【摘要】合成氣是以一氧化碳和氫氣為主要組分，用作化工原料的一種原料氣，其在工業(yè)上用途廣泛，例如，以合成氣為原料制備的產(chǎn)品主要包括氨、甲醇、費托合成產(chǎn)品、氫甲?；a(chǎn)品以及其下游產(chǎn)品等，其中，應(yīng)用廣泛的聚氨酯即屬于氫甲?；a(chǎn)品中一種。合成氣作為一種起始原料在聚氨酯的工業(yè)化生產(chǎn)過程中發(fā)揮著重要的作用。

【關(guān)鍵字】合成氣  聚氨酯  變壓吸附  異氰酸酯  多元醇

（一）聚氨酯的價值及現(xiàn)狀

聚氨酯是一種高分子材料,其主要特征是分子鏈中含有多個重復(fù)的“氨基甲酸酯”基團。聚氨酯既有橡膠的彈性,又有塑料的強度和優(yōu)異的加工性能,因其同時具有橡膠和塑料的雙重優(yōu)點,可以認(rèn)為是橡膠和塑料優(yōu)異性能的結(jié)合體。由于其有其它材料無法比擬的優(yōu)異特點,從上世紀(jì)60年代后期開始,聚氨酯逐漸實現(xiàn)了規(guī)?；a(chǎn),從上世紀(jì)80年代開始,聚氨酯開始在全世界高速發(fā)展,已經(jīng)成為繼聚乙烯、聚氯乙稀、聚丙烯、聚苯乙烯之后的第五大塑料,目前其年產(chǎn)量已經(jīng)超過1000萬噸,列全球塑料行業(yè)的第六位。

目前，世界平均聚氨酯人均消耗量為1.68公斤,其中，北美消耗量最大，高達9.33公斤,歐洲次之，約為4.69公斤,日本第三，約為4.10公斤。我國的人均消耗量僅有1.39公斤,低于世界平均水平,僅為北美的14.9%,歐洲和日本的30%和34%。雖然聚氨酯具有重要的工業(yè)應(yīng)用價值，可與國外發(fā)達國家對比,目前我國的聚氨酯人均消費量還很低,仍有很大的發(fā)展?jié)摿ΑＫ耘c“世界工廠”的地位與國際水平相比,我國的聚氨酯消費市場還有很大的提升空間。

（二）合成氣在聚氨酯生產(chǎn)中的應(yīng)用

聚氨酯品種眾多,性能變化無窮,是一種多用途產(chǎn)品。聚氨酯是以異氰酸酯和多元醇為原料，經(jīng)縮聚反應(yīng)制備而成的，其中異氰酸酯有20多種: 如二苯基甲烷二異氰酸酯（MDI）、甲苯二異氰酸酯（TDI）、六亞甲基二異氰酸酯（HDI）、異佛爾酮二異氰酸酯（IPDI）;還有1，5-萘二異氰酸酯（NDI）、間苯二甲基異氰酸酯（XDI）等等,其中最主要的是MDI 和TDI,這兩種的用量占總用量的95%以上;多元醇也有20多種:聚醚多元醇（PPG）、聚四亞甲基醚二醇（PTMEG）、聚乙二醇（PEG）、聚酯多元醇、聚合物多元醇、聚己內(nèi)酯多元醇等。通過不同的原料配比,分子設(shè)計,可以生產(chǎn)不同性能、不同狀況的聚氨酯制品。在異氰酸酯和多元醇的生產(chǎn)過程中，均需使用合成氣，具體反應(yīng)過程如下：

（1）合成多元醇    

如前所述，作為合成聚氨酯原料之一的多元醇有20種之多，但廣泛應(yīng)用的是辛二醇，辛二醇的全合成主要包括如下步驟：第一步，以丙烯和合成氣為原料反應(yīng)生成正丁醛；第二步，正丁醛進行分子縮合生成5-羥基辛醛；第三步，5-羥基辛醛經(jīng)加氫還原，生成1，5-辛二醇。其簡要合成原理如下：

（2）光氣法制備異氰酸酯

自從工業(yè)上廣泛使用的伯胺光氣化技術(shù)以來，光氣法便成為工業(yè)上生產(chǎn)異氰酸酯的主要方法。迄今為止,世界上絕大多數(shù)的異氰酸酯產(chǎn)品仍采用光氣法生產(chǎn)。液相光氣法第一個實現(xiàn)了人類合成異氰酸酯的工業(yè)夢，數(shù)十年來，隨著對生產(chǎn)工藝和技術(shù)的不斷開發(fā)與優(yōu)化,逐漸形成了液相成鹽光氣法和液相直接光氣法兩種液相光氣生產(chǎn)工藝。首先，一氧化碳與氯氣進行光化反應(yīng)，生成光氣；然后，光氣再與多胺進一步反應(yīng)生成異氰酸酯，其簡要合成原理如下：

