聚碳酸酯是由雙酚A鈉鹽與光氣進行反應，產(chǎn)物簡聚體進行縮聚反應獲得。本設計聚碳酸酯廠工藝設計，主要進行了工藝計算、設備選型，并繪制了全廠平面布置圖、帶控制點的工藝流程圖、車間的立面圖和平面圖。
一、課題背景聚碳酸酯（簡稱ＰＣ）是分子鏈中含有碳酸酯基的高分子聚合物，根據(jù)酯基的結(jié)構(gòu)可分為脂肪族、芳香族、脂肪族－芳香族等多種類型。其中由于脂肪族和脂肪族－芳香族聚碳酸酯的機械性能較低，從而限制了其在工程塑料方面的應用。目前僅有芳香族聚碳酸酯獲的了工業(yè)化生產(chǎn)。聚碳酸酯是一種性能優(yōu)異的通用工程塑料，自問世以來迅速在發(fā)達國家形成產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，且技術持續(xù)發(fā)展，裝置規(guī)模不斷擴大。由于聚碳酸酯光學透明性好、抗沖擊強度高，并具有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性、耐蠕變性、抗寒性、電絕緣性和阻燃性等特點，使之在透明建筑板材、電子電器、光盤媒介、汽車工業(yè)等領域得到廣泛應用。聚碳酸酯的應用開發(fā)是向高復合、高功能、專用化、系列化方向發(fā)展，目前已推出了光盤、汽車、辦公設備、箱體、包裝、醫(yī)藥、照明、薄膜等多種產(chǎn)品各自專用的品級牌號。我國在聚碳酸酯研發(fā)上雖起步較早，先后有不少企業(yè)進行研發(fā)生產(chǎn)，但由于工藝技術落后、生產(chǎn)裝置規(guī)模較小、產(chǎn)能低、產(chǎn)品質(zhì)量差，目前僅剩一家企業(yè)維持生產(chǎn)，國內(nèi)市場所需的聚碳酸酯不得不大量依賴進口。因此，大力加強聚碳酸酯研發(fā)，加速實現(xiàn)其規(guī)模產(chǎn)業(yè)化，已成為國家的重要戰(zhàn)略需求。我國聚碳酸酯長期依賴國外進口，2000年進口量為23萬噸，到2008年增至101.7萬噸，增長了近4倍，2008年國內(nèi)聚碳酸酯的表觀消費量接近80萬噸，未來幾年將保持10-15%的增長率。中國聚碳酸酯的產(chǎn)能僅為26萬噸，而且絕大部分為合資或獨資企業(yè)，對外依存度非常高。對我國聚碳酸酯生產(chǎn)企業(yè)來講，加快技術進步已刻不容緩。
二、聚碳酸酯產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀由于世界金融市場處于混亂狀態(tài)，2009年亞洲雙酚A(BPA)市場，將繼續(xù)面臨困難時期的挑戰(zhàn)，除非經(jīng)濟走勢上行，來自下游環(huán)氧樹脂和聚碳酸酯(PC)工業(yè)的需求才會稍有提升。一家亞洲貿(mào)易商于表示，要使雙酚A(BPA)市場上揚，至少在今后6個月以后。隨著雙酚A(BPA)現(xiàn)貨的急劇下滑，該工業(yè)處于不景氣狀態(tài)。截至2008年12月，雙酚A(BPA)價格與當年7月相比、下降了近40%。由于全球金融市場惡化和經(jīng)濟衰退帶來的影響，來自聚碳酸酯(PC)和環(huán)氧樹脂工業(yè)需求的疲軟，而導致雙酚A(BPA)市場的不振，將可能會持續(xù)到年底。雖然新的環(huán)氧樹脂和聚碳酸酯(PC)，生產(chǎn)裝置已于2008年投運，但經(jīng)濟的下行趨勢和競爭
3 的加劇，已大大擠壓了一些公司的邊際利潤，迫使一些生產(chǎn)商降低開工率或延長裝置停工期。雙酚A(BPA)發(fā)展在2008年也受到一些負面的影響，來自與雙酚A(BPA)接觸的健康危害的爭論，已促使一些國家如加拿大在食品容器應用中禁用這種化學品。鑒于終端用戶減少購買量，亞洲地區(qū)一些雙酚A(BPA)生產(chǎn)商紛紛降低開工率，以減少這種高成本材料不斷增多的庫存。中國大多數(shù)環(huán)氧樹脂裝置，目前開工率都在50～60%。中國石化集團公司-三井化學公司合資的，10萬噸/年雙酚A(BPA)裝置于2008年12月投產(chǎn)后，又使該地區(qū)新增了供應量，預計雙酚A(BPA)價格一度會下跌至底線。