惠樱花 许 珂 王 佳 华陆

工程科技有限责任公司 西安 710065

煤基乙二醇联产聚乙醇酸工艺技术及经济效益分析

惠樱花*许 珂 王 佳 华陆

工程科技有限责任公司 西安 710065

针对国内乙二醇企业同质化日趋严重，“白色污染”逐渐加深的两个问题，提出新型可降解材料聚乙醇酸(PGA)这一方向。本文从聚乙醇酸的性能、市场、煤制乙二醇联产聚乙醇酸的工艺方案及经济性阐述了聚乙醇酸作为一种新型的可降解材料，不仅从性能和成本远优于目前市场上的各类可降解材料，还可以提高煤制乙二醇企业的经济效益，具有极好的发展前景。

聚乙醇酸 煤制乙二醇 可降解材料 联产方案 经济性

“十二五”期间，随着煤制乙二醇技术获得重大突破，国内乙二醇装置建设加速。到2015年底，国内乙二醇生产能力已达到780万吨/年，共有32家生产企业，其中采用煤气化间接制乙二醇的工艺技术占全部产能的43.75%，乙二醇市场已经呈现需求增长缓慢的局面。根据相关资料统计，“十三五”期间还将有350万吨/年的煤基乙二醇产能释放。届时，煤制乙二醇装置同质化现象严重，将出现产能过剩的局面。随着国际原油价格低位徘徊，乙二醇市场价格已从2011年9月份的10170元/吨的高点持续下降，2016年以来一直在5000元/吨～5500元/吨区间波动。未来，在经济“新常态”下煤基乙二醇企业如何寻求新的利润增长点是一个值得思考的问题。

面对日益严重的白色污染问题，世界各国对可降解塑料产业的发展十分重视。国家发改委、工信部均大力鼓励可降解塑料产业的发展，吉林、海南三亚也已实行了严格的“禁塑令”。市场上主流的可降解材料主要有聚乳酸(PLA)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、聚丁二酸/己二酸丁二醇酯(PBAT)、聚碳酸亚丙酯(PPC)、聚ε-己内酯(PCL)等，但因其制造成本昂贵，市场价格大多在2～3万元/吨，市场推广难度较大。面对此类严峻问题，如何寻求一种新型低成本的可降解材料已经成为摆在行业面前的一大课题。

在现有化工技术条件下，聚乙醇酸是已知的一种单元碳数最少，具有可完全分解的酯结构，降解速度最快的脂肪族聚酯类高分子材料,还可以通过乙二醇装置联产乙醇酸甲酯再进行聚合生成。聚乙醇酸作为一种新型环保可降解材料已受到国家政策的鼓励和支持。

下面就聚乙醇酸的性能、工艺生产技术、煤基乙二醇联产聚乙醇酸(PGA)的工艺方案和经济效益进行介绍。

1 聚乙醇酸概述

聚乙醇酸(PGA)，也称聚乙交酯，又称聚羟基乙酸，是最简单的线性脂肪族聚酯。该材料不仅具有简单规整的线性分子结构，主链上还具有可完全分解酯基化学基团，是一种高结晶、可生物降解的脂肪族聚合物，具有良好生物降解性和生物相容性，同时具有较高的机械强度、优异的可成型性以及卓越的气体阻隔性。

聚乙醇酸作为一种简单并且可商品化的可降解材料，可应用于包装材料、农用薄膜、一次性餐具、手术缝合线等多方面。在包装材料方面：现有包装材料多为PE、PP和PET等材料，根据具体用途，其中30%可使用全降解材料替代，即有210万吨市场需求；在农用薄膜方面：现有农膜多使用PE膜，部分使用PBS可降解膜，全部替代为PGA，则有180万吨市场需求；在日用杂品：一次性塑料餐具、塑料制品大部分难以收集或不宜回收利用，现有材料多为PS、PE、PP和小部分PLA，该部分可全部由PGA替代，有170万吨市场需求；在医疗行业，高端市场，则有10万吨市场需求，单价高，利润空间大。据不完全统计聚乙醇酸作为可降解材料其市场潜在容量约有600万吨。

目前国内商业化的PGA产品主要来源于进口，价格昂贵且产量较小。以国内丰富的煤炭资源为原料，经过草酸二甲酯加氢生产乙醇酸甲酯为中间产品制得PGA的技术国内已经研发成功，通过这一技术可大幅降低PGA的生产成本。

2 PGA的生产工艺技术简介

PGA主要通过乙醇酸(酯)、乙交酯等原料在催化剂作用下缩聚而得。目前，PGA最具有工业价值的制备技术是乙醇酸(酯)的缩合聚合法和乙交酯的开环聚合法[1]：

2.1 乙醇酸(酯)直接缩聚法

羟基脂肪酸(酯)直接加热缩聚是制备羟基酸聚合物最简单的方法，乙醇酸(酯)经加热脱水(脱醇)，直接生成PGA，此种方法生成的乙醇酸酯一般只能得到相对分子质量为几十至几千的低聚PGA。

