聚碳酸酯产业和技术路线分析

苏克菊，余显军

（新疆天业集团有限公司，新疆 石河子 832000）

聚碳酸酯产业和技术路线分析

苏克菊，余显军

（新疆天业集团有限公司，新疆 石河子 832000）

简要概述了聚碳酸酯的用途及市场，并对现有的工业生产聚碳酸酯方法进行了对比分析。

聚碳酸酯；生产技术；非光气法

1 聚碳酸酯（PC）用途及市场

聚碳酸酯（PC）作为一种综合性能优良的热塑性工程塑料，具有突出的抗冲击性能、耐蠕变性能、优异的光学性能、良好的耐热性能、尺寸稳定性、自阻燃性能及电性能等。基于其优良的综合性能，现已成为五大工程塑料中增长速度最快的通用工程塑料，主要用于电子电器、玻璃装配、光盘和汽车工业领域，其他领域包括机械零部件、医疗器械、休闲和防护器材等，随着生产技术的不断提高，正迅速向航空航天、光学元件、光电信息等领域发展。

中国是聚碳酸酯需求增长最快的国家，以每年8%～12%的速度增长。中国目前对聚碳酸酯产品的年消费量为170万～200万t，占全球消费总量的30%以上。2015年1月，宁波浙铁大风化工有限公司总投资18.5亿元的一期10万t/a聚碳酸酯项目（副产2.9万t/a丙二醇）投产，打破了国外行业巨头的垄断，致使价格从20 000元/t下降到18 000元/t，较2014年同期下降5.18%。

在国内外资本技术的推动下，目前一批合资、合作的聚碳酸酯项目正在国内密集开工，鲁西化工、福建环球、烟台万华等多个项目将在近一两年内投产。未来仍有内资、外资新（扩）建聚碳酸酯装置在国内陆续建成投产。中国聚碳酸酯产能的投放，在缓解产品依赖进口的同时，有可能带来供应过剩的难局，近年来中国PC进出口数量及产能变化见图1，装置一览表见表1。

2 聚碳酸酯（PC）生产技术

按PC工业化生产技术的发展先后经历了4种工艺：溶液光气法、界面缩聚光气法、酯交换熔融缩聚法 （简称酯交换法）和非光气酯交换熔融缩聚法（简称非光气法）。溶液光气法工艺经济性差、且存在环保问题，因此被淘汰。2015年工业化生产方法中，非光气法占比55%，光气法占比45%。

界面缩聚光气法工业化生产首先由德国拜尔和美国GE公司实现，其反应方程式如下：

图1 近年来中国PC的进出口数量及产量变化趋势图

酯交换熔融缩聚法（简称酯交换法）是一种间接的光气法工艺，其反应方程式如下：

表1 中国PC装置一览表

非光气法是在酯交换上发展起来的工艺，其原料碳酸二苯酯（DPC）完全不用光气。非光气法的关键技术得益于意大利Enichem公司成功开发的甲醇液相氧化羰基化合成碳酸二甲酯（DMC）技术，将其与苯酚交换得到苯酚酯（DPC）。1993年美国GE公司采用该技术在日本千叶建成非光气生产装置。

目前 DMC的制备方法有甲醇氧化羰基化、CO2-甲醇法和尿素甲醇法等。非光气法反应方程简式如下。

界面缩聚光气法、酯交换熔融缩聚法（简称酯交换法）和非光气酯交换熔融缩聚法（简称非光气法）对比分析见表2。

表2 各种生产工艺对比分析

2.1 旭化成非光气法生产PC工艺

2002年6月，日本旭化成与奇美石化合资公司旭美化成公司建成了世界首套以CO2为原料的非光气法PC装置。该技术与GE非光气法的不同在于DMC制取上采用CO2和EO制取EC，然后再用EC和甲醇制取DMC，其反应方程简式如下。

CO2+EO→CH2=C－O－CO－OH（碳酸乙烯酯/EC）

日本旭化成技术的特点：

（1）该工艺以CO2、环氧乙烷（EO）、双酚A（BPA）为原料，生产高纯度、高性能的PC树脂和高纯度的EG 2种产品。而且中间产品的收率和选择性可达到99%以上，可以循环到下一步工序之外，还可回到上步工序使用，节省了资源和能源。

（2）环氧乙烷（EO）采用乙烯氧化生产，生产过程副产CO2，刚好可以作为EC生产的原料。

（3）采用EC和甲醇制取DMC同时，生产出了高纯度的EG，解决了水合法生产EG的难题。水合法生产EG的选择性不够高，为保证其90%的选择性需要加入EO 20摩尔倍数的水，同副产10%以上的二甘醇、三甘醇，要获得高纯度的EG必须精馏分离。而该工艺采用甲醇代替了水（甲醇气化潜热约为水一半），而且甲醇可不过量使用，因此可以大大节约能源。

（4）苯酚酯（DPC）生产过程是如下 2个平衡反应：

而且这2个反应平衡非常小，反应速度非常慢，为解决此问题旭化成将2个反应放在精馏反应器中进行，且让2个精馏反应系统循环，否则只能批处理（间断反应）。

从技术路线角度分析，旭化成PC生产工艺节约资源和能源，减少CO2排放（10万t PC减少1.732万t CO2排放），还可同时生产EC、MEG、DMC和DPC5种产品。

2.2 浙铁大风非光气法生产PC工艺

“浙铁大风”10万t/a聚碳酸酯项目采用“中外联合设计、系统集成”模式，优化组合国内外先进工艺技术的基础上，自制工艺路线，实现集成创新。这一工艺的先进性在于，3套联合装置组成的整个装置通过“碳酸二甲酯—碳酸二苯酯—聚碳酸酯”的生产路线，从副产丙二醇看，该工艺应当采用了环氧丙烷为原料代替了环氧乙烷（EO）。

3 聚碳酸酯（PC）生产原料

日本旭化成非光气法生产PC工艺以CO2、EO、BPA为原料生产，根据工艺计算，10万t PC装置需要消耗1.732万t CO2、1.732万t EO和9万t BPA。原料BPA占PC成本为50%～60%（目前BPA价格为9 450元，PC价格为18 000元），环氧乙烷实际生产为乙二醇。EO由于运输困难一般没有工厂大量销售，因此，需要自建乙烯氧化制环氧乙烷装置或与相关企业合作生产；双酚A（BPA）市场上可以采购，但是主要生产厂在长三角和山东地区，由于双酚A（BPA）需求量大，其他地区项目要考虑自己配套BPA装置。

采用甲醇氧化羰基化制DMC，10万t聚碳酸酯，3.53万t DMC，CO气体1.11万t、甲醇循环、双酚A（BPA）的主流技术采用离子树脂交换法。拥有技术的国外公司有GE、拜尔、DOW、日本三菱化学（原千代田）和波兰/Lmumus合作的ICSO技术，其对比见表3。

综合对比，技术最佳的日本三菱化学（千代田）的MCC工艺，目前KBR也有双酚A（BPA）技术，并且对外转让。国内双酚A自主生产技术做得好的是天津大学，与中石化合作开发了多层悬浮床离子交换树脂法催化气提工艺。

综上所述，聚碳酸酯（PC）目前是一个比较好的产业，由于非光气法目前已成为PC的主要生产方法，其中日本旭化成技术比较具有优势，其以CO2为原料的工艺路线因能够充分利用CO2资源，工艺绿色环保，而且所得产品质量好。今后应该进一步加强对该工艺的改进，以减少对环境的污染以及延长设备使用寿命，提高产品质量。

表3 各公司技术指标对比表

［1］路 辛.非光气法聚碳酸酯生产工艺.国际化工信息，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