1,4-環己烷二甲醇國產化后為何成本高？

1,4-環己烷二甲醇 (CHDM)實現國產化生產后,生產成本高,銷售價格每噸接近3萬,高成本制約著應用,直接影響了下游產 品性價比.

DMT兩步加氫合成

  CHDM為白色蠟狀固體,是一種重要的有機化工原料,分子式為 C8H16O2，分子量為 144.21,有順式、反式兩種結構順式異構體熔點為 43℃，反式異構體 70℃, 1,4--環己烷二甲醇 (CHDM) 是涂料，油墨，膠黏劑，絕緣材料及一些特殊用途方面的飽和聚酯和不飽和聚酯的中間體,最大的用途在于合成PCT、PETG、PCTG新型聚酯，產品具有良好的透明性、耐沖擊性、耐磨性和耐腐蝕性。日本應用CHDM 生產樹脂型涂料，高性能膜片，高尖端液晶材料年需求量不斷在增長，同時，其他歐洲國家的的需求量也在不斷增長。

  CHDM主要由對苯二甲酸二甲酯(DMT)經兩步加氫反應制得,由DMT先苯環飽和加氫生成1,4-環己烷二甲酸二甲酯(DMCD),再通過酯基氫解經中間產物4-(甲氧羰基)環己烷甲醇(CMCHM)最后生成CHDM。

DMT加氫生產CHDM公式

  早在1959年,美國伊士曼公司采用Pd/Al2O3催化劑催化DMT加氫，為避免微量CO使催化劑活性降低，反應需在高壓氫條件下進行，氫氣壓力30MPa以上，該公司于20世紀90年代改進催化劑，添加Ni、Pt、Ru等第二活性組分，反應氫氣壓力可降至12.5MPa，反應溫度180～200℃。鈀催化劑反應收率高，但是需要在高壓下進行，設備費用和運行成本高，高分散納米Ru/C催化劑在低壓條件下被用于制備DMCD,產品收率達95%,但催化劑仍較昂貴。使用銠、釕或者釕-M雙金屬催化劑，可以顯著降低反應壓力，但是收率偏低，近年來改性的Pd或Ru負載型催化劑在一定程度上降低了DMT加氫的操作壓力,但目標產物收率也不理想.

  一直以來,我國在共聚酯PETG或PCTG的開發和生產方面尚屬空白,主要原因是對原料CHDM的生產技術沒有掌握,國內不能生產,國外進口產品的價格較高。

業內人士分析，CHDM國產化后，生產成本高，主要大約有三個因素：

生產原料成本高

  CHDM為DMT經兩步不同的加氫反應生成,目前國內已經建設成的生產裝置都是DMT外購或進口,目前的市場價格下, 生產1噸CHDM ,所需的DMT原料成本就占到1.4萬元.

兩步加氫消耗的氫氣量大,由于DMCD和CHDM飽和蒸汽壓較低，氣相反應需要的氫氣循環量巨大，一般需要氫油摩爾比在600以上,巨大的氫氣循環量不僅大大增加能耗，而且限制產能,液相加氫生產CHDM，氫油摩爾比從氣相的600降低到80-200，雖然大幅減少了氫氣的循環量,但是目前, 生產1噸CHDM氫氣消耗成本也要在3000元.

催化劑成本高

  1,4-環己烷二甲醇具有順式、反式 2 種異構體結構，反式比例結構較為對稱，晶格結構規整，晶格能高，具有較高的熔點，產品的耐熱性好，用于生產 PETG 等聚酯產品時，反式比例越高，聚酯耐熱性能越高,產品性能好,但是,對催化劑選擇性要求高,催化劑為貴金屬催化劑,如果催化劑選擇性不高,造成了催化劑成本高.

  目前，工業 DMT加氫工藝一定程度上降低了加氫操作壓力,但目標產物收率較低。因此，為了最大程度上減少催化劑用量、降低催化劑成本，需要開發高活性、高選擇性的新型催化劑，以降低 DMT 加氫的操作壓力、提高目標產物 DMCD 的收率，這是 DMT 加氫工藝發展方向。

工藝流程設計與優化問題

  目前國內CHDM生產裝置不是DMT-CHDM全流程的設置和設計，全流程設置以及工藝、設備設計優化還存在不足，或將造成能耗與成本高，像液相加氫，提高轉化率和選擇性是核心技術，DMCD加氫完成后，當DMCD轉化為CHDM后，盡可能的降低物料在反應體系中的停留時間,另一方面是將溫度降低至不容易生成高沸物的溫度，然而這都與提高DMCD轉化率要求相矛盾。這都需要在流程設置、工藝設備設計上有獨到之處，生產操作上還要有經驗。

DMT-CHDM一體化生產流程圖

CHDM國產化優化提升方向：

  擴大生產規模，降低生產成本

  目前國內的CHDM生產裝置生產規模小,生產成本高，市場應用受制約，裝置生產負荷低，形成了惡性循環。

DMT-CHDM一體化設計是方向

  一體化設計，有利用流程設置的優化，由于對苯二甲酸制備DMT,需要甲醇,而制備CHDM會副產甲醇，通過氫化副產物甲醇循環利用，避免了甲醇提純，降低了系統能耗，同時，利用部分副產物4-甲基環己基甲醇的循環來抑制4-甲基環己基甲醇副產物的生成，提高CHDM的選擇性，而全流程的設計與優化決定了能耗降低、選擇性提高。