该类原料产品 其市场需求表现为一种派生需求 即依赖下游产品的市场需求 它的需求容量大小很大程度取决于下游各级产品市场的成熟程度 在市场的开发和培育上 由于其距离终端产品生产的链级太远 决定了其市场开发和培育过程中环节多 投入的费用大 这将使多数生产企业对市场持观望态度 进而减缓市场成熟的进程 上游原料 1 3 丙二醇 下游产品 终端产品 影响下游产品的成本价格和市场竞争力 终端产品是产业链市场需求的关键 它将带动所有上游产品的需求市场 通常终端产品市场的开发需要终端产品生产企业进行 上游生产企业距离终端产品生产的链级越远 其开发自身市场的难度就越大 我们将从具体分析其下游产品制约程度 其下游产品市场日趋成熟 加速该产品自身市场开发 另有企业进行前期的技术研发 上下游行业的相互制约其下游主要有三大应用领域 见右图 但目前真正能推动产品发展的是PTT聚酯产品 当前PTT产品在中国市场日渐成熟 促进了1 3 丙二醇产品市场的发展 1 3 丙二醇技术研发成熟 像国内的研究技术已经可以实现工业化要求 规模化生产的成本可以满足PTT市场要求 专家认为 依照目前的进展 国内1 3 PDO产品离产业化生产只有一步之遥 目前国内在研究1 3 丙二醇生产技术也是采取国际上流行的三条路线 环氧乙烷法 丙烯醛法和微生物发酵法 代表性的科研单位是中科院化学物理研究所 黑龙江科学院和清华大学等 专家普遍认为目前三种方法在国内均有发展前景 但对不同的技术均有一定的偏好 国内的三种技术均进入了中试阶段 黑龙江科学院已经实现了年产50吨的规模 兰州化学物理研究所已经将相关工艺用于1 4 丁二醇工业化生产 黑龙江辰能生物工程有限公司利用甘油发酵法生产1 3 PDO的技术攻关和国家高技术产业化示范工程项目建设技术通过科技部验收 1 3 PDO工业化试验通过了科技部验收 年产500吨1 3 PDO项目通过发改委的生产能力进行了验收 国内生产技术发展概况 三大生产技术的发展与分析 三大技术介绍摘要 环氧乙烷法 由shell公司创造 该生产工艺优点是成本低 技术先进和产品质量好 但同时也存在前期投资大 反应困难的不足 该技术的关键环节是催化剂的选择 目前国内在该方面的处理还不成熟 影响国内该生产工艺发展的主要因素是缺乏科研经费和技术交流 丙烯醛法 是由Degussa公司开发而成 专家认为该生产工艺技术比较成熟 成本低 原料也比较广泛便宜 但存在质量较差 污染厉害 生产危险性较大的缺陷 该工艺的难度也是在于催化剂的选取 目前国内该工艺还处于中试阶段 技术有待完善 微生物发酵法 由DoPont公司最早开发 主要通过菌种以甘油为底物发酵生产1 3 PDO 该工艺国内外均处于研究阶段 菌种的选择和培养是关键 当前研究较多的菌种是克雷伯氏菌 丁酸梭状芽孢杆菌 弗氏柠檬菌三种菌 它们具有较高的1 3 PDO转化率及生产强度 国外有些研究机构通过采用基因技术 对所选菌种进行DNA重组 来提高1 3 丙二醇的产量 专家对国内生物发酵法当前的研究水平及应用前景看好 该工艺未来的发展空间较大 该生产工艺生产的产品价格已具备竞争力 且原料来源天然 反应过程温和 它拥有发展的可持续性 微生物发酵法 微生物发酵法 由DoPont最早开发 最初以甘油为底物生产1 3 PDO 通过菌种以甘油为底物发酵生产1 3 丙二醇 肺炎克雷伯氏菌是可以利用其它有机物质为底物直接生产1 3 PDO的菌种之一 整个过程主要要进行两步加酶反应 第一步glyceroldehydratase通过添加辐酶 coenzymeB12 从甘油组织移去一个水分子来形成3 HPA 第二步1 3 PDOxidoreductase从NADH转移一个相同的水分子到3 HPA来产生1 3 丙二醇 美国杜邦公司经基因工程改造的菌种 重组DNA技术用于以廉价底物直接进行1 3 PDO转化的菌种改造 主要有三种行之有效的方法 