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1,4-环己烷二甲醇国产化后为何成本高?

1,4-环己烷二甲醇 (CHDM)实现国产化生产后,生产成本高,销售价格每吨接近3万,高成本制约着应用,直接影响了下游产品性价比.

DMT两步加氢合成

CHDM为白色蜡状固体,是一种重要的有机化工原料,分子式为 C8H16O2,分子量为 144.21,有顺式、反式两种结构顺式异构体熔点为 43℃,反式异构体 70℃, 1,4--环己烷二甲醇 (CHDM) 是涂料,油墨,胶黏剂,绝缘材料及一些特殊用途方面的饱和聚酯和不饱和聚酯的中间体,最大的用途在于合成PCT、PETG、PCTG新型聚酯,产品具有良好的透明性、耐冲击性、耐磨性和耐腐蚀性。日本应用CHDM 生产树脂型涂料,高性能膜片,高尖端液晶材料年需求量不断在增长,同时,其他欧洲国家的的需求量也在不断增长。

CHDM主要由对苯二甲酸二甲酯(DMT)经两步加氢反应制得,由DMT先苯环饱和加氢生成1,4-环己烷二甲酸二甲酯(DMCD),再通过酯基氢解经中间产物4-(甲氧羰基)环己烷甲醇(CMCHM)最后生成CHDM。

DMT加氢生产CHDM公式

早在1959年,美国伊士曼公司采用Pd/Al2O3催化剂催化DMT加氢,为避免微量CO使催化剂活性降低,反应需在高压氢条件下进行,氢气压力30MPa以上,该公司于20世纪90年代改进催化剂,添加Ni、Pt、Ru等第二活性组分,反应氢气压力可降至12.5MPa,反应温度180~200℃。钯催化剂反应收率高,但是需要在高压下进行,设备费用和运行成本高,高分散纳米Ru/C催化剂在低压条件下被用于制备DMCD,产品收率达95%,但催化剂仍较昂贵。使用铑、钌或者钌-M双金属催化剂,可以显著降低反应压力,但是收率偏低,近年来改性的Pd或Ru负载型催化剂在一定程度上降低了DMT加氢的操作压力,但目标产物收率也不理想.

一直以来,我国在共聚酯PETG或PCTG的开发和生产方面尚属空白,主要原因是对原料CHDM的生产技术没有掌握,国内不能生产,国外进口产品的价格较高。

业内人士分析,CHDM国产化后,生产成本高,主要大约有三个因素:

生产原料成本高

CHDM为DMT经两步不同的加氢反应生成,目前国内已经建设成的生产装置都是DMT外购或进口,目前的市场价格下, 生产1吨CHDM ,所需的DMT原料成本就占到1.4万元.

两步加氢消耗的氢气量大,由于DMCD和CHDM饱和蒸汽压较低,气相反应需要的氢气循环量巨大,一般需要氢油摩尔比在600以上,巨大的氢气循环量不仅大大增加能耗,而且限制产能,液相加氢生产CHDM,氢油摩尔比从气相的600降低到80-200,虽然大幅减少了氢气的循环量,但是目前, 生产1吨CHDM氢气消耗成本也要在3000元.

催化剂成本高

1,4-环己烷二甲醇具有顺式、反式 2 种异构体结构,反式比例结构较为对称,晶格结构规整,晶格能高,具有较高的熔点,产品的耐热性好,用于生产 PETG 等聚酯产品时,反式比例越高,聚酯耐热性能越高,产品性能好,但是,对催化剂选择性要求高,催化剂为贵金属催化剂,如果催化剂选择性不高,造成了催化剂成本高.

目前,工业 DMT加氢工艺一定程度上降低了加氢操作压力,但目标产物收率较低。因此,为了最大程度上减少催化剂用量、降低催化剂成本,需要开发高活性、高选择性的新型催化剂,以降低 DMT 加氢的操作压力、提高目标产物 DMCD 的收率,这是 DMT 加氢工艺发展方向。

工艺流程设计与优化问题

目前国内CHDM生产装置不是DMT-CHDM全流程的设置和设计,全流程设置以及工艺、设备设计优化还存在不足,或将造成能耗与成本高,像液相加氢,提高转化率和选择性是核心技术,DMCD加氢完成后,当DMCD转化为CHDM后,尽可能的降低物料在反应体系中的停留时间,另一方面是将温度降低至不容易生成高沸物的温度,然而这都与提高DMCD转化率要求相矛盾。这都需要在流程设置、工艺设备设计上有独到之处,生产操作上还要有经验。

DMT-CHDM一体化生产流程图


CHDM国产化优化提升方向:

扩大生产规模,降低生产成本

目前国内的CHDM生产装置生产规模小,生产成本高,市场应用受制约,装置生产负荷低,形成了恶性循环。

DMT-CHDM一体化设计是方向

一体化设计,有利用流程设置的优化,由于对苯二甲酸制备DMT,需要甲醇,而制备CHDM会副产甲醇,通过氢化副产物甲醇循环利用,避免了甲醇提纯,降低了系统能耗,同时,利用部分副产物4-甲基环己基甲醇的循环来抑制4-甲基环己基甲醇副产物的生成,提高CHDM的选择性,而全流程的设计与优化决定了能耗降低、选择性提高。


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