PBS 项目可行性分析报告

PBS项目可行性分析报告0概述随着人们对环保问题的日益重视，可生物降解且含有良好经济性的聚合物材料引发人们极大的爱好和关注。据统计，全世界可生物降解塑料的需求量达成28万t，北美、欧洲、亚洲市场对生物降解塑料的需求量将以每年15%的速度增加，到需求量将达成55万t/a。生物降解聚合物中有一大类是脂肪族聚酯，这类聚酯的重要品种有聚己内酯(PCL)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、聚乳酸(PLA)和聚羟基丁酸酯(PHB)等。在这些材料中，现在研究较多且已有一定生产规模的是PLA，如美国卡基尔·道聚合物公司和日本的三菱树脂公司都有了较大规模的PLA生产线。聚丁二酸丁二醇酯[Poly(butylenesuccinate)]，简称PBS，是生物降解塑料材料，它于20世纪90年代开始进入材料研究领域，并快速成为可广泛推广应用的通用型完全生物降解塑料研究的热点材料之一。与PCL，PHB，聚羟基脂肪酸酯(PHA)等降解塑料相比，PBS含有价格低廉、机械及力学性能优秀等特点；而与价格相对靠近的PLA相比，PBS又含有加工方便，可适应现在常规的塑料加工工艺，耐热性能好的特点，其热变形温度和制品使用温度能够超出100℃(PLA的耐热变形温度只有60℃左右)，同时PBS在可生物降解塑料家族中含有较好的生物降解性能，其降解产物无毒，还能够通过调节其分子构造和聚集态构造来实现性能和降解速率调控。另外PBS合成的原料来源既能够是石油资源，又能够通过生物质资源发酵得到，是一种生态可循环的高分子合成材料，因此引发了科技和产业界的高度关注。在这些可完全降解的脂肪族聚酯中，PBS也是现在最含有产业化前景的通用型可降解塑料之一。PBS可用于包装材料、一次性材料、农用材料、土木绿化材料、渔业用材料及生物医用高分子材料等领域。1PBS产业现状及市场预测1.1国内外PBS生产现状国外研究PBS的合成起于20世纪30年代，由科学家Carothers初次合成，由于受当时合成条件所限，所制备的PBS相对分子质量仅为5000，不能作为材料使用。随着合成技术的发展，20世纪90年代PBS才正式产业化。现在国外生产PBS的公司重要集中在日本、美国、德国和韩国。日本昭和公司运用多异氰酸酯作为扩链剂，再与缩聚得到的较低相对分子质量PBS进行反映，得到数均相对分子质量为2×105的PBS，并于1993年建成3kt/a的PBS及其共聚物生产装置，现在生产规模为5kt/a。日本三井东亚化学公司采用一步法成功开发了高相对分子质量的PBS生产工艺；日本三菱化工公司与Ajinomoto公司合作开发从植物淀粉制备丁二酸技术并成功合成了PBS；日本催化剂公司建成了1套PBS生产装置，其产品重要用于生产薄膜，还将碳酸盐引人到PBS树脂中，制备了耐水型PBS产品，美国伊士曼公司PBS及其共聚物生产能力为l5kt/a，德国巴斯夫的生产能力为14kt/a，较多的用于吹塑薄膜，另外尚有韩国的S．K．Ind、IreChem．Ltd等均可生产PBS。中国的PBS产业化起步较晚，但发展速度较快。现在中国科学院理化技术研究所与杭州鑫富药业公司联合建成了13kt/a的生产装置，计划建设20kt/a的生产规模，约有50%以上产量出口欧洲；清华大学与安庆和兴化工有限公司合作开发建设了10kt/a的PBS生产装置，已投入运行，能够生产挤出、注射、吹塑级PBS树脂；金发科技股份有限公司于在广东珠海新增了30kt/a的聚(丁二酸/己二酸丁二酯)(PBSA)生产装置，计划生产规模再扩大60kt/a。由中国科学院理化技术研究所与扬州邗江佳美高分子材料有限公司合作投资5000万元，建设20kt/a的PBS生产装置，并试车成功；山东汇盈新材料科技有限公司建成5kt/a的PBS生产装置，开始工业化生产，6月该公司采用中国科学院一步法聚合专利技术建设的20kt/a的PBS装置，并正式投产，该公司计划再建设1套80kt/aPBS装置，以形成105kt/aPBS生产能力，力求将山东打造成为全球PBS最大的生产基地。