来自可再生资源的绿色乙二醇

  　  例如，来自美国杜邦公司生物法1,3-丙二醇的PTT纤维，以及美国嘉吉公司通过葡萄糖转化成乳酸聚合的PLA纤维等等，已成为化纤企业追逐的热点。在新的科技制高点上我国正奋起直追。  



　　国家产业政策为化纤行业技术创新提供了条件  

        由国家发改委编制的《生物产业发展“十一五”规划》指出，“按照走新型工业化道路的要求，大力发展生物基产品，实现对化石原料的部分替代。加快用生物技术改造传统产业的生产工艺，减少工业生产能耗与污染物排放。”  

        《化纤工业“十一五”发展规划指导意见》也同样把“生物法多元醇技术研发”列入了化纤生物质工程技术发展的重点，争取以生物法丙二醇（PDO）、乙二醇（EG）、丁二醇（BG）等为重点，实现产业化突破。

  

        围绕生物基多元醇构建中国化纤产业链  

        如果仅仅以生物基多元醇作为石油基乙二醇的一种替代补充产品，或者是一个差别化产品来看待，将会大大局限现有化纤产业升级与发展的思路。  

        基于对生物化工科技的认识，这些生物基多元醇仅是生物化工技术发展的一个起点，透过对碳水化合物分子结构的理解，未来将可以由此开发出相关的多元酸和多元醇，并从原料开发与加工、设备设计与制造、产品设计与加工工艺、成品包装与应用等多个环节实现产业升级，最终将会形成类似基于石化原料的闭合的生化纤维产业链。  



        乙二醇各种加工技术  

        随着石油价格的不断上涨，促使人们开始大量探索新的原料、新工艺和新方法，积极开发乙二醇产品，以满足石化和化纤行业不断增长的需要。  



        采用石油生产乙二醇的工艺路线  

        主要有环氧乙烷直接水合法、环氧乙烷催化水合法、乙二醇和碳酸二甲酯联产技术以及碳酸乙烯酯水解合成乙二醇等技术等，成熟的石化工艺路线如下：  

        乙二醇非石油工艺路线  

        合成气直接合成法  利用天然气中的CO和H2在钌和铑催化剂作用下，通过高温高压直接合成乙二醇。  

        草酸酯加氢合成法  2005年开始，中科院与丹阳市丹化金煤化工有限公司合作，建成300t/a乙二醇中试装置和10000t/a乙二醇工业化试验装置各一套。2007年，在内蒙古通辽建设一条20万t/a乙二醇工业示范装置。其核心技术是把经过适当处理的褐煤送入反应器，在一定温度和压力下通过气化剂（空气或氧气+蒸汽），使煤不完全燃烧，这样就能以一定的流动方式将煤转化成CO和H2混合的合成气，然后由CO进行气相反应生成草酸酯，再由草酸酯加氢生成乙二醇。  



        来自可再生资源的乙二醇技术  

        2005年，大成集团首先通过发酵法生产葡萄糖，随后转化成糖醇，再加氢催化裂解的方法建成了年产2万吨的中试生产线，2007年在此基础上创新发展了年产20万吨的工业化示范装置。自然界中的碳水化合物，无论是淀粉基的多糖类作物，例如，玉米、小麦、土豆、地瓜、甜菜等高产作物；还是单糖或多糖类农作物，例如，甜高粱、菊芋和木薯等均可以作为生物基乙二醇原料。基本原理如下：  

        与石油基乙二醇工艺路线不同，该技术路线不需要消耗大量氧气，没有废气、废水排放，所需原料属于可再生，来源丰富，因而属于环境友好技术。今天，由大成集团自己命名的“树脂醇”（其中，生物基丙二醇、乙二醇和丁二醇含量分别为60%、30%和10%）已经广泛应用于国内的不饱和树脂行业，对于减少我国对进口多元醇的依赖发挥了重要的作用。  



        采用“煤、电、化工一体化”建设的生物基乙二醇装置  

        大成集团的整个生产装置主要由四个部分组成：原料准备车间、制氢车间、加氢催化车间、分离提纯车间。生产车间所需能源由热电厂提供，产生的水蒸气用作制氢和反应物蒸馏分离提纯热媒、产生的氢气用于加氢催化和裂解，实现“煤、电、化工一体化”建设。  

        由于各种资源的循环利用，大大降低了生产加工成本，使到生物基乙二醇具有非常强的价格竞争优势，因而成为绿色可再生资源型产品。  



        来自绿色乙二醇的一种新型PDT聚酯  

        生物基乙二醇可直接作为聚酯工业的原料，并可利用现有的聚合设备与精对苯二甲酸进行酯化，再缩聚，制得纺丝性能和染色性能比现有聚酯更为优异的新型共聚酯纤维，这一性质是由于生物基乙二醇中含有质量分数为2％左右的丙二醇、丁二醇和戊二醇等多组分二元醇。因此，我们将这种聚酯称为“聚对苯二甲酸多组分二元醇酯”，英文全称为“Poly  Dihydricalcohols  Terephthalate”，也可简称PDT（已作商标注册）。  

        由大成集团与东华大学联合组成的研发机构经过2年多的探索和研究，已经完成了生物基乙二醇从聚合、纺丝、加弹、织造、染色到制衣的产业化全过程中试实验，实验结果表明：生物基乙二醇因含有微量的1，2-丙二醇并不会妨碍聚合，正是由于对苯二甲酸（PTA）与丙二醇分子聚合时甲基“－CH3”的引入，在长链大分子中增加了一定数量的支链，改变了对苯二甲酸与乙二醇聚合时对称的紧密结构，增加了非晶态结构，共聚物熔点下降，从而使PDT呈现了与PET所不具备的一些特性。切片的熔点、纺丝温度以及染色温度较石油基聚酯低约15~20℃，这对企业的节能降耗具有重要意义；生物基乙二醇中因含有质量分数为2％左右的其他二元醇，使得制得的纤维物理指标和染色性能接近PTT纤维；PDT聚酯十分适合生产超细纤维、深染纤维以及应用于制膜或者瓶片聚酯。  



  　  追求构建于生物质的聚酯产业链  

        随着生物化工技术的深入发展，人们利用生物质开发各种石油替代资源越来越成为可能，由美国嘉吉公司开发的聚乳酸纤维就是一个典型例子，这种纤维具有类似于丙纶的性能，而且可以完全降解。还有一种叫做聚丁二酸丁二醇酯（PBS）的聚合物，其中所采用的原料丁二酸和丁二醇均可以生物质发酵生成，因而正受到人们的重视，除了可以作为塑料增韧剂之外，还具有可降解功能，已被北京奥运会列入优选耗材。  

        因此，淀粉基农作物越来越扮演类似于石油的功能，通过它转化得到水解淀粉或单糖十分类似于石脑油。水解淀粉发酵得到的乙醇已经成为重要的汽车燃料组分，另外还可发酵成多种二元酸；单糖可以裂解得到各种二元醇，由二元酸和二元醇聚合得到的高分子材料将扮演类似聚酯的作用，这个构建于生物质的聚酯产业链是一个未来可以实现的梦想。