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“我國是聚氨酯(PU)制造大國，同時我國的現(xiàn)代煤化工產業(yè)無論是規(guī)模還是技術均處于國際領先地位。可以預見，通過煤基PU技術路線的開發(fā)，現(xiàn)代煤化工產業(yè)的精細化發(fā)展將給PU產業(yè)提供充足的原料來源，為我國早日成為PU制造強國奠定堅實基礎。”在中國化工學會上周主辦的2015中國煤化工產業(yè)精細化發(fā)展高層論壇上，上海應用技術學院教授、中國聚氨酯協(xié)會高級顧問黃茂松鏗鏘有力的一番話描繪出煤基聚氨酯的誘人前景。
2014年我國PU消費量960萬噸，占全球消費總量的40%，是PU大國卻并非制造強國，國產高端PU原料與產品在原料品種、生產集中度以及國際市場占有率和效益等方面，與歐美等技術先進國家存在一定差距。黃茂松認為，這主要緣于此前我國PU產業(yè)走的都是油基PU路線，在油料煉制和深加工技術上落后于國外。而將我國蓬勃發(fā)展的現(xiàn)代煤化工與PU產業(yè)嫁接，通過煤基PU技術路線的開辟，不僅可為PU產業(yè)發(fā)展提供充足的原料來源，同時也可為煤化工精細化增添一條重要的技術途徑。
黃茂松教授將煤基PU技術路線概括為7條，即煤基烯烴PU技術路線、煤基乙炔PU技術路線、煤基二氧化碳PU技術路線、煤基碳酸二甲酯PU技術路線、煤基非光氣法異氰酸酯(HDI)PU技術路線、煤基芳烴PU技術路線以及煤基PU彈性體技術路線。
煤基烯烴制PU路線
煤基甲醇→烯烴→PP→PO→PPG→PU
黃茂松教授認為，由中科院大連化物所等首創(chuàng)的MTP(甲醇制丙烯)工藝與聚氨酯行業(yè)關聯(lián)度很大，對促進我國聚氨酯發(fā)展起到了重要推動作用。因此煤基烯烴技術是實現(xiàn)煤基烯烴PU的一個重要基礎。
該技術路線中，環(huán)氧丙烷(PO)80%用于生產聚醚多元醇(PPG)，10%用于生產丙二醇，其他用于生產丙二醇醚、異丙醇胺等。PPG是PU產品中用途最廣的一種原料，制造PPG除PO外還需少量環(huán)氧乙烷。制造特種聚醚多元醇POP(接枝聚醚多元醇)還需要苯乙烯和丙烯腈兩種原料，這兩種原料均可由煤化工制得，POP占聚醚多元醇用量的20%.PPG主要用于制造PU泡沫塑料，消費量占80%左右。此外PPG還用于制造彈性體、鞋革、涂料、膠黏劑、密封劑等PU產品。
由此可知，煤制烯烴(CTO、MTO、MTP)為生產PU上游關鍵原料PO和PPG提供了充足的原料來源。由于PU產品用途廣、附加值又高，一般高于聚丙烯產品，因此煤基烯烴PU路線是煤基精細化的一條重要技術途徑。
煤基乙炔制PU路線
電石→乙炔→BDO→THF→PTMEG→PU
該技術路線中，煤基1，4-丁二醇(BDO)采用炔醛法工藝制備，其主要原料電石是煤化工主要產品之一，其他原料甲醇和氫氣也均是煤化工主要產品。在BDO→THF(四氫呋喃)→PTMEG(聚四氫呋喃)這一工藝過程中，煤基BDO的低成本決定了PTMEG的低成本優(yōu)勢，此外該工藝技術也相對成熟，國內山西三維等煤化工企業(yè)近年來已建成了多套萬噸級煤化工PTMEG生產裝置。
我國PTMEG的70%用于生產氨綸，而氨綸是PU產品中附加值最高的產品之一。我國新疆、山西、內蒙、陜西是現(xiàn)代煤化工重要生產基地，均建成了BDO和PTMEG生產裝置，但目前氨綸生產卻是空白，尤其是新疆地區(qū)，發(fā)展煤基氨綸具有原料成本低、市場幅射面大等優(yōu)勢，是實現(xiàn)煤基乙炔氨綸的最佳地域。
煤基CO2制PU路線
CO2+PO→PPC+異氰酸酯(MDI、TDI、HDI等)→PU
煤化工產業(yè)發(fā)展中遇到的一個突出問題是生成大量CO2.年產20萬噸甲醇將生成32萬噸CO2，相當于1噸甲醇排放1.6噸CO2，排放量遠大于石油化工路線。發(fā)展煤化工必須為CO2找到出路，煤基CO2制PU技術路線由此成為一個不錯的選擇。