（3）合成聚氨酯

以步驟（1）中的1，5-辛二醇和步驟（2）中的異氰酸酯為原料，反應(yīng)生成聚氨酯。

從上述反應(yīng)機理可以看出，在多元醇合成過程中，需要同時使用氫氣和一氧化碳，在異氰酸酯合成過程中，需要以一氧化碳為原料合成光氣，目前，合成氣的提純主要有兩種方法：變壓吸附提純法（PSA）及深冷提純法。

其中，深冷提純法工作原理是經(jīng)過壓縮、凈化、用熱交換的方法使原料氣液化成為液態(tài)，利用原料氣中各組分沸點不同的原理，通過精餾，達到分離出每種組分的目的，同時收集所需產(chǎn)品氣，如氫氣、一氧化碳等。PSA的工作原理為（以分離提純CO為例）：變壓吸附分離CO氣體技術(shù)是將原料氣通入到PSA-CO吸附塔，塔內(nèi)吸附劑吸附CO，尾氣從吸附塔頂部排出。經(jīng)過一定循環(huán)步驟后，吸附塔內(nèi)合格的CO通過逆向放壓和抽真空方式排出吸附塔。一部分CO作為產(chǎn)品氣送往后工序，一部分CO經(jīng)置換氣壓縮機后用于置換吸附塔內(nèi)殘存的雜質(zhì)組份。

深冷提純法的主要優(yōu)點是產(chǎn)品氣純度高、裝置占地面積小等。但其劣勢也較明顯，如工藝流程復(fù)雜，設(shè)備較多；啟動時間長，一般在15～40小時，必須連續(xù)運轉(zhuǎn)，不能間斷運行，短暫停機，恢復(fù)工況時間長；設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工精度高，維修保養(yǎng)技術(shù)難度大，維護保養(yǎng)費用高等。

與深冷提純法相比，PSA法則具有更多的優(yōu)點：低能耗，工藝適應(yīng)的壓力范圍較廣；產(chǎn)品純度高且可靈活調(diào)節(jié)；工藝流程簡單，可實現(xiàn)多種氣體的分離；自動化程度高，操作方便，開停車簡單迅速；裝置調(diào)節(jié)能力強，操作彈性大；吸附劑使用周期長；裝置可靠性高等。

就變壓吸附提純法，北京北大先鋒科技有限公司PSA分離技術(shù)已十分成熟并廣泛應(yīng)用于合成氣提純領(lǐng)域，公司采用的一氧化碳吸附劑PU-1更好的實現(xiàn)了CO在混合氣中的高效提純。PU-1是一種載銅分子篩吸附劑，該吸附劑對CO有極高的吸附容量和選擇性，其性能指標(biāo)已居國際領(lǐng)先水平。根據(jù)PU-1的吸附特性，公司又開發(fā)成功國際領(lǐng)先水平、高效低能耗的變壓吸附分離CO技術(shù)。CH4作為原料氣中常見的有害雜質(zhì)氣，在CO中的含量要求十分嚴(yán)格，其產(chǎn)生的副反應(yīng)為：

副產(chǎn)物四氯化碳會積累在光氣化反應(yīng)溶劑回收工序中，從而影響光氣質(zhì)量；另一副產(chǎn)物鹽酸則會加重設(shè)備的腐蝕，北大先鋒的PU-1吸附劑及變壓吸附技術(shù)成功的解決了從CH4雜質(zhì)含量高的原料氣中分離高純度CO的難題。

變壓吸附制氫吸附劑中，傳統(tǒng)的分子篩在成型階段會加入15%-20%的粘結(jié)劑，降低了分子篩原粉的含量，影響了實際吸附性能。北大先鋒在變壓吸附提純氫氣中使用的自主研發(fā)的新一代無粘結(jié)劑分子篩，生產(chǎn)時采用先成型后轉(zhuǎn)化的制備工藝，將粘結(jié)劑轉(zhuǎn)化為分子篩，更好的提高了分子篩吸附容量和強度。

（三）總結(jié)

   綜上所述，由于聚氨酯在越來越多的領(lǐng)域中的地位不斷升高，眼下，在一切都快速發(fā)展著的中國，自然擁有著非常好的應(yīng)用前景，而合成氣又是聚氨酯合成中重要的原料之一，因此，合成氣在該領(lǐng)域的需求也將會越來越大。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步和完善，擁有眾多優(yōu)勢的變壓吸附法提純合成氣將被越來越廣泛的應(yīng)用，擁有更廣闊的市場前景。