将能把甘油转化为1 3 PDO所需的基因转移给能利用廉价底物生产甘油的菌种体内 将能把廉价底物转化为甘油所需的基因转移给能利用甘油生产1 3 PDO的菌种体内 将 1 和 2 所有的相关基因转入到既不能产生甘油也不能产生1 3 PDO的菌体内 如大肠杆菌 微生物发酵法生产工艺 Klebsiellapneumoniaeisoneofseveralorganismsthatnaturallyfermentglycerolto1 3 PD Theconversioniscarriedoutintwoenzymaticsteps Thefirstenzyme glyceroldehydratase whichrequiresadenosylcobalamin coenzymeB12 removesawatermoleculefromglyceroltoform3 hydroxypropionaldehyde 3 HPA Thesecondenzyme 1 3 PDOxidoreductase transfersareducingequivalentfromNADHto3 HPA yielding1 3 PD 该生产工艺菌种的选择和培养是关键 当前研究较多的菌种是克雷伯氏菌 丁酸梭状芽孢杆菌 弗氏柠檬菌三种菌 它们具有较高的1 3 PDO转化率及生产强度 国外选用C Butyricum 丁酸梭状芽孢杆菌 以甘油为底物发酵生成1 3 丙二醇 反应参数 PH值 7 0 温度 32 c 反应量 500ml 生产84 1g l1 3 PDO转化率为0 62mol mol生产强度为每小时生产1 3 PDO产品1 7g l 注 资料来源 Federalagriculturalresearchcenter 美国联邦农业研究中心 国外用C butyricum通过甘油为底物发酵1 3 PDO的转化过程 另外国外有些研究机构通过采用基因技术 对目标菌种进行DNA重组 通过改良它的特性来提高1 3 丙二醇的产量 左图显示发酵法在不同时间段各种成分在发酵中的浓度变化曲线 甘油glycerol 葡萄糖glucose 1 3 PD theopticaldensityofcellsat660nm 用克雷伯氏菌发酵1 3 丙二醇工艺情况 反应环境 Timecourseofthe4 literfed batchfermentationofE coliAG1carryingpTC53 还有一些科研单位在研究采用fungistrain来发酵生成1 3 丙二醇 美国大西洋西北国家实验室 PNNL 正在研究该生产工艺 其采用的菌种是fungistrain 该菌种已经成功应用在柠檬酸产品的工业化生产上 该研究机构有关专家表示该工艺最大的优点是高产量 是一个全新的路线 同化学合成法路线相比非常有竞争力 但当前该技术有待继续成熟 发酵丝状真菌 离子交换反应碳化处理 蒸馏或萃取 氢化接触反应 1 3 Propanediol 水状葡萄糖 氢气 丙二酸 Wastetreatment 纯净 丙二酸 回收或废水处理 Crude1 3 Propanediol 1 3 Propanediol的生产流程 信息来源 美国能源机构 多数专家认为 这三种技术在相当长时间内都是有发展前景的 因为他们是采用不同的原料 不同的工艺路线 完全可以并存 就像很多其它化工产品的生产也存在这样的现象 生物发酵法当前的生产水平已经优于某些化学法 应用前景看好 在当前来看 化学合成法 环氧乙烷法和丙烯醛法 已不占有优势 但是技术发展得比较成熟 已经有大量的产品在卖 生物法将更有发展优势 毕竟在上游的原料供应将更为充足 生产过程也将比较温和 对环境的污染也很少 生物发酵法发展前景 杜邦公司认为 未来采用生物工程制备1 3 丙二醇 将使PTT的售价不仅低于PBT 低于尼龙 甚至将只有PET的120 生物法生产1 