該路線比較成熟，值得國內煤化工企業(yè)采用。該工藝合成的PU產品成本低，且具有生物降解性和阻燃特性，為開發(fā)B2級和B1級阻燃PU硬泡創(chuàng)造了有利條件。目前，CO2基PU等新型高聚物已成為高分子領域共同關注的熱點。
煤基DMC制PU路線
甲醇+CO+O2→DMC→PCDL→PU
碳酸二甲酯(DMC)是一種多用途精細化工產品，也是開發(fā)高端PU原料異氰酸酯(HDI)、高端聚酯多元醇(PCDL)必不可少的關鍵原料。PCDL是制造高性能聚氨酯彈性體、水性PU、合成革和熔紡氨綸TPU切片的關鍵原料，目前國內PCDL全部采用進口產品，目前中科院山西煤化所、成都有機所均已完成了PCDL小試和中試試驗。
在DMC合成方法中，甲醇氧化羰基法以甲醇、CO和O2為原料制備DMC，原料價廉易得，投資少，成本低，理論上甲醇全部轉化為DMC，無其他副產物，該法受到工業(yè)界極大重視，中科院成都有機所擁有該技術，并已建成萬噸級生產裝置。
煤基HDI制PU路線
DMC+己二胺→HDC→HDI→PU
制造HDI基本有兩種方法，光氣法和非光氣法。光氣是一種劇毒原料，國家對光氣生產嚴格限制。因此煤化工企業(yè)可采用非光氣法生產HDI.目前國內山東潤興化工科技公司已采用非光氣法建成年產2萬噸HDI生產線。四川宏國科技公司與重慶長壽經濟開發(fā)區(qū)聯(lián)合開發(fā)建設年產5萬噸HDI生產線。
煤基芳烴制PU路線
甲苯→甲苯二胺→TDI→PU
清華大學和華電煤業(yè)集團公司已成功開發(fā)了世界首套萬噸級甲醇制芳烴(FMTA)工業(yè)試驗裝置，目前百萬噸級工業(yè)示范項目正在推進中。FMTA工藝中主要產品為二甲苯和甲苯。甲苯與甲苯二胺通過光氣化可制得TDI，TDI是制造PU軟泡、涂料、彈性體等PU產品的關鍵原料?？梢哉f，F(xiàn)MTA工藝的開發(fā)成功，對制造TDI及其下游PU產品提供了一條新的芳烴原料來源。
煤基芳烴還可生產目前國內沒有的特種異氰酸酯XDI(苯二亞甲基二異氰酸酯)，XDI是一種耐光性異氰酸酯，不易黃變，反應活性比HDI高;此外還可由二甲苯制造芳香族聚酯多元醇。
黃茂松教授希望FMTA工藝能提供有較高純苯比例的芳烴，這樣由苯可生產PU關鍵原料MDI和脂肪族聚酯多元醇以及脂肪族聚己二酸類多元醇系列產品，目前國內芳香族聚酯多元醇和脂肪族聚酯多元醇年需求量近百萬噸。
煤基彈性體制PU路線
通過煤基PU彈性體路線可開發(fā)對苯二異氰酯(PPDI)、萘二異氰酸酯(NDI)以及二甲基聯(lián)苯二異氰酸酯(TODI)等幾種煤基高端異氰酸酯。
其中，PPDI是由對苯二胺進行光氣化反應制得，其性能比MDI/BDO體系和TDI/MOCA體系彈性體性能好得多，是一種高附加值產品，目前市場售價20萬元/噸左右;NDI制成的澆注彈性體特別適用于高動態(tài)載荷和耐熱場合，目前已被應用于汽車減震緩沖部件，在高鐵、艦船、航空等領域也具有廣泛的應用前景，目前國內售價30萬元/噸左右;TODI聚氨酯彈性體具有優(yōu)良的動態(tài)力學性、耐熱性、耐水解性，目前售價10萬元/噸以上。
以上3種高性能高附加值高端異氰酸酯是合成高端PU彈性體的關鍵原料，其原料對苯二胺、萘和聯(lián)苯都可由煤制油、煤分質利用和煤焦油深加工中提煉或轉化而制得。
其中，PPDI是由對苯二胺進行光氣化反應制得，其性能比MDI/BDO體系和TDI/MOCA體系彈性體性能好得多，是一種高附加值產品，目前市場售價20萬元/噸左右;NDI制成的澆注彈性體特別適用于高動態(tài)載荷和耐熱場合，目前已被應用于汽車減震緩沖部件，在高鐵、艦船、航空等領域也具有廣泛的應用前景，目前國內售價30萬元/噸左右;TODI聚氨酯彈性體具有優(yōu)良的動態(tài)力學性、耐熱性、耐水解性，目前售價10萬元/噸以上。
以上3種高性能高附加值高端異氰酸酯是合成高端PU彈性體的關鍵原料，其原料對苯二胺、萘和聯(lián)苯都可由煤制油、煤分質利用和煤焦油深加工中提煉或轉化而制得。
