煙臺萬華的“萬能材料”：MDI及其應用

    奧運會場館外墻保溫、青藏鐵路永久凍土路基隔熱、中央電視臺新樓裝修等重點工程使用著煙臺萬華聚氨酯股份有限公司（以下簡稱煙臺萬華）生產的MDI（二苯基甲烷二異氰酸酯系列產品縮寫）。而在8年前，這是不可想像的，2000年前我國MDI幾乎全部依賴進口。      對煙臺萬華自主創新的年產20萬噸大規模MDI技術開發及產業化項目，一位業內專家評價為“成功打破了國外公司對我國MDI技術長達40年的封鎖，帶領中國異氰酸酯行業走出困境，樹立了我國化學工業引進、消化吸收再創新的典范，保證了中國聚氨酯工業的生存和發展”。      市場聚氨酯可廣泛應用于國民經濟各主要領域，潛艇上的聚氨酯防護層、電冰箱里的聚氨酯保溫材料、轎車的聚氨酯內飾件，不一而足。MDI是制備聚氨酯的主要原料，而以優異的隔熱性、彈性、耐磨性、耐油性為優點的聚氨酯是世界第五大塑料。      今后幾年，全球對MDI的需求仍將保持強勁增勢。雖然美國住宅市場增長放緩，但美國商業建筑以及亞太和歐洲地區以MDI為原料的保溫產品市場需求旺盛，將使全球MDI市場繼續保持高速增長。這是世界上最大的MDI制造商之一的亨斯邁聚氨酯業務總裁托尼?漢金斯近日分析MDI市場得出的結論。      托尼漢金斯指出，聚氨酯產品需求上升將帶動MDI需求快速增長。他預計，全球MDI市場預計年增長速度為7%~8%，亞洲預計將以兩位數的速度增長，歐洲將以較高的個位數增長，美國增速略低。到2011年，全球MDI需求量將超過480萬噸，供應仍然緊張。      “全球MDI需求增長是GDP增速的2倍，2006年全球消費400萬噸以上。而中國需求增速是GDP增速的3倍，2006年消費超過60萬噸，列全球第二。2000年前我國MDI幾乎全部依賴進口，萬華是目前中國惟一能生產MDI的國內企業。”煙臺萬華總經理丁建生在2007年度國家科技獎勵獲獎項目宣傳周上如是介紹。      由于MDI技術復雜，長期被BASF、Bayer等四大跨國公司壟斷。上世紀70年代末，為給聚氨酯合成革生產線配套，煙臺萬華從日本引進一套相當于國際60年代技術水平的1萬噸/年MDI生產裝置。由于不掌握核心技術，裝置運行十分艱難，十年都未達產。在裝置工藝落后、消耗高、質量差、明顯缺乏競爭力的情況下，煙臺萬華多次請求國外公司轉讓MDI技術，屢遭拒絕。      上世紀80年代后期，為滿足國內對MDI需求的快速增長，煙臺萬華走上了引進、消化吸收、再創新的自主創新之路。      在對引進裝置消化吸收的基礎上，瞄準國際領先，采取先進的開發模式和組織網絡，開始對MDI技術進行研究開發。1999年，煙臺萬華終于開發出擁有自主知識產權的年產2萬噸MDI制造技術；2000~2003年又成功開發4萬噸/年、8萬噸/年和16萬噸/年MDI制造技術，并實現產業化。煙臺萬華在MDI制造技術方面的突破使中國成為繼德、美、日之后第四個擁有該項技術的國家。      創新MDI制造過程極其復雜，主要包括縮和、光化和分離三個工序。      煙臺萬華年產20萬噸大規模MDI生產技術的開發參照核心層級模型，   以關鍵反應工藝過程開發為核心，以簡潔高效的可靠工業化裝置為過程開發和工程化原則，對整體技術進行綜合過程放大和集成，形成了具有綜合競爭優勢、國際領先的成套化工過程技術，其主要創新點有：      一是采用多級全連續縮合反應技術開發，不僅提高了產品質量，把副反應產物降到最低，反應裝置的操作穩定性大大提高，而且系統主要反應設備不改動的前提下，單位體積反應器產能提高5~7倍，徹底消除了管路堵塞現象。與此同時，該技術快速強放熱反應，體系黏度高，要求能靈活設計分子結構。      而目前，國外公司主要采用間歇或半連續工藝，存在以下缺點：生產效率低，能耗高；操作復雜，質量穩定性差。一位專業人士表示：“BASF和Huntsman聯合在上海建設的MDI裝置采用的是半連續工藝。萬華原來引進技術的日本公司目前仍采用間歇工藝。”      二是高效液膜射流光氣化反應技術開發。光氣化反應是MDI生產過程中最為重要的工序，反應速度極快，副反應多，產物為漿狀固體，易堵塞設備。傳統采用釜式攪拌反應器，需大量溶劑稀釋和過量光氣循環，效率低、能耗高，運轉穩定性、安全性差（1.5萬噸技術采用釜式反應技術）。煙臺萬華通過對各種高效光化反應器進行開發，最終選定高效液膜射流光氣化反應技術，毫秒內實現分子級的高速混合，并與現有系統有機結合。      三是精餾—結晶一體化MDI分離技術開發。