新型二元醇生產應用及技術研究進展*

黃集鉞，程光劍，石鳴彥，呂 潔，李 民，婁 陽，賀俊海，王有法

（1中國石油遼陽石化分公司研究院，遼寧遼陽 111003；2中國石油遼陽石化分公司芳烴廠，遼寧遼陽 111003）

·專論綜述·

新型二元醇生產應用及技術研究進展*

黃集鉞1，程光劍1，石鳴彥1，呂 潔1，李 民1，婁 陽1，賀俊海1，王有法2

（1中國石油遼陽石化分公司研究院，遼寧遼陽 111003；2中國石油遼陽石化分公司芳烴廠，遼寧遼陽 111003）

新型二元醇是生產差別化聚酯高分子材料的重要單體原料，產品具有較高附加值，市場增值空間和發展潛力大。介紹了幾種重要新型二元醇的性能用途、市場現狀、國內外技術應用進展。

新型二元醇；性質；用途；生產；技術進展

新型二元醇是生產差別化、功能性聚酯高分子材料的重要單體原料。2000年以來，我國聚酯產品單一、高檔品種匱乏的產業結構性矛盾突出，急待轉型發展，而國外則大力開發高技術、高附加值的聚酯新產品，并廣泛應用于特種纖維、飲料瓶、薄膜、工程塑料等高端領域。目前，由于新型二元醇單體的生產技術門檻較高且受專利保護，產品具有較高的附加值，且未來市場增值空間和發展潛力巨大。本文對1，4－環己烷二甲醇、1，6－己二醇、1，3－丙二醇等幾種最具代表性和近年開發的新型二元醇的性能用途、生產狀況、技術研究進展進行了介紹。

1 1，4－環己烷二甲醇

1.1 性能、用途及需求現狀

1，4－環己烷二甲醇是一種脂環族新型二元醇，英文名1，4－cyclohexanedimethanol，縮寫CHDM，相對分子質量144.21，沸點286℃，具有順式和反式兩種異構體，常溫下為白色蠟狀固體，與水和低級醇類混溶，溶于酮，不溶于脂肪烴和乙醚［1］。

1，4－環己烷二甲醇最大用途是改性合成非晶型共聚酯，含30%～40%CHDM為PETG、含50 %以上CHDM為PCTG、含100%CHDM為PCT，制品具有高韌性、高沖擊性和透明可回收性，用于制造片材和板材、異型材和管材（醫療器械）、高性能收縮膜（包裝、化妝品、飲料等）、吹塑瓶類及注塑制品。產品無毒、環保、加工性能佳。澳大利亞和歐洲已立法限制太空杯和嬰兒奶瓶使用含雙酚A原料，轉而使用PETG共聚酯切片替代PC［2］。

2014年，1，4－環己烷二甲醇全球總產能為19.4萬t／a，其中，世界最大的非纖聚酯企業美國Eastman公司產能12.4萬t／a，韓國SK公司產能4.5萬t／a。這兩家公司的產品主要自用于高端聚酯的生產，只有少量涂料級產品對外出售，而用于生產共聚酯及其片材、膜制品的原料不外售。

國內的江蘇康恒和飛翔集團分別于2011年和2014年采用引進技術建立了生產裝置。目前，國內的1，4－環己烷二甲醇主要用于粉末涂料，用來改善產品的硬度、柔韌性和亮度。未來PCTG、PETG在嬰兒用品、兒童玩具及高端食品用具、飲料包裝的前景看好，CHDM單體原料的需求量也將持續攀升。國內外1，4－環己烷二甲醇的主要生產企業及產能見表1。

表1 1，4－環己烷二甲醇主要生產企業及產能Tab.1 Main production enterprises and production capacity of 1，4－cyclohexanedimethanol

1.2 國內外生產技術進展

工業上，1，4－環己烷二甲醇的生產主要由對苯二甲酸二甲酯（DMT）兩步加氫還原制得。美國Eastman公司第一步苯環加氫采用Pd／Rh／Al2O3催化劑，并加入第二組份（第Ⅷ副族金屬，如Ni、Ru、Pt）以提高催化劑的活性，反應溫度140～220℃，壓力5.0～17 MPa［3］；第二步酯基加氫采用銅鉻催化劑、銅鋅催化劑或含助催化劑錳的銅鋁催化劑，反應溫度200～260℃，壓力3.1～6.9 MPa［4］。反應方程見（1）式。