2.2 乙交酯开环聚合法

开环聚合法是制备聚羟基脂肪酸最为成熟的方法，可用乙交酯开环聚合制备聚乙醇酸。此种方法较为成熟，可获得较高相对分子质量的聚乙醇酸产品。而乙交酯是开环聚合法的重要单体，其纯度直接关系到聚乙醇酸的性能。

目前，国内外制备乙交酯合成法主要是以乙醇酸和卤代乙酸为原料[2]。乙醇酸甲酯是合成乙交酯、聚乙醇酸的一种新原料，源起国内煤制乙二醇技术及装置产能的优势，由煤基合成气经草酸二甲酯选择性催化加氢制乙醇酸甲酯是一种技术性和经济性较好的潜在绿色化工路线，开发低成本的乙醇酸甲酯制备单体乙交酯开环聚合生成聚乙醇酸是一种趋势。

目前，国内煤制乙醇酸已实现万吨级生产规模，标志着我国煤基PGA也由实验室阶段向工业化应用迈进，为PGA工业化规模生产奠定了坚实基础。

3 煤基乙二醇联产PGA的工艺方案

3.1 联产方案

以30万吨/年煤制乙二醇装置为例，配置如下：

气化单元：2台干粉气化炉。

酯化单元：单系列10万吨/年，共3系列。

羰化单元：单系列10万吨/年，共3系列。

草酸二甲酯加氢单元：单系列10万吨/年，共3系列。

乙二醇精制单元：单系列15万吨/年，共2系列。

煤制乙二醇联产PGA装置(以下简称联产方案)，即在煤制乙二醇装置基础之上增加乙醇酸甲酯精制装置、聚乙醇酸(PGA)聚合装置。

具体联产方案(见图1)：在煤制乙二醇装置的基础之上，其余工段无需改变，只需将3系列中的草酸二甲酯加氢反应器调节为2个系列反应器生产乙二醇，1个系列反应器生成乙醇酸甲酯。通过对1系列草酸二甲酯加氢反应器改变加氢催化剂，通入过量的氢气，可实现草酸二甲酯加氢产品由乙二醇改为乙醇酸甲酯，再新增乙醇酸甲酯精制塔和PGA装置，最终实现PGA产品的产出。

图1 煤基乙二醇联产PGA的工艺方案

3.2 工艺流程

草酸二甲酯与氢气在催化剂的作用下生成乙醇酸甲酯，乙醇酸甲酯经精制之后与催化剂按比例混合，在一定温度和压力下脱醇生成乙醇酸甲酯低聚物。乙醇酸低聚物经解聚反应，生成粗乙交酯。粗乙交酯经精制提纯后，开环聚合，得到高分子量的PGA聚合物。

4 煤基乙二醇联产PGA经济效益分析

30万吨/年煤基乙二醇与30万吨/年煤基乙二醇联产5万吨/年PGA项目各项指标对比见表1。

煤基乙二醇路线联产PGA方案中PGA生产成本见表2。

从表1、表2可知：

(1)联产5万吨/年PGA项目比30万吨/年乙二醇项目原料氢气减少7030Nm3/h，折合原煤量减少8万吨/年。

表1 煤基乙二醇与联产PGA主要经济方案对比

表2 煤基乙二醇联产PGA中PGA生产成本

(2)联产方案比乙二醇项目建设投资增大约1.56亿，但收入增加明显，年均营业收入增加了约3.85亿元。税后内部收益率从9.02%提高到了12.48%。

(3)联产方案所生产的PGA生产成本7052元/吨，远远低于市场上20000～30000元/吨的其它可降解材料。

5 结 语

PGA产品属于国家鼓励积极发展的产品，政策优势显著，在降解材料推广的关键时期，推出能为市场所接受的高性能材料，有利于我国绿色环保材料产业的发展。并且利用乙二醇装置通过调节催化剂制备乙醇酸甲酯联产PGA可以在增加少量投资的基础上带来利润的大幅提升，增加乙二醇生产企业的效益。同时乙二醇联产PGA项目产品生产成本相对较低，降低了可降解材料的市场推广难度。总体而言，乙二醇联产PGA的技术方案从社会效益和经济效益考虑都具有极好的市场前景。

1 陈 群，许 平，崔爱军. 煤基聚乙醇酸技术进展[J].化工进展，2011，30(1)：175-176.

2 孙 政，崔爱军，姜海建. 煤制乙二醇副产乙醇酸甲酯合成乙交酯的工艺研究[J].现代化工,2014, 34(9):96.

2016-08-22)

*惠樱花：工程师。2006年毕业于河南理工大学材料科学与工程专业。目前从事化学工程咨询工作。联系电话：(029)87988359， E-mail：hyh2237@chinahualueng.com。