3 丙二醇产品具有竞争力 拥有发展的可持续性 1 反应条件温和 副产物少 原料来源广泛 环境污染小 2 不会产生有毒中间体 安全性能较高 3 生物法利用的是可再生资源 且为高新技术 原料及生产成本是不断降低的 而石油原料却相反 4 杜邦生物法生产的1 3 丙二醇已经成为目前的主要产品来源 国内开发的甘油为原料的1 3 丙二醇也通过工业放大试验 可以进行工业生产 辰能生物公司的产品也已在售 5 发酵法的技术问题已经攻克 行业前景分析 行业前景摘要 对1 3 PDO的应用前景分析主要分析其下游市场的需求情况及下游市场替代产品发展情况PTT纤维行业1 3 PDO是生产PTT纤维的重要原料 且具有不可替代性 因此PTT纤维行业的发展将对1 3 PDO市场发展产生重大影响 PTT纤维具有广泛的应用前景 是未来聚酯纤维的重要替代产品之一 同时国家相关规划也将PTT产品作为未来新产品研究开发的重点 但目前国内PTT纤维产业化生产才刚刚起步 产品价格是该市场发展的瓶颈 国内有不少企业十分关注1 3 PDO和PTT行业的发展 有些石化类生产企业已经为进入上述行业在做相关准备 综合而言 只要原材料1 3 PDO的生产成本不断降低 带动PTT纤维市场价格下降 那么它在PTT纤维市场上的应用将会取得巨大的突破 医药行业在过去三年中 1 3 PDO应用最多的领域就是医药行业 它主要用来生产西布曲明减肥药和维生素 H 国内最早应用1 3 PDO生产西布曲明是在2000年左右 但到2002年由于生产工艺变化和市场因素 它逐渐被其它医药中间体所替代 同样的情况也发生在维生素 H的应用市场上 这使得2002年该产品在医药市场的销售陷入了低谷 造成大量的产品积压 综合而言 1 3 PDO产品价格如果无法实现大幅度下降 它在制药行业的应用领域将会越来越小 综合而言 促使该行业发展关键的环节是开发出价格经济的1 3 PDO产品 1 3 PDO是生产PTT纤维的重要原料 且具有不可替代性 因PTT纤维行业的发展将对1 3 PDO市场发展产生重大影响 1 3 PDO在生产PTT纤维中的作用PTT生产机理与PET和PBT基本一样 制备方法有 对苯二甲酸二甲酯 DMT 交换法和对苯二甲酸 PTA 直接酯化法 该两种工艺均离不开1 3 丙二醇 1 3 丙二醇是制造PTT产品的基础原料 是其它二醇类化工产品所无法替代的 而且专家研究还发现1 3 PDO的含量将直接影响共聚物的结晶性能 其生产工艺参数如下 1 3 PDO PTA PTT 1 2 43 2 86 直接酯化 缩聚 切片 对苯二甲酸 PTA 1 3 丙二醇 1 3 PDO 聚对苯二甲酸丙二醇酯 PTT PTT纤维工艺流程 PTT生产工艺参数 PTT纤维是一个新型高分子材料 该产品拥有众多的优点 且应用广泛 这使它将成为未来聚酯纤维的重要替代产品之一 PTT作为一种新型的高分子材料 具有特有的优良特性和生产 发展优势 PTT纤维综合了众多优点 尼龙的柔软性 及更好的色牢度 腈纶的蓬松性 而避免了磨损倾向 涤纶的抗污性 却有很好的手感 加上本身固有的弹性 成为当前国际上最新开发的热门高分子新材料之一 在PET之外独树一帜 市场影响 应用领域 对聚酯纤维有一定的替代性 而我国聚酯纤维产品由于国民经济发展的强大驱动 近年来得到高速发展 这为PTT未来市场提供了广阔的发展空间 我国国民经济的快速发展 人民生活水平的不断提高 带动了聚酯纤维产品的快速发展 近七年来聚酯纤维产量以年均20 3 的速度快速发展 2002年聚酯纤维的产量达到了700多万吨 在今后的五年内该产品还将保持12 15 的速度快速发展 2005年产量超过1000万吨 年均增长率为20 3 近几年中国聚酯纤维的产量情况 kt 年均增长率为12 15 信息来源 中国化纤工业协会 同时国家对PTT产品的发展也十分支持 相关规划将PTT产品作为未来新产品研究开发的重点 