另外貿(mào)易商和終端用戶的調(diào)查指出，如果需求繼續(xù)疲軟，則對雙酚A(BPA)價格的支撐會很小。2009年也會出現(xiàn)一些新的貿(mào)易動向，中國與東南亞國家聯(lián)盟(ASEAN)成員國之間的自由貿(mào)易協(xié)定(FTA)將實施，按照新的法則，雙酚A(BPA)從ASEAN出口將執(zhí)行零關稅。東南亞國家聯(lián)盟(ASEAN)有2家主要的雙酚A(BPA)生產(chǎn)商：拜耳公司在泰國擁有16萬噸/年裝置，三井化學公司在新加坡?lián)碛?3萬噸/年裝置。三、聚碳酸酯市場需求概況 20世紀末，世界聚碳酸酯的產(chǎn)量約114萬噸，聚碳酸酯按功能特性分為一系列品級，如通用級、透明級、醫(yī)藥食品級等。各品級又可進一步細分為更多的具體牌號。一些大的生產(chǎn)廠商可提供幾十個品級、上百個牌號產(chǎn)品。聚碳酸酯的應用開發(fā)是向高復合、高功能、專業(yè)化、系列化方向發(fā)展。 2004 年世界聚碳酸酯表觀消費量278.2 萬t,光學介質(zhì)是聚碳酸酯消費增長較快的領域, 消費比例占24%; 其次是電子/電氣和建材, 各占19%; 汽車約占13%,北美的汽車產(chǎn)業(yè)所消費的聚碳酸酯遠高于西歐、日本及其它地區(qū), 約占全球汽車領域消費量的38 %。歐洲受氣候影響, 對制造絕熱玻璃的薄膜和片材需求較高, 占全球該類產(chǎn)品總消費量的25%。亞洲地區(qū)( 不包括日本) 在電子、電器產(chǎn)品和光學相關產(chǎn)品領域消費的聚碳酸酯在世界所占比例相當高, 電子、電器領域占全球該類產(chǎn)品消費量43%, 光學產(chǎn)品占全球該類產(chǎn)品消費量54%. 可見國外聚碳酸酯應用的******的市場是電子/電氣(寶庫計算機、辦公設備和光盤)，透明薄板和片材以及汽車工業(yè)。在未來的一段時間內(nèi)，聚碳酸酯的需求量將持續(xù)增長，亞太、拉丁美洲將是增長較快的地區(qū)。預計到2007年，世界聚碳酸酯的需求量將達到億噸，其中計算機、光盤等信息產(chǎn)業(yè)方面的增長很快。
四、工藝流程選擇分析與研究目前，聚碳酸酯的生產(chǎn)方法主要有溶液光氣法、酯交換法、界面縮聚光氣法和非光氣法。 (1)溶液光氣法該工藝是將光氣通入含有雙酚A堿性水溶液和二氯甲烷溶劑中進行進行界面縮聚反應，然后將聚合物從溶液中分離出來。與其它的生產(chǎn)方法相比，溶液光氣法由于經(jīng)濟性較差已完全淘汰。 (2)酯交換法酯交換法又稱傳統(tǒng)熔融工藝，其實也是一種間接光氣法工藝。它是以苯酚原料，經(jīng)過光氣法反應生成碳酸二苯酯，然后再鹵化鋰等催化劑和添加存在下和雙酚A進行酯交換反應，生成低聚物，在進一步縮聚得到聚碳酸酯。盡管該工藝生成成本低于其它生產(chǎn)工藝，但由于其生產(chǎn)出來的聚碳酸酯光學性能較差，催化劑易污染，并且由于存在副產(chǎn)品酚而導致產(chǎn)品分子量較低，應用范圍有限，因此限制了該工藝的商業(yè)應用。
5 (3)界面縮聚光氣法界面縮聚光氣法工藝是將雙酚A和燒堿溶液配制成雙酚A鈉鹽，同時加入酚，然后送入光氣反應器內(nèi)。加入二氯甲烷，通光氣進行光氣化反應，反應完成后將反應液送到縮聚反應器內(nèi)，加入三乙胺和燒堿溶液，進行縮聚反應。然后分離含有聚合物的有機相和水相，對有機相進行洗滌、干燥，最后成粒就得聚碳酸酯成品。 (4)非光氣法非光氣法是先以液相氧化碳基法生產(chǎn)碳酸二甲酯(DMC)，再與醋酸苯酯酯交換生成碳酸二苯酯(DPC)，然后在熔融狀態(tài)下與雙酚A進行酯交換，縮聚制得聚碳酸酯。因此無副產(chǎn)物，基本無污染，特別是不使用劇毒光氣，因此深受世界各大公司的重視，紛紛致力開發(fā)。綜上所述，非光氣法工藝是一種全封閉、無副產(chǎn)物、污染少、符合環(huán)境要求的綠色工藝，已經(jīng)由外國公司研究成功，但是由于國內(nèi)仍在研究發(fā)展中，工藝不成熟，本設計不采用，而界面縮聚光氣法工藝成熟，反映在常溫常壓下進行，對設備要求不高，產(chǎn)品質(zhì)量好，尤其是截止2004年底，全世界聚碳酸酯總生產(chǎn)能力接近3.3Mt／a 。其中光氣法生產(chǎn)工藝約占總生產(chǎn)能力的90%。所以本設計采用界面縮聚光氣法。
