煤基路线，PU跨越式发展辟新径
——访上海应用技术学院教授、中国聚氨酯协会专家委员高级顾问黄茂松
□ 本刊记者 唐茵
一方面，我国现代煤化工正处于关键转折期，大量已建和在建产能需要开发需求，排放的CO2有待合理利用；另一方面，“十三五”期间，国内聚氨酯（PU）行业缩小与国际差距，实现跨越式发展的任务十分紧迫。如何将我国颇具优势的现代煤化工技术与PU行业的巨大需求潜力相结合，大力发展煤基PU路线？煤化工产业链和PU产业链都能碰撞出哪些火花？煤基PU道路应该怎么走？针对这些问题，本刊记者对上海应用技术学院教授、中国聚氨酯协会专家委员高级顾问黄茂松进行了独家专访。
一、利用煤基路线缩小差距
周刊：目前中国的PU消费量占全球的比例大约是多少？您如何看待我国PU产业与国际水平的差距？如何将我国现代煤化工的优势与PU产业升级相结合？
黄茂松：2014年中国PU消费量960万吨，占全球消费量的40%。我国虽然是全球PU生产大国，但非制造强国，在高端PU原料与产品，原料品种与生产集中度以及国际市场占有率和效益等方面，与欧美等技术先进国家相比，存在一定差距。另外，在盈利能力方面，据报道，我国PU龙头企业万华化学市盈率为10倍左右，而国际跨国公司巴斯夫和拜耳PU市盈率保持在20倍左右，差距明显。迄今为止，跨国公司的PU几乎都是以石油为原料的技术路线，且在油基PU领域已积累了十分丰富的研制和生产经验，建立了集中度很高的油基PU原料生产装置。除创新力度、生产集中度不足以外，油基PU长期以来受西方国家油料炼制和深加工技术，以及市场垄断制约，也是造成我国PU行业与国外存在差距的重要原因。
现代煤化工是我国特色产业，目前无论规模还是技术在世界上均处于国际领先地位。现代煤化工精细化无疑将给我国PU产业的发展提供了充足的原料来源，从而为我国PU早日成为跨越式发展制造强国奠定坚实基础，并开辟出一条崭新的发展之路。由此，建议国家工信部将煤基PU新材料列为“十三五”期间重点支持的化工新材料。
二、产业链碰撞多点开花
周刊：煤制烯烃、炔烃、芳烃等现代煤化工产业链与PU产业链在结合时会有哪些机遇呢？
黄茂松：煤基PU主要分为以下几条路线。
1．煤基烯烃路线：附加值提高
[煤基甲醇→烯烃→环氧丙烷（PO）→聚醚多元醇（PPG）→PU泡沫塑料]
由中科院大化所等单位首创的煤制烯烃（CTO、MTO、MTP），是我国现代煤化工制烯烃的原创性技术，对我国石化产业自身配套烯烃重要原料起到至关重要的作用。其中MTP（甲醇制丙烯）对聚氨酯行业关联度很大，对促进我国PU发展起到了重要推动作用。因此煤基烯烃技术是实现煤基PU精细化的一项重要举措。
PO制造方法主要有氯醇法，共氧化法和直接氧化法（HPPO）。其中，氯醇法因环保问题已被列入禁止项目；HPPO法是由过氧化氢（双氧水）催化氧化丙烯制PO新工艺，生产过程中只生成PO和水，可以做为煤制烯烃的精细化方向。赢创工业集团与伍德公司在吉林神华已建成年产30万吨HPPO生产线。中石化巴陵石化采用自有技术已建年产10万吨HPPO法装置。中科院大化所也拥有此技术，并于2012年由中科院沈阳研究院等单位通过了中试技术鉴定，属原创技术，目前正在进行万吨级规模试验。该所持有的HPPO法技术双氧水消耗量低于国际水平，具有低成本优势。HPPO法与其它工艺相比，具有产品产量高、纯度高、杂质少等优点，对提高下游产品聚醚多元醇产品质量尤为重要。与氯醇法相比，几乎不产生废弃物、环保成本低。
