聚碳酸酯產業和技術路線分析

蘇克菊，余顯軍

（新疆天業集團有限公司，新疆 石河子 832000）

聚碳酸酯產業和技術路線分析

蘇克菊，余顯軍

（新疆天業集團有限公司，新疆 石河子 832000）

簡要概述了聚碳酸酯的用途及市場，并對現有的工業生產聚碳酸酯方法進行了對比分析。

聚碳酸酯；生產技術；非光氣法

1 聚碳酸酯（PC）用途及市場

聚碳酸酯（PC）作為一種綜合性能優良的熱塑性工程塑料，具有突出的抗沖擊性能、耐蠕變性能、優異的光學性能、良好的耐熱性能、尺寸穩定性、自阻燃性能及電性能等。基于其優良的綜合性能，現已成為五大工程塑料中增長速度最快的通用工程塑料，主要用于電子電器、玻璃裝配、光盤和汽車工業領域，其他領域包括機械零部件、醫療器械、休閑和防護器材等，隨著生產技術的不斷提高，正迅速向航空航天、光學元件、光電信息等領域發展。

中國是聚碳酸酯需求增長最快的國家，以每年8%～12%的速度增長。中國目前對聚碳酸酯產品的年消費量為170萬～200萬t，占全球消費總量的30%以上。2015年1月，寧波浙鐵大風化工有限公司總投資18.5億元的一期10萬t/a聚碳酸酯項目（副產2.9萬t/a丙二醇）投產，打破了國外行業巨頭的壟斷，致使價格從20 000元/t下降到18 000元/t，較2014年同期下降5.18%。

在國內外資本技術的推動下，目前一批合資、合作的聚碳酸酯項目正在國內密集開工，魯西化工、福建環球、煙臺萬華等多個項目將在近一兩年內投產。未來仍有內資、外資新（擴）建聚碳酸酯裝置在國內陸續建成投產。中國聚碳酸酯產能的投放，在緩解產品依賴進口的同時，有可能帶來供應過剩的難局，近年來中國PC進出口數量及產能變化見圖1，裝置一覽表見表1。

2 聚碳酸酯（PC）生產技術

按PC工業化生產技術的發展先后經歷了4種工藝：溶液光氣法、界面縮聚光氣法、酯交換熔融縮聚法 （簡稱酯交換法）和非光氣酯交換熔融縮聚法（簡稱非光氣法）。溶液光氣法工藝經濟性差、且存在環保問題，因此被淘汰。2015年工業化生產方法中，非光氣法占比55%，光氣法占比45%。

界面縮聚光氣法工業化生產首先由德國拜爾和美國GE公司實現，其反應方程式如下：

圖1 近年來中國PC的進出口數量及產量變化趨勢圖

酯交換熔融縮聚法（簡稱酯交換法）是一種間接的光氣法工藝，其反應方程式如下：

表1 中國PC裝置一覽表

非光氣法是在酯交換上發展起來的工藝，其原料碳酸二苯酯（DPC）完全不用光氣。非光氣法的關鍵技術得益于意大利Enichem公司成功開發的甲醇液相氧化羰基化合成碳酸二甲酯（DMC）技術，將其與苯酚交換得到苯酚酯（DPC）。1993年美國GE公司采用該技術在日本千葉建成非光氣生產裝置。

目前 DMC的制備方法有甲醇氧化羰基化、CO2-甲醇法和尿素甲醇法等。非光氣法反應方程簡式如下。

界面縮聚光氣法、酯交換熔融縮聚法（簡稱酯交換法）和非光氣酯交換熔融縮聚法（簡稱非光氣法）對比分析見表2。

表2 各種生產工藝對比分析

2.1 旭化成非光氣法生產PC工藝

2002年6月，日本旭化成與奇美石化合資公司旭美化成公司建成了世界首套以CO2為原料的非光氣法PC裝置。該技術與GE非光氣法的不同在于DMC制取上采用CO2和EO制取EC，然后再用EC和甲醇制取DMC，其反應方程簡式如下。

CO2+EO→CH2=C－O－CO－OH（碳酸乙烯酯/EC）

日本旭化成技術的特點：

（1）該工藝以CO2、環氧乙烷（EO）、雙酚A（BPA）為原料，生產高純度、高性能的PC樹脂和高純度的EG 2種產品。而且中間產品的收率和選擇性可達到99%以上，可以循環到下一步工序之外，還可回到上步工序使用，節省了資源和能源。