韓國SKNJC株式會社采用成型的亞鉻酸銅催化劑，將環己烷二羧酸酯氫化的方法制備CHDM，反應溫度225～280℃，氫壓18.5～30 MPa。第一步加氫，在負載在礬土上的釕催化劑的存在下，將芳族二羧酸二烷基酯氫化還原，反應溫度120～180℃，氫壓3～10MPa［5］。

自21世紀以來，中石化天津和上海石化公司、大連理工大學等機構也進行了相關研究［6～9］。天津石化的專利技術為：一段加氫，催化劑為Pd／C并加入第一種助劑金屬Ca或Ba、Mg和第二種金屬Rh或Ru，反應溫度210～230℃、壓力小于10 MPa；二段加氫，催化劑由主活性組分CuO、第一種助劑ZnO和第二種助劑AL2O3組成，反應溫度200～210℃，壓力小于8 MPa。上海石化的專利技術為：采用高壓釜液相加氫工藝，一段加氫，催化劑為Ru／AL2O3，水或甲醇為溶劑，反應溫度130～170℃，壓力4～6 MPa，n（MeOH）∶n（DMT）＝（1～5）∶1；二段加氫，催化劑為CuO－Cr2O3，以甲醇為溶劑，反應溫度220～240℃，壓力10～15 MPa，n（MeOH）∶n（DMCD）＝1∶4。

中石油遼陽石化公司從2002年開始攻關，開發了單管固定床兩段連續加氫工藝，解決了以往溶劑法加氫中低沸點溶劑大量循環、設備投資高和操作能耗大等制約工業化運行的問題，完成了工業化試驗項目，并于2013年改造建成了200t／a裝置，2014年自主開發出萬t級成套生產工藝包。

美國Eastman在20世紀90年代中期，率先在中壓加氫技術上取得突破，并實現了大規模工業生產；韓國SK也于20世紀末，開發了專利技術，并在21世紀初成功生產應用。這兩家公司從技術水平、生產規模、產品牌號方面，都處于世界領先水平。我國從21世紀初，包括中石油、中石化及高校等先后進行了研究，并在兩段加氫催化劑的關鍵技術研發上取得了重要突破；在加氫壓力、產品純度、反式異構體比例等主要指標上達到了國外水平［10］，但在生產規模、大規模成熟生產技術的完善、產品標準制定及推廣應用上，需要進一步不斷縮短與國外公司的差距。

近十多年來，國內外的研究還集中在將反應原料由酯類擴展到酸類和醛類上。重點開發的PTA兩步加氫法，是將溶劑中的PTA通過釜式懸浮加氫反應制得中間產物1，4－環己烷二甲酸，再進行第二步加氫生成CHDM。國外以日本的專利技術為代表，國內的華東理工大學也申請了相關專利。該技術存在催化劑成本高、壽命短、分離復雜等問題，工業化前景仍需驗證和探討［11］。以PTA為原料的兩步加氫反應原理見（2）式。

2 1，6－己二醇

2.1 性能、用途及需求現狀

1，6－己二醇是一種線型脂肪族新型二元醇，英文名1，6－Hexanediol，縮寫HDO，相對分子質量為118.18，熔點42℃，沸點250℃，常溫下為白色固體，溶于乙醇、乙酸乙酯和水，不溶于甲苯等溶劑［1］。

1，6－己二醇可與有機酸、異氰酸鹽、酸酐反應，形成不同類型的衍生物。改性合成的低熔點和生物可降解聚酯用于食品外包裝、高檔纖維、電工絕緣材料等；合成的高性能聚氨酯彈性體具有優良結晶性和較高機械強度，用于生產橡膠、彈性纖維、人造皮革、汽車配件；也可用于聚酯增塑劑，具有高耐揮發、耐低溫性、耐水性及耐油性的功能。隨著涂料及膠粘劑朝著無毒、無公害方向發展，生產的水溶性樹脂涂料及聚氨酯膠粘劑等環保產品，應用前景看好。

2005年以前，1，6－己二醇生產技術主要被德國巴斯夫、朗盛（拜耳）和日本宇部公司壟斷，并且拒絕轉讓技術。目前，全球總產能近12萬t／a，其中，德國巴斯夫公司產能約7萬t／a，朗盛在德國本土建有1萬t／a生產裝置，2006年擴大在Uerdingen裝置的產能，產能達2萬t／a；日本宇部興產分別在本土、西班牙和泰國建有裝置，產能1.25萬t／a。