PPG是PU产品中用途最广的一种原料，制造PPG除PO外还需少量环氧乙烷（EO）。制造特种聚醚多元醇POP（接枝聚醚多元醇），还需要苯乙烯和丙烯腈两种原料，这两种原料均可由煤化工制得。POP占聚醚多元醇用量20%。PPG主要消费用于制造PU泡沫塑料、消费量占80%左右。PPG还用于制造弹性体、鞋革、涂料、胶粘剂、密封剂等PU产品。
由此可知，煤制烯烃为生产PU上游关键原料PO和PPG提供了充足的原料来源。由于PU产品用途广、附加值一般高于聚丙烯产品，因此煤基烯烃→PO→PPG→PU是煤基精细化的一条重要技术途径。
2． 煤基乙炔路线：原料丰富成本低
[煤基电石→乙炔→1，4-丁二醇（BDO）→四氢呋喃（THF）→聚四氢呋喃（PTMEG）→PU纤维（氨纶）]
这一路线的主要优势是，原料来源丰富，生产成本低。主要原料为电石（制乙炔）。电石是煤化工主要产品之一，其他原料为甲醇（制甲醛）和氢气，是煤化工主要产品。电石产能过剩，价格低廉，尤其在西部低电价地区成本更低。因此该工艺路线生产的BDO制造成本明显低于石油路线（顺酐法、正丁烷法、丁二烯法、环氧丙烷法），具有较大的成本优势。此外，电石生产过程中废气也可生产BDO，则生产成本更低。BDO主要消费领域为THF/PTMEG，
煤化工低成本BDO决定了PTMEG低成本，而且国内山西三维等煤化工企业近年来已建成了多条年产万吨级煤化工PTMEG生产装置，技术成熟。
中国是全球最大氨纶生产消费和出口大国。我国PTMEG消费中70%用于生产氨纶（PU纤维）。氨纶是PU产品中附加值最高的产品之一，目前20D氨纶市场平均价6万元/吨左右，40D氨纶平均价5万元/吨左右，利润率高。2013年以来国内氨纶产业开工率一直保持在90%左右。上市公司华峰氨纶2013年净利增幅为1258.5%～1584.5%，泰和新材增幅79.99%～124.98%，新乡化纤净利增幅121.69%。我国新疆、山西、内蒙古、陕西是现代煤化工重要生产基地，均建成了BDO和PTMEG生产装置，纺织工业也有一定基础。而这些地区中，氨纶生产均为空白，尤其是新疆地区，发展煤基氨纶具有原料成本低、市场幅射面大等优势，是实现煤基电石（乙炔）氨纶精细化的最佳途径。预计新疆不久将成为温州、重庆之后我国第3个氨纶产业基地。
3．煤基芳烃路线：实现零的突破
［甲苯→甲苯二胺→二苯基甲烷二异腈酸酯（TDI）］
［二甲苯（70%间二甲苯和3%对二甲苯）＋氨→苯二腈→苯二甲胺→苯二亚甲基二异氰酸酯（XDI）］
［对二甲苯→对苯二甲酸+BDO（或HDO）→对苯二甲酸系列芳香族聚酯多元醇］
TDI是制造PU软泡、涂料、弹性体等PU产品的关键原料。XDI是一种耐光性异氰酸酯，不易黄变，目前国内无此产品。对苯二甲酸系列芳香族聚酯多元醇是PU多元醇一大类产品，主要用于制造阻燃PU硬泡、PU鞋革树脂、PU弹性体、塑胶跑道、PU胶粘剂等。目前国内高端芳香族聚酯多元醇主要由美国斯泰潘公司控制，国内主要生产中、低端芳香族聚酯多元醇。
华电煤业集团正积极推进百万吨级流化床甲醇制芳烃（FMTA）工业示范项目，该FMTA工艺比石油路线生产每吨芳烃便宜1000～2000元，可实现在油价45美元/桶下仍能盈利，主要产品为二甲苯占90%和少量甲苯，使PU产业链以煤制芳烃为原料成为可能。另外，如果FMTA工艺能提供芳烃中较高比例的纯苯，这样由苯可生产PU关键原料MDI和脂肪族聚酯多元醇（由苯→环已烷→已二酸+BDO（或乙二醇）脂肪族聚己二酸类多元醇系列产品）。目前国内芳香族聚酯多元醇和脂肪族聚酯多元醇年需求量近百万吨。