（2）環氧乙烷（EO）采用乙烯氧化生產，生產過程副產CO2，剛好可以作為EC生產的原料。

（3）采用EC和甲醇制取DMC同時，生產出了高純度的EG，解決了水合法生產EG的難題。水合法生產EG的選擇性不夠高，為保證其90%的選擇性需要加入EO 20摩爾倍數的水，同副產10%以上的二甘醇、三甘醇，要獲得高純度的EG必須精餾分離。而該工藝采用甲醇代替了水（甲醇氣化潛熱約為水一半），而且甲醇可不過量使用，因此可以大大節約能源。

（4）苯酚酯（DPC）生產過程是如下 2個平衡反應：

而且這2個反應平衡非常小，反應速度非常慢，為解決此問題旭化成將2個反應放在精餾反應器中進行，且讓2個精餾反應系統循環，否則只能批處理（間斷反應）。

從技術路線角度分析，旭化成PC生產工藝節約資源和能源，減少CO2排放（10萬t PC減少1.732萬t CO2排放），還可同時生產EC、MEG、DMC和DPC5種產品。

2.2 浙鐵大風非光氣法生產PC工藝

“浙鐵大風”10萬t/a聚碳酸酯項目采用“中外聯合設計、系統集成”模式，優化組合國內外先進工藝技術的基礎上，自制工藝路線，實現集成創新。這一工藝的先進性在于，3套聯合裝置組成的整個裝置通過“碳酸二甲酯—碳酸二苯酯—聚碳酸酯”的生產路線，從副產丙二醇看，該工藝應當采用了環氧丙烷為原料代替了環氧乙烷（EO）。

3 聚碳酸酯（PC）生產原料

日本旭化成非光氣法生產PC工藝以CO2、EO、BPA為原料生產，根據工藝計算，10萬t PC裝置需要消耗1.732萬t CO2、1.732萬t EO和9萬t BPA。原料BPA占PC成本為50%～60%（目前BPA價格為9 450元，PC價格為18 000元），環氧乙烷實際生產為乙二醇。EO由于運輸困難一般沒有工廠大量銷售，因此，需要自建乙烯氧化制環氧乙烷裝置或與相關企業合作生產；雙酚A（BPA）市場上可以采購，但是主要生產廠在長三角和山東地區，由于雙酚A（BPA）需求量大，其他地區項目要考慮自己配套BPA裝置。

采用甲醇氧化羰基化制DMC，10萬t聚碳酸酯，3.53萬t DMC，CO氣體1.11萬t、甲醇循環、雙酚A（BPA）的主流技術采用離子樹脂交換法。擁有技術的國外公司有GE、拜爾、DOW、日本三菱化學（原千代田）和波蘭/Lmumus合作的ICSO技術，其對比見表3。

綜合對比，技術最佳的日本三菱化學（千代田）的MCC工藝，目前KBR也有雙酚A（BPA）技術，并且對外轉讓。國內雙酚A自主生產技術做得好的是天津大學，與中石化合作開發了多層懸浮床離子交換樹脂法催化氣提工藝。

綜上所述，聚碳酸酯（PC）目前是一個比較好的產業，由于非光氣法目前已成為PC的主要生產方法，其中日本旭化成技術比較具有優勢，其以CO2為原料的工藝路線因能夠充分利用CO2資源，工藝綠色環保，而且所得產品質量好。今后應該進一步加強對該工藝的改進，以減少對環境的污染以及延長設備使用壽命，提高產品質量。

表3 各公司技術指標對比表

［1］路 辛.非光氣法聚碳酸酯生產工藝.國際化工信息，2004（3）：7－9．

Analysis of polycarbonate industry and technical solution

SU Ke-ju，YU Xian-jun

（Xinjiang Tianye Group Co.,Ltd.,Shihezi 832000，China）

This paper give a brief overview of the polycarbonate applications and market，the existing industrial production of polycarbonate method has carried on the comparative analysis.

polycarbonate industry；production technology；non－phosgene method

TQ323.4+1

B

1009－1785(2017)03－0043－03

2016－12－15