《工艺评价和研究规划》（PERP）系列报告之一

1、PAGE PAGE 5工艺评价和研究规划（PERP） 系列报告之一丙三醇转化为丙二醇简介以脂肪酸甲酯(FAME)形式生产的生物柴油，预计将会从2005年的10亿加仑/年上涨到几乎七倍，到2015年达66亿加仑/年。预计西欧的生产增长较为平缓，而北美和世界其它地区（主要是东南亚）增势凶猛。尽管相对于全球柴油燃料的需求，预计生物柴油产量依然较小（到2015年依然低于15%），但是按每10磅生物柴油/ FAME副产一磅丙三醇（甘油）/的典型比率计算，将有大量的丙三醇上市。这种情况，连同随之产生的丙三醇低价（尤其是未加工的原料），使粗甘油成为各种衍生物化学品吸引人的潜在的原料。本报告提供了有关业务活动

2、的概况，然后着重讨论丙三醇转化为丙二醇这一热点问题。化学原理在金属催化剂和氢的存在下，丙三醇可以氢化生成丙二醇（1，2-丙二醇）、1，3-丙二醇或乙二醇。+ Click image to enlarge各种出版物和专利介绍了将丙三醇氢化生成丙二醇的方案。考察过的催化剂体系包括：铜和锌硫化钌催化剂（2175磅/平方英寸，240-270C）钴、铜、锰、钼和无机多元酸（在3625磅/平方英寸和250C温度下达到95%的PG产率）含钨和第八族过度金属的均相催化剂，在4600磅/平方英寸的压力和200C温度下汽化丙三醇溶液在300C温度下分两个步骤生产PG和1，3-丙二醇生产商至少有七家实体在开发和/或

3、商业化丙三醇制丙二醇技术：Senergy/Suppes（密苏里州立大学）Cargill/AshlandArcher Daniels Midland (ADM)UOP/太平洋西北国家实验室 (PNNL)Virent Technologies（威斯康星州立大学）Huntsman亨茨曼陶氏化学 “可再生”丙二醇的产品纯度对丙三醇制丙二醇工艺的主要关注是应用于各种终端用途的可再生丙二醇的适用性，尤其是个人护理和食品应用。以下总结了一些工艺开发商的声称：UOP声称其模拟工作表明他们可以生产USP级丙二醇，他们打算在大型装置上予以示范。Cargill确认公司目标在个人护理应用，可能还有食品应用。Sener

4、gy Chemical(Suppes的技术引进方)声称“我们目前没有经历过一些其它化工公司宣布的即将开发的丙三醇制丙二醇工艺的纯度问题”。Senergy声称将生产接近USP质量的PG，他们计划使其材料有资格最终销往USP市场。Davy声称“如果需要，可以生产医药级材料”。当然，考验将是市场会如何接受这种形式的丙二醇。就工业应用而言，可再生丙二醇应该会容易接受。然而，就大部分个人护理和医药应用而言，将要求在这种材料有资格使用前进行广泛的试验。技术开发Davy工艺技术气相工艺Davy工艺技术公司(DPT)已经为丙三醇氢解制丙二醇开发了一种气相工艺，产率相当高。在2007年7月，DPT宣布将这个工艺

5、许可给Cargill和Ashland的一家合资公司。预计Cargill/Ashland装置年产能达到65,000吨，将建于欧洲，在2009年初建成。Cargill/Ashland预计丙二醇纯度足以用于各种丙二醇用途。如同专利文献中描述的，以前大部分工作基于丙三醇液相氢解，其丙三醇转化率低，并且丙二醇选择性也低。DPT现在发现气相氢解，丙三醇的转化率相当不错，而且丙二醇的选择性也很好。考虑到丙三醇较低的挥发性，这样的转化率能够在气相中实现，这有点令人惊奇。传统意义上的聪明人会指出挥发高沸点丙三醇需要的高温将产生许多副产品以及使催化剂活寿命缩短。然而，基于最近的DPT专利透露，这些担心的问题是不会