周刊：还有哪些值得推荐的技术路线？
黄茂松：有些高端的PU家族产品，可以通过煤基路线来开发。主要包括：
1．煤基二氧化碳路线：资源深度利用
[CO2+环氧丙烷（或环氧丙烷+环氧乙烷或环己烷）→聚碳酸丙烯酯多元醇（PPC）→PU]
发展煤化工中遇到的一个突出矛盾就是会生成大量CO2。年产20万吨甲醇将生成32万吨CO2，相当于1吨甲醇排放1.6吨CO2，排放量远大于石油化工路线。因此发展煤化工必须解决CO2利用技术。由PPC合成的PU产品成本低，且具有生物降解性和阻燃特性。PPC是一种性价比优良的材料，结构阻燃PPC为开发B2级和B1级阻燃PU硬泡，创造了有利条件。目前PPC已由日本制成具有生物降解性的材料，已被用于汽车等领域；江苏泰州金龙和惠州大亚湾达志公司PPC已实现工业化生产，并已应用于PU多个产品；德国拜耳也开发成了此类产品。
由CO2与环氧丙烷或环氧丙烷与环氧乙烷或环己烷合成PPC，再由PPC与异氰酸酯（MDI、TDI、HDI等）可生成一系列PU产品。这是一条成熟的工艺路线，是煤基PU绿色精细化发展之路，值得国内煤化工企业大力推广。CO2基PU等新型高聚物已是目前高分子领域共同关注的热点。
1．煤基碳酯二甲酯（DMC）路线：打破国外垄断
[DMC+BDO（或已二醇、环已二醇）→聚碳酸酯多元醇（PCDL）]
[DMC+已二胺→六亚甲基-1,6二氨基甲酸甲酯（HDC）→六亚甲基二异氰酸酯 (HDI)]
PCDL是一种高性能、高附加值多元醇（目前国内售价5万～6万元/吨）是制造高性能聚氨酯弹性体、水性PU、合成革和熔纺氨纶TPU切片的关键原料。日本宇都和旭化成在江苏南通已建成年产3000吨生产线，在西班牙已建成年产6000吨生产线，日本国内已建有年产8000吨生产线。目前国内PCDL全部采用日本和德国拜耳进口产品。我国中科院山西煤碳所、成都有机所均已完成了小试和中试试验。
目前制造异氰酸酯有二种路线：一种是光气法利用光气（COCl2）对二胺类（包括脂肪族二胺、芳香族二胺）化合物光气化制成二异氰酸酯产品，另一种为非光气法。光气是一种剧毒原料，国家对光气生产是严格限制。因此无条件建光气装置的煤化工企业，可采用非光气法生产异氰酸酯原料。目前山东润兴化工科技公司已采用非光气法建成年产2万吨HDI生产线，四川宏国科技公司与重庆长寿经济开发区正联合开发年产5万吨HDI生产线。
2．煤基PU弹性体路线：开发高端产品
煤基PU弹性体可开发以下几种高端异氰酸酯
①对苯二异氰酯（PPDI） PPDI/PU弹性体一般用二醇扩链，制得的弹性体具有优良的动态力学性能、力学性能、耐溶剂性以及在较高温度下低压缩变形性能，可在135℃下长期使用，这些性能比MDI/BDO体系和TDI/MOCA体系弹性体更优良。应用领域包括：湿热环境、油性环境下使用的部件，需高耐磨、耐撕裂场合以及动力驱动重复运动的部件如耐高压密封圈和密封垫，水泵皮线，油田与煤矿设备材料，动力联轴节、传送带、减震器、辊及承载轮等。在采矿业、交通运输、体育用品、海工设备、航空航天等领域有着广泛的应用市场。PPDI是一种高附加值产品，目前市场售价20万元/吨左右。