我國總產能1.22萬t／a，其中，2008年撫順市天賦化工投產了2000t／a裝置，浙江麗水南明化工建成1萬t／a裝置。國內下游消費市場集中在華東、華南地區，華東用于聚酯多元醇、紫外光固化單體、醫藥中間體和食品添加劑等行業，華南用于1，6－己二醇己二酸聚酯和UV光固化行業，三北市場需求量相對較小。國內外1，6－己二醇主要生產企業及產能見表2所示。

表2 1，6－己二醇主要生產企業及產能Tab.2 Main production enterprises and production capacity of 1，6－diol

2.2 國內外生產技術進展

根據原料不同，1，6－己二醇主要有苯乙炔、二烯烴、丙烯酸酯、己二酸、己二酯5種合成方法。

1）由苯、乙炔、丙酮和氫氧化鉀反應生成己炔二醇鉀鹽，再經中和、蒸餾、結晶、離心分離，將得到的己炔二醇溶液加氫制備1，6－己二醇。

2）二烯烴法是以環氧丁二烯為原料，經消乙烯反應得到雙環氧己三烯，再催化氫化制備1，6－己二醇。

3）丙烯酸酯法是以丙烯酸酯為原料，二聚生成己烯二酸二酯，在含銅催化劑作用下催化氫化制備1，6－己二醇。

4）以日本三菱化學、宇部興產和旭化成公司為代表，開展了己二酸直接加氫研究。上述方法存在原料資源有限、催化劑穩定性差、流程長、成本高、對環境影響大等諸多問題，難以實現大規模生產。

工業上，主要采用以己二酸或二元羧酸為原料，先經酯化合成二元酸酯再催化氫化的工藝路線。其中，德國BASF公司的專利為：催化劑為70 %CuO、25%ZnO、5%Al2O3，反應溫度220℃、壓力220 bar［14］。德國Bayer公司的專利為：催化劑由鋅、銅、錳的氧化物和ⅥB金屬氧化物（如鉻氧化物）組成，反應溫度180～250℃、壓力100～400 bar［15］。日本UBE公司的專利為：介紹了銅氧化物、鋅氧化物的加氫催化劑制備方法，攪拌酯和催化劑的混合物，在溫度280℃、氫壓25 MPa條件下反應3 h，得到44.7%的1，6－己二醇產物［16］。

中石油遼陽石化公司與中科院大連化物所合作，開發了新型酯加氫催化劑與低壓力（僅為5～6 MPa）、較高原料空速的固定床連續加氫工藝。該工藝可在更加溫和的條件下實現連續加氫生產1，6－己二醇。2004年，采用自主研發的工藝包，建立了國內首套200 t／a中試裝置，產品純度99.7%，并完成了萬t工藝包的設計，掌握了全部核心生產技術。2013年，首次制定出該產品的國家標準，增強了國內行業生產的規范性［17］。

1，6－己二醇生產的關鍵是己二酸酯加氫催化技術。巴斯夫、朗盛于20世紀90年代建立了工業裝置，宇部于21世紀初也實現了工業生產，他們的技術都處于世界領先水平。自21世紀初，國內先后有中石油、沈陽工業大學、四川大學、煙臺萬華聚氨酯股份有限公司、鄭州大學、撫順石油化工研究院進行了相關研究［12－13］，開發的技術主要工藝指標達到國外先進水平，但在產品下游研發和應用上與國外差距明顯，影響了產業的進一步擴能發展。從技術發展趨勢看，主要集中在加氫催化劑的改進研制，進一步降低溫度、壓力等操作條件，提高原料處理能力和產品收率，降低工業生產的投資和運行成本方面。

3 1，3－丙二醇

3.1 性能、用途及需求現狀

1，3－丙二醇是另一種非常重要的新型二元醇，英文名1，3－propanediol，縮寫1，3－PDO，相對分子質量76.10，熔點－27℃，沸點210℃，純品為無色、無臭、具咸味、吸濕性的粘稠液體［1］，主要用于合成聚對苯二甲酸丙二醇酯（簡稱PTT）。PTT兼具聚酯和聚酰胺纖維的特性，性能優于PET、PBT等普通纖維，在地毯、織物、工程熱塑性塑料及薄膜等領域有廣泛用途。