五、PC生產(chǎn)技術的發(fā)展方向全非光法形成DMC→DPC→PC的生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)鏈，從根本上擺脫了有毒原料光氣，對聚合更有利，產(chǎn)品中不含游離氯，且透明度高，更適合制造高附加值光盤?？梢钥隙?，全非光法PC生產(chǎn)技術符合綠色化工產(chǎn)業(yè)政策，是今后世界PC生產(chǎn)技術的發(fā)展方向，預計在未來聚碳酸酯生產(chǎn)中將逐漸占據(jù)主要地位。目前世界各大聚碳酸酯公司已先后建立起了非光氣酯交換法的工業(yè)裝置。根據(jù)生成碳酸二甲酯所采用的原料的不同，分別有GE 公司以甲醇、一氧化碳和氧氣為原料，經(jīng)氧化、梭基化等反應制成DMC;日本旭化成公司以二氧化碳和環(huán)氧乙烷生產(chǎn)碳酸亞乙酯，碳酸亞乙酯與甲醇反應制成DMC。目前世界各大聚碳酸酯公司已先后建立起了非光氣酯交換法的工業(yè)裝置。根據(jù)生成碳酸二甲酯所采用的原料的不同，分別有GE 公司以甲醇、一氧化碳和氧， 6 氣為原料，經(jīng)氧化、梭基化等反應制成DMC;日本旭化成公司以二氧化碳和環(huán)氧乙烷生產(chǎn)碳酸亞乙酯，碳酸亞乙酯與甲醇反應制成DMC。 2001年GE公司率先在日本投資建成1套2.5萬噸/年的全非光法PC生產(chǎn)裝置并順利投產(chǎn)，隨后又在西班牙興建1套13萬噸/年全非光法PC生產(chǎn)裝置，從此全非光法PC生產(chǎn)技術引起了世界的矚目，世界PC生產(chǎn)廠商開始轉(zhuǎn)向全非光法PC生產(chǎn)技術的開發(fā)。日本旭化成公司開發(fā)的非光氣酯交換法有獨特的創(chuàng)意，使用二氧化碳、環(huán)氧乙烷(EO)和雙酚A(BPA)作為主要原料生產(chǎn)聚碳酸酯(PC)，副產(chǎn)乙二醇(EG)。該工藝既不使用光氣，也不使用二氯甲烷，產(chǎn)生很少的廢物，是一項污染小的新工藝，該工藝已用于臺灣旭化成奇美聚碳酸酯裝置，生產(chǎn)能力已達到6.5萬噸/年。目前全球的全非光法PC生產(chǎn)能力已經(jīng)達到38.5萬噸/年?？傊?，未來幾年，對人類與環(huán)境造成危害的化工生產(chǎn)工藝與原料將逐步受到限制并最終被淘汰。“清潔生產(chǎn)”、“綠色化工產(chǎn)品”是21世紀化工行業(yè)發(fā)展的趨勢。PC全非光氣法綠色清潔生產(chǎn)技術有著廣闊的市場空間，必將成為世界上PC生產(chǎn)技術發(fā)展的方向。
六、發(fā)展我國PC產(chǎn)業(yè)的意義我國每年需進口幾十萬噸PC，需求旺盛，市場潛力巨大，因而發(fā)展我國PC產(chǎn)業(yè)有著廣闊的市場前景。發(fā)展我國聚碳酸酯產(chǎn)業(yè)一方面可以緩解我國聚碳緊張的供需矛盾，另一方面可以打破發(fā)達國家對我國聚碳生產(chǎn)的技術封鎖及產(chǎn)品價格壟斷，對發(fā)展我國民族工業(yè)有著十分重要的意義。因此，無論從市場需求，還是從發(fā)展自有核心技術等方面考慮，建設我國聚碳產(chǎn)業(yè)均是必要的、可行的。我國有豐富的碳酸二甲酯(DMC)資源，全球DMC主要產(chǎn)能集中在中國，如銅陵金泰化工年產(chǎn)1.4萬噸碳酸二甲酯，山東石大勝華及?？颇戤a(chǎn)2萬噸，具備為全非光法提供質(zhì)優(yōu)的原料優(yōu)勢。“九五”期間國家出臺相關政策加強了全非光法聚碳酸酯生產(chǎn)技術的開發(fā)力度，中藍晨光化工研究院和中科院成都有機化學所全非光法小試技術獲得重大突破，中試放大工作正在有條不紊地進行，為我國全非光法PC產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了技術保障。令人欣喜的是，銅陵金泰化工實業(yè)公司目前已成功建設國內(nèi)第一套酯交換法合成碳酸二苯酯中試裝置，進而為我國開發(fā)全非光法合成聚碳酸酯研究奠定基礎。