②萘二异氰酸酯（NDI） NDI是用萘与硝酸经两次硝化制得二硝基萘，加氢还原得二氨基萘经光气化而制得。用NDI制成的浇注弹性体特别是微孔PU弹性体具有优异的动态力学性能、耐磨性、阻燃性、高回弹性、低内生热、低永久变形，特别适用于高动态载荷和耐热场合。NDI微孔PU弹性体已被广泛应用于汽车减震缓冲部件。在高铁、舰船、航空等领域也具有广泛的应用前景。NDI是一种高端高附加值异氰酸酯原料，目前国内售价30万元/吨左右。
③二甲基联苯二异氰酸酯（TODI） TODI/PU弹性体具有优良的动态力学性、耐热性、耐水解性和力学性能。TODI可用于多种领域：密封件（防油密封、活塞环、水封等）汽车部件（格栅、减震器、车顶、车门、车窗等）工业传送带、辊和脚轮、电子行业涂层剂、医疗人工器官等。目前售价10万元/吨以上。
以上３种高性能高附加值高端异氰酸酯是合成高端PU弹性体的关键原料：对苯二胺、萘和联苯都可由煤制油、煤分质利用和煤焦油深加工中提炼或转化而制得。目前国内煤制油产能已达到1700万吨，2020年将达到5200万吨。因此，应充分利用高温煤制油深加工技术，除生产主品油外还可制得比油附加值更高的烯烃、芳烃、重芳烃、含氧化物等。高温煤制油深加工产品中有不少是PU可用原料，甚至是高端关键原料。
三、怎样走好煤基PU发展道路
周刊：您认为企业在发展煤基PU过程中应注意哪些问题？
黄茂松：要想走好煤基PU的道路，企业必须具有规模化优势。尤其在HPPO、高端聚醚多元醇、高端聚酯多元醇、聚四氢呋喃、高端异氰酸酯等关键原料，要建成几个世界级现代煤化工PU原料生产基地。我国煤化工领域不乏一些大型企业，有望出现几个世界级规模的PU高端原料巨头。
同时，煤化工/盐化工/氯碱化工要实现一体化联产模式。PU关键原料异氰酸酯生产中需要用大量光气，光气是由氯气和CO反应生成。氯气是生产光气和MDI的关键原料，因此，国内外异氰酸酯生产企业生产光气和MDI，一般都与氯碱化工联产，使氯气循环利用。目前国内新疆、山西、内蒙古、陕西已有一些氯碱化工生产企业，此类企业生产高端异氰酸酯具有明显的原料循环利用优势。
周刊：在进行新产品开发时，您有哪些建议？
黄茂松：煤基PU应朝着高性能、多品种、大市场等差异化方向发展，开发具有煤化工原料特色的高端PU原料和产品，如高性能、高附加值高端异氰酸酯、高性能聚醚多元醇和聚酯多元醇、高性能扩链剂助剂等PU高端原料。此外，随着资源和环境约束的不断升级以及人们对产品功能性要求的提高，生态化和功能化也是未来PU行业发展中要特别关注的。因此，煤基PU必须走低碳、环保、节水生态化的发展道路，并努力开发功能多、功能强的高性能产品。
周刊：我国煤炭资源和大型煤化工企业大部分分布在我国西部地区，但目前该地区PU产品下游产业链市场并不发达。那么，企业应该如何开拓市场呢？
黄茂松：西部地区发展煤基PU产业，必须有明确的市场目标和行之有效的营销措施。如新疆地区PU产品除满足本地区外，应积极拓展中亚、南亚和西亚市场；内蒙古应积极开发华北、东北地区市场。煤基PU应建立东西部地区两地合作联动开发模式，使之形成西部地区是PU原料和产品生产基地，东部地区是研发和销售基地。
另外，参与国际市场竞争也很关键。目前我国PU中不少原料和产品存在产能过剩现象。全球PU市场除欧美、北美地区外，其他地区市场潜力很大，要充分利用国家“一带一路”等政策，努力开拓煤基PU国际化道路。