6、出现的。利用铜基非均相催化剂，DPT工艺的选择性范围为93%-96.5%。主要副产品是乙二醇、羟基丙酮、丙醇和乙醇。UOP 液相工艺2006年，UOP宣布成立可再生能源和化工业务新单位，该单位重点关注开发利用UOP传统炼油和化工工艺技术方面的专有技术，使之成为转化可再生原料为燃料和化学品的经济上有前途的技术。UOP与太平洋西北国家实验室(PNNL)合作，就双方首批项目中的一个项目，UOP已经宣布丙三醇转化为丙二醇取得了催化剂突破。目前，UOP同一家运营公司（此时尚未命名）有着业务上的联系，将在2008年某个时候使该工艺商业化。尽管整个化学原理类似于上述描述的DPT工艺的概念，但是UOP工艺在实

7、际上是不同的，因为它是一个以碱促进氢解为基础的液相工艺。UOP工艺的精华部分如下：液相工艺甘油转化率约为95.5%丙三醇制丙二醇的选择率约为94.2摩尔%80%生物柴油粗甘油最多含20%甲醇和2%脂肪酸，这种粗甘油是合适的，并且同水稀释，产生40%水性甘油供料通过酸化去除脂肪酸，防止催化剂结垢不需要进行粗甘油的蒸馏丙二烯纯度为99.6%经济性分析从生物柴油基甘油生产丙二醇的成本同传统的环氧丙烷基丙二醇进行了比较。提出下列丙二醇生产成本例子：以甘油为原料，粗甘油价格按0.05美元/磅计算以甘油为原料，粗甘油价格按0.17美元/磅计算以环氧丙烷为原料，环氧丙烷价格按现金生产成本计算以环氧丙烷为原料

8、，环氧丙烷价格按完全成本加10%的投资回报计算即便按照生物柴油粗甘油最近最高的成本计算，甘油基产品比传统生产的丙二醇也有成本优势。这就是这个概念甚至引起世界上最大的传统丙二醇生产商之一陶氏化学如此关注的理由。然而，这些成本分析时间上比较仓促，想要得到更加完整的分析，则必须考虑其它成本假设，例如回到或至少是部分回到更加“正常的”油价假设上来。我们在报告中将丙二醇成本的敏感性作为粗甘油价格和丙烯价格的函数来考察。如果丙烯价格保持在历史高位，那么甘油基工艺就有明显的优势。然而，如果油价下跌，两种因素将削弱新的甘油基工艺。第一，丙烯价格将下跌，引起PO基丙二醇也下跌。然而，如果油价下跌，燃料价格也将下

9、跌，这将使生物柴油经济性更加困难，生物柴油生产将走下坡路。这反过来将引起生物柴油基甘油供应量减少，结果其价格升高，并进一步缩小成本差价，甚至超过PO基丙二醇的成本。这些是任何一种新工艺技术商业化中内在的商业风险，不过基于可再生资源、依赖于高油价竞争的任何新技术尤为如此。 商业分析丙二醇有着广泛的用途：不饱和聚酯功能流体食品/药品/化妆品液体洗涤剂增塑剂、油漆和涂料、烟叶湿润剂、宠物食品等。从图1可以看出，最大的细分市场是不饱和聚酯，即用于玻璃纤维增强结构和表面涂料的树脂。玻璃纤维增强结构用于建筑（浴盆/淋浴设备）、船舶（船体）和运输（玻璃钢片材）行业。竞争对手是二环戊二烯基树脂。图1 2006

10、年世界丙二醇需求+ Click image to enlarge功能性流体，如防冻液和除冰液，是丙二醇第二最大的市场。在飞机除冰和食品工业冷却剂的用途中，由于毒性低得多，人们对丙二醇的喜爱超过对乙二醇的喜爱。丙二醇是性能极好的溶剂和萃取剂。溶剂应用包括醇酸树脂、印刷油墨和涂料。丙二醇作为湿润剂在医药、化妆品、动物食品、烟草工业有着广阔的用途。化妆品包括个人护理产品如止汗药和除臭剂。在这些用途中，丙二醇可以使材料水分保持在很窄范围以内，尽管环境湿度会有起伏。使用丙二醇的非离子洗涤剂可以用于石油生产、糖炼制、造纸工业以及化妆品和液体洗涤剂领域。丙二醇的其它用途包括增塑剂和液压制动液。本报告提供了美国、西欧、日本到2021年的丙二醇产能、供求/贸易预测。这些报告仅供购买公司或其