现在成本高、品质差是制约国内PBS规模产业化发展的核心因素，国产PBS的市场价格为23000-27000元/吨，进口PBS的市场价格为28000-4元/吨，填充类制品PBS价格相对低某些15000-24000元/吨。国内外PBS生产公司状况见下表1。表1国内外PBS生产公司状况公司名称生产能力/万吨备注日本昭和0.51993年建成3kt/a，现在生产规模为5kt/a，最早实现PBS类聚酯产业化的公司，技术力量最强（扩链法）日本三井0.3-日本三菱0.3-日本催化剂公司-重要是PBS改性产品美国伊士曼公司1.5-德国巴斯夫1.4-韩国S.K--安庆和兴化工15月万吨级装置试生产成功（直接酯化法）杭州鑫富药业1.3一期10月建成，采用中科院理化技术研究所工程塑料国家工程研究中心开发技术。计划扩建至2万吨山东汇盈2.5公司建成5kt/a的PBS生产装置，开始工业化生产，6月公司采用中国科学院一步法聚合专利技术建设的20kt/a的PBS装置，并正式投产，公司计划再建设1套80kt/aPBS装置，以形成105kt/aPBS生产能力山西金晖兆隆2总规划10万吨/年，总投资15亿元，分两期完毕：一期建设2万吨，3月开工，3月建成投产；二期建设8万吨，开工建设广州金发科技3广东珠海新增了30kt/a的聚(丁二酸/己二酸丁二酯)(PBSA)生产装置，计划生产规模再扩大60kt/a邗江佳美高分子材料2试车成功1.2国内外市场分析现在，全球石油基塑料产量为1.65亿t/a。在全球石油资源供应日趋紧张，以石油为原料的合成塑料所引发的环保问题日益突出的状况下，生物塑料市场需求量将快速增加；另外，低碳经济的发展也给生物降解塑料带来了新的发展机遇。因此，各生产商不停扩大产能、主动开发新品，各国出名咨询公司也纷纷对生物塑料的将来作出乐观预测。德国赫尔姆特凯瑟（HelmutKaiser）咨询公司预计，全球生物降解塑料市场将以年均20%~30%的速度增加，规模将从的20.3万t增加到的53万t，销售额从4亿英镑扩大到的100亿英镑。美国弗若斯特沙利文公司（Frost&Sullivan）在12月公布的报告中预计，欧洲生物市场的产量为30.1万t，销售额为7.03亿欧元；在到之间，销售额的复合增加率为26.7%，产量的增加率约为24.6%。11月，在德国柏林举办的第三届欧洲生物塑料会议预测，近年来全球生物塑料市场发展快速，全球产能将从的15万t增加到300万t。巴斯夫讲话人指出，生物塑料无论在零售还是树脂方面（零售指的是生物塑料产品，树脂指的是生物塑料原料）都已经形成一种可观的市场，这一市场将在将来几年持续增加。美国生物技术工业组织预测，将来数年，随着聚合技术的进步及加工手段的改善，可生物降解塑料的性能将不停提高，从而刺激美国对可生物降解塑料的市场需求不停增加，从现在起到，生物降解塑料市场需求将以两位数的速率增加。该机构还预测，随着产品价格的减少、性能的改善及人们对其加工机械越来越熟悉，到，聚乳酸在美国将获得更广泛的应用，特别是在包装膜、热塑性产品及食品用品等领域将有更大的增加潜力。而产品价格的减少及树脂共混料性能的提高，也使淀粉基生物降解塑料显示出较好的增加前景。据专家预测，在此后5~内，我国国内将形成一种以淀粉基、PLA、PBS降解塑料为主的销售大市场，年产值达几百亿元。在药品控制释放材料和骨固定材料及人体组织修复材料等方面，如能以淀粉基、PLA、PBS降解塑料成功的制成几个药品控制释放系统和骨固定材料及微创导管材料并进入市场，年产值也将最少有几十亿元；在生态纤维制品方面，如能开发并生产出优质的纤维制品，将有年产值100亿元的市场销售空间；在降解塑料日常制品方面，我国消费市场空间更大，年销售额将达上百亿元。按照产品生命周期分析，生物塑料产品尚处在萌芽期和发展期，市场存在巨大增加潜力，其市场需求将由几大因素决定：国家政策，客户需求，石油涨价等。而这些因素和条件正在逐步形成，特别是低碳经济的兴起，更是对全球生物塑料的发展起到了明显的推动作用。同时，碳排放交易将取代石油期货交易，这也很可能增进生物塑料市场需求呈爆炸式增加。2PBS的合成技术脂肪族聚酯的合成办法有生物发酵法和化学合成法两种，但由于前者的生产成本较高，因此现在国内外普通采用化学合成法来生产PBS。