目前，全球1，3－丙二醇總產能約25萬t／a，其中，德國Degussa公司于1996年建立年產5萬t裝置；美國Shell公司于1999年建立年產7.2萬t裝置，2001年擴能為13.6萬t／a；美國Dupongt公司與Degussa合作于1998年建立丙烯醛化學法裝置，目前產能6.34萬t／a。國內發展相對滯后，山東鄒平銘波化工于2002年采用丙烯醛法建成工業裝置，后將產能擴至6500t／a，黑龍江辰能公司于2004年采用生物法建成2500t／a產能的生產裝置。國內外1，3－丙二醇主要生產企業及產能見表3。

表3 1，3－丙二醇主要生產企業及產能Tab.3 Main production enterprises and production capacity of 1，3－propanediol

3.2 國內外生產技術進展

Degussa公司開發的丙烯醛水合法，以丙烯醛（AC）為主要原料，經水合生成3－羥基丙醛（3－HPA），3－羥基丙醛加氫生產1，3－丙二醇。Shell公司開發的環氧乙烷醛化法以環氧乙烷（EO）和合成氣（CO／H2）為原料，先羰基化反應生成3－羥基丙醛（3－HPA），再加氫生成1，3－丙二醇。環氧乙烷原料的來源豐富，但存在有機膦配體毒性大、污染環境、3－羥基丙醛不穩定等缺點。因此，2000年，Shell公司提出了環氧乙烷氫酯基化路線，韓國三星和中科院蘭州化物所隨后進行了系統研究，但該方法存在空速過低、氫油比大、副產物多且分離難等技術瓶頸。自21世紀初以來，以杜邦公司為代表還開發了生物法工藝：以谷物為原料，通過發酵得到葡萄糖或甘油，再經過生物工程處理來生產1，3－丙二醇；國內外多家企業陸續建立了工業裝置進行生產應用。

近年來，隨著生物柴油技術的推廣，副產大量甘油。以廉價甘油的直接加氫工藝可連續化生產、原料廉價易得，極具發展前景。國內研究也取得了快速進展，從分子結構上脫除仲羥基氧較脫除伯羥基氧的空間位阻高，其技術關鍵和發展趨勢是特殊性能催化劑的設計與制備，以提高反應轉化率尤其是1，3－丙二醇的選擇性。南京工業大學陳長林等將甘油水溶液和氫氣連續通入固定床反應器，溫度100～150℃，壓力2～8 MPa，氫氣與水液體積比600～1 200，總空速0.15～1 h－1，使用附有鉑的固體酸雙功能催化劑［18］。中科院大連化物所呂元等，使用催化劑的載體為ZrO2或SiO2－Al2O3，活性組分為Ru、Pt、Pd、Rh中的一種或幾種，催化劑與甘油質量比0.2～2∶1，溫度80～300℃，壓力0.1～18.0 MPa［19］。此外，東南大學、中國林業科學研究院、中科合成油技術有限公司、浙江工業大學也采用甘油原料路線，進行了不同反應工藝的研究。

4 結束語

新型二元醇的應用領域十分廣泛，產品附加值高，市場空間與應用前景廣闊。我國應加大投入進行工業生產技術的開發及大規模生產應用，打破國外封鎖以滿足我國高性能聚酯、聚氨酯強勢增長的原料需求，并推動高性能合成材料的產業化與技術進步，提高聚酯業務向高端轉型發展的核心競爭力。

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Production and Technology Progress of New Type Diols

HUAN Ji-yue1，CHENG Guang-jian1，SHI Ming-yan1，LOU Yang1，HE Jun-hai1，LV Jie1，LI Min1，WANG You-fa2

（1.Research institute of Liaoyang Petrochemical company，Petro China，Liaoyang 111003，China；
2.Aromatics plant of Liaoyang Petrochemical company，Petro China，Liaoyang 111003，China）

The new type diols are important raw material to produce different polyester，the products have highly added value and market potential.In this paper，the performance，application，production status，market demand，progress of technology application are introduced.The importance of speeding up the development of its production technology and large－scale applications on strategy demand of transformation of polyester industry to high－end and significance are elaborated.

new type diols；property；application；production；progress of technology

TQ223

A

1004-275X（2015）05-0017-05

10.3969／j.issn.1004-275X.2015.05.004

*特約稿件

收稿：2015-08-21

黃集鉞（1976－），男，碩士，高級工程師，主要從事芳烴及其衍生物催化劑與工藝技術開發研究工作。