纺织工业 十五 规划要求 合成纤维要积极开发品种 进一步拓宽应用领域 重点开发功能性纤维 差别化纤维 复合型纤维 研究开发PAN碳纤维及其原丝 芳香族聚酰胺纤维 聚对苯二甲酸丙二醇酯 PTT 聚丙烯 聚醚酯复合纤维 熔融法聚氨酯弹性纤维等 国家的支持政策 国家支持纺织行业的发展 特别是在新材料和新技术的开发上 像国家产业部门已经将发展PTT产品合成技术列入 十五 合纤结构调整规划 并将相关技术研究列入 十五 国家科技攻关计划项目 这将直接带动上游相关产业1 3 丙二醇产品的发展 其中价格因素是关键 一旦解放了PTT的市场价格 该产品将极富发展潜力 PTT产品价格依赖其生产原料1 3 PDO的生产成本 对该因素的解决主要依靠1 3 PDO产品能够尽快实现工业化生产 业内人士认为PTT的性能条件确定了它广阔的应用领域 它的性能价格比将对它的市场开拓具有极其重要的影响 目前PTT的市场价格偏高 每吨价格在3 5万元左右 因而限制它只能在成本消化能力较强的产品和品种方面取得有限的发展成果 一旦能降到合适的价位水平 PTT的市场开拓便将非常顺利 因素1 价格因素 核心是生产原料1 3 PDO的成本太高 二 PTT的价位达到低于尼龙的水平 它将可能替代氨纶 PBT和尼龙等弹性纤维的部分市场领域 一 当PTT的价位低于PBT时 下降50 是PTT的市场开拓的第一个台阶 三 如果比涤纶贵20 的预言果真实现 则PTT将步入它的全盛时代 16000 20000 12000 15000 12000元左右 元人民币 吨 PTT聚酯应用状况 国内市场状况 1 中国的PTT聚酯目前有95 以上是应用在PTT纤维行业 而中国的PTT纤维与国外合作最早出现在2000年 但由于技术及行业认知度不高原因导致其发展缓慢 但我们也欣喜的发现 随着国内PTT纤维认知度提高 需求逐年上升 国内从事PTT纤维开发生产的企业越来越多 据统计目前中国共计PTT纤维生产企业约15 20家 其中目前主要的生产企业如下 PTT聚酯应用状况 国内市场状况 2 技术原因 原料来源受限制 市场发展受制于人 目前国内PTT纤维生产企业都采取PTT切片纺丝 但是 现在全球PTT切片生产掌控在壳牌化学和杜邦两家公司手中 国内PTT企业使用的原料很大程度上受限制于国外巨头 PTT纤维市场活跃市场竞争加剧导致产品价格下降 由于中国对PTT纤维的认知度提升 加之其比较高的市场附加值 除了国内传统的化纤巨头涉足PTT纤维生产外 很多民企看到了PTT纤维的经济价值 开始纷纷引进技术生产PTT纤维产品 这些企业主要集中在华东地区的浙江与江苏 迅速扩张的国内产能 国内实际需求没有跟上产能的扩充 导致行业竞争激烈产品价格严重下滑 2005 2006年每吨PTT纤维价格在8万元左右 到2008 2009年这一价格下滑了一半 每吨在4万元左右 面料开发技术不成熟 市场认同度有待提高目前国内PTT面料产品的加工技术还不成熟 开发的很多新品还不能被市场快速接受 PTT聚酯应用状况 国内市场状况 3 目前国内PTT纤维行业暂时出现了 瓶颈 现象 但我们也可以看到其后续的发展潜力 PTT切片产业化即将形成 为了目前改观PTT市场出现的PTT切片受制于人的 国内大型石化企业 上海石化 目前已经实行PTT聚酯切片的量产 另外江苏中鲈科技发展股份有限公司2010年新建的10吨 年的PTT切片生产线计划在10月份投产 这些企业的投产对中国PTT切片生产带来了一定的示范效应 未来可能会有更多的企业投入PTT切片生产 这些利好因素给中国PTT纤维市场带来新的动力 另外PTT切片量产后对国内作为其直接的原材料1 3 PDO产品市场也带来了广阔的前景 竞争促进PTT面料的研发加快 目前国内PTT纤维竞争加剧 价格一路下滑 很多企业开始意识到要扭转这样的局面就必须在下游面料研发上下功夫 很多PTT纤维面料企