化学合成法可对产品进行分子设计，成本相对较低，涉及直接酯化法、酯交换法和扩链法。2.1直接酯化法先在较低反映温度下将丁二酸（或丁二酸酐）与丁二醇加入反映器中，加入一定量的催化剂进行酯化反映，形成有端羟基的预聚物，然后再在高温、高真空的条件下脱除二元醇（或水），即生成PBS。直接酯化缩聚法生成PBS重要可分为下列3种办法：(1)熔融缩聚法：是现在普遍采用的一种生产PBS的聚合办法，其采用两步合成法。首先在较低温度下将丁二酸和丁二醇酯化，随即加入催化剂，在高真空条件下，采用更高的温度进行缩聚反映。(2)溶液缩聚法（溶剂共沸脱水法）：是使用不同的溶剂，在一定的温度下反映一定的时间让溶剂带走一部分水，丁二酸（或丁二酸酐）和丁二醇完毕酯化，采用更高的温度进行缩聚反映。(3)熔融溶液相结正当：中国科学院上海有机化学研究所使用了溶液与熔融相结合的办法来生产PBS，使用甲苯作为溶剂，先溶液法酯化24h，升温蒸出甲苯，然后加入催化剂，再在高温高真空下熔融缩聚得到分子质量高的共聚物。但熔融溶液相结正当也有其缺点，即反映时间太长、效率低，需进一步研究改善。2.2酯交换法以二元酸二甲酯或二乙酯与等物质量的二元醇，在高温、高真空条件下经催化剂催化脱甲醇或乙醇，从而制得PBS，这种办法生产成本相对较高，需要先得到丁二酸二甲酯，再者甲醇的毒性较大，如果回收不当，会引发环境问题。。2.3扩链法由于前两种合成反映过程中同时存在着逆方向的解聚反映，平衡常数较小，并且在反映过程中需要不停地排除小分子物质，以控制化学反映向正方向进行，从而获得所需相对分子质量较高的PBS。但在反映过程中，特别是在反映后期，温度往往超出200℃，不可避免地会出现脱羧、热降解、热氧化等副反映，这样就会影响相对分子质量的提高。因此为了进一步提高相对分子质量，扩链反映往往是个不错的选择。对于扩链法，在工艺上首先使丁二酸与丁二醇进行酯化和预缩聚，合成含有端羟基的低分子量PBS预聚物(分子量低于10000)，然后在一定条件下，加入扩链剂，对其进行扩链，在短时间内，使PBS的数均分子量快速达成十多万，并且分子量分布较窄(Mw/Mn=1.4~1.8)，远比现有的扩链办法合成PBS的分子量分步窄。相对于直接缩聚法，该工艺流程简朴，对反映条件规定的苛刻程度低，含有聚合时间短，设备规定低，特别是对真空规定没有直接缩聚法高，所合成的PBS不仅分子量较高，且分子量分布也较窄。另外，合成成本低，易于工业放大。该工艺由于对真空规定相对较低，PBS预聚物合成时间较短，可有效避免使用直接缩聚法合成PBS过程中丁二醇在高温高真空条件下的环化反映，生成副产物四氢呋喃的问题，并且含有便捷、高效、设备投资低等优点，因而近年来在国内外很受重视。3成本及工艺对比分析表2不同办法制备PBS的工艺及成本项目办法饱和二元酸酯化法（丁二酸与丁二醇反映）酯交换法（丁二酸二甲酯与丁二醇反映）饱和二元酸酐酯化法（丁二酸酐与丁二醇反映）扩链法（丁二酸、丁二醇反映及扩链剂）工艺条件优点操作简朴易控；成本低；技术成熟；反映温度温和，低于200℃；聚合速率快；操作简朴易控；分子量较高；产物清洁，回收后解决方便；工艺流程简朴，反映温度温和，对设备规定低；操作便捷；分子量高；缺点反映温度高；丁二酸会腐蚀设备；分子量不高，存在副反映；对设备规定高；反映条件苛刻；成本高；酸酐与二元醇反映机理复杂，需先制得丁二酸酐，研究该办法文献资料较少；产品会引入扩链剂基团，产品的安全卫生受到影响，在食品、药品、化妆品接触制品及个人卫生用品上限制使用；原料成本SA价格1.4万元/吨；BDO价格0.84万元/吨；DMS价格0.87万元/吨；BDO价格0.84万元/吨；丁二酸酐价格2.7万元/吨；BDO价格0.84万元/吨；SA价格1.4万元/吨；BDO价格0.84万元/吨；扩链剂价格1.1万元/吨；生产成本16236.911091.918720.916844.9注：BDO价格来源于浙铁江宁技术信息8月月报，扩链剂采用的是甲苯二异氰酸酯，价格是网上报价，催化剂价格费用未考虑。不同办法制备PBS的工艺及成本分析比较见表2，不同办法制备聚丁二酸丁二醇酯项目成本预算分析见表3。表3不同办法制备聚丁二酸丁二醇酯项目成本预算表二元酸酯化法单耗含税单价（元/t）成本（元）一、原材料名称丁二酸（t/t）0.691400096601，4-丁二醇（t/t）0.5884004872其它115001500二、公用工程名称电（kWh/t）600.7545循环水（t/t）240.512蒸汽（t/t）0.6180108氮气（Nm3/t）300.618仪表空气（Nm3/t）30.0000.73021.900三、小计16236.90二元酸酐酯化法单耗含税单价（元/t）成本（元）一、原材料名称丁二酸酐（t/t）0.427000108001，4-丁二醇（t/t）0.7484006216其它115001500二、公用工程名称电（kWh/t）600.7545循环水（t/t）240.512蒸汽（t/t）0.6180108氮气（Nm3/t）300.618仪表空气（Nm3/t）30.0000.73021.900三、小计18720.9酯交换法单耗含税单价（元/t）成本（元）一、原材料名称丁二酸二甲酯（t/t）0.49870042631，4-丁二醇（t/t）0.6184005124其它115001500二、公用工程名称电（kWh/t）600.7545循环水（t/t）240.512蒸汽（t/t）0.6180108氮气（Nm3/t）300.618仪表空气（Nm3/t）30.0000.73021.900三、小计11091.9扩链法单耗含税单价（元/t）成本（元）一、原材料名称丁二酸（t/t）0.591400082601，4-丁二醇（t/t）0.884006720扩链剂（t/t）0.0611000660其它10.11000二、公用工程名称电（kWh/t）600.7545循环水（t/t）240.512蒸汽（t/t）0.6180108氮气（Nm3/t）300.618仪表空气（Nm3/t）30.0000.73021.900三、小计16844.9另外初步统计了一下5000吨/年的丁二酸二甲酯产量项目经济评价（见表4），以及1000吨/年的（电化学法）丁二酸产量项目经济评价（见表5）。表4.5000吨/年的丁二酸二甲酯产量项目经济评价消耗含税单价（元/t）DMS成本（元/t）一、变动成本1.顺酐（t/t）0.7006000.0004200.0002.催化剂（kg/t）0.200150.00030.0003.循环水（m3/t）150.0000.40060.0004.电（Kwh/t）400.0000.750300.0005.仪表空气（Nm3/t）30.0000.73021.9006.蒸汽（t/t）1.500160.000240.0007.氢气（t/t）44.6001.90084.7408.氮气（t/t）20.0000.60012.0009.甲醇（t/t）0.4602900.0001334.000变动成本小计6282.640二、固定成本10.工人工资及附加6.00097300.00116.76011.折旧573.42012.修理及其它制造费用150.000固定成本小计840.180生产成本累计7963.00三、期间费用13.管理费用233.52014.财务费用297.87715.固定资产贷款利息摊销16.流动资产利息0.00017.营业税金及附加173.267期间费用小计704.664完全成本8667.664表5.1000吨/年的丁二酸产量项目经济评价（电化学法）消耗含税单价（元/t）丁二酸成本（元/t）一、变动成本1.顺酐（t/t）1.0216000.0006126.0002.硫酸98%（kg/t）0.490900.000441.0003.纯水（t/t）1.6002.0003.2004.活性炭（t/t）0.0106000.00060.0005.电（Kwh/t）1531.0000.7501148.250变动成本小计7778.45二、固定成本10.工人工资及附加6.00097300.00116.76011.折旧573.42012.修理及其它制造费用150.000固定成本小计840.180生产成本累计8618.63三、期间费用13.管理费用233.52014.财务费用297.87715.固定资产贷款利息摊销16.流动资产利息0