MDI是熱敏性物質，須在高真空下（1mmHg柱）分離。      第一代（萬華1.5萬噸技術）MDI間歇精餾工藝有10%殘渣排出，產品質量差、能耗高。第二代連續精餾技術沒有殘渣，但顏色不理想，能耗偏高，生產規模受限。目前BASF、Bayer等跨國公司均采用類似技術（單線規模在8萬噸/年以下）。      煙臺萬華開發出的新三代精餾結晶一體化MDI分離技術，不經單套分離能力達到20萬噸/年（規模世界最大），而且能耗降低了30%，產品雜質減少，顏色淺，滿足了客戶的需要。      四是廢二氧化碳與純氧、焦炭聯合制備一氧化碳技術開發。此技術采用全新的二氧化碳和焦炭聯合造氣技術，單臺造氣爐的造氣能力提高了4倍，一氧化碳含量也明顯提高；新的濕法脫硫工藝將一氧化碳中硫含量大大降低，簡化了后處理工藝，投資成本和運行成本大幅下降。      五是鹽水回收利用技術把MDI裝置產生的廢鹽水和氯堿裝置產生的淡鹽水通過氧化還原綜合處理，達到了精制鹽水的循環使用，實現了兩廢結合，變廢為寶。煙臺萬華也是世界首家實現廢鹽水綜合利用的MDI制造商。      煙臺萬華開發的20萬噸大規模MDI制造技術不僅在萬華寧波工業園成功實現產業化，裝置運轉穩定，產品質量也明顯提高。      “PK”      煙臺萬華20萬噸大規模MDI制造技術從“出生”開始就成了對標對象，而在與跨國公司的多次“PK”中一直領跑。      據BASF和Bayer上海MDI項目可研報告顯示，煙臺萬華現技術能耗比跨國公司低近10%，比原1.5萬噸裝置低近60%。   20萬噸/年當量MDI主體裝置投資，BASF（上海）需要31.4億元，Bay鄄er需要36.2億元，DOW需要32億元，而煙臺萬華是21億元。      同等規模投資，煙臺萬華比跨國公司低了30%~40%。      在產品質量對比方面，煙臺萬華產品以產品色度（APHA）30、NCO含量31.3%，在全球主要MDI制造商產品色度（APHA）、全球主要MDI制造商NCO含量對比中勝出。      在技術成熟度對比上，從21世紀全球新建三套MDI裝置運行情況來看：DOW化學2003年在美國新建的23萬噸/年的MDI裝置運轉長期不穩定，三年才達到設計負荷（三線光化系統）。BASF和Huntsman在上海合資新建的24萬噸/年MDI裝置2006年8月投料，至今仍不能正常運轉（雙線光化系統）。煙臺萬華2005年11月建成的20萬噸/年MDI裝置一次投料成功，快速達產，運轉穩定（全連續單線系統）。      正是通過技術創新，煙臺萬華2007年上半年的國內市場占有率達到36%，而1998年僅占8%。      技術創新使煙臺萬華具備了國際競爭力，海外設立7個分支機構，產品成功進入歐美主流市場，暢銷50多個國家和地區，2007年出口達到2億美元。      萬能材料      煙臺萬華年產20萬噸大規模MDI技術開發及產業化項目打破國外技術封鎖，使我國成為繼德、美后第三個擁有世界級規模MDI制造技術的國家。該成果產業化五年來已實現銷售收入180億元，利稅56億元。年產能由1998年1.5萬噸增長到2007年的34萬噸（煙臺、寧波兩套裝置），該技術讓煙臺萬華成為亞太地區規模最大、最有競爭力的MDI制造商。      與此同時，該項技術拉動下游產業形成1500億元的產值，有力推動了中國聚氨酯及相關行業的發展。      MDI帶動了氨綸、制鞋、人工制革下游產業快速發展。中國鞋產量已超過100億雙/年，中國人工制革占世界50%以上，MDI是制備高檔鞋底和人工制革的主要原料，MDI是生產高彈性氨綸纖維的關鍵原料。      MDI正支持著汽車等產業的快速發展。汽車座椅、扶手、頭枕、方向盤、保險杠等均是MDI制作的聚氨酯材料，每輛汽車平均使用18千克聚氨酯，聚氨酯還廣泛應用在其他交通工具上面。      MDI對國防建設具有重要意義，可應用于火箭保溫、密封圈，裝甲車、潛艇的防護層等。      MDI制備農作物秸稈板前景廣闊。MDI做黏合劑制農作物秸稈板環保效應突出，一是減少森林砍伐；二是家具制品無甲醛釋放；三是每噸秸桿農民增收200元以上。煙臺萬華已開發成功世界第一條商品化的農作物秸稈板生產線，正向全國推廣。      在應用上，還有一個大市場，那就是建筑節能領域。MDI制備的聚氨酯泡沫是目前最好的建筑隔熱保溫材料。而建筑、建材是中國第一大耗能領域（占總耗能的47.5%）。中國每年新增建筑面積20億平方米，存量建筑420億平方米。 但目前中國新增建筑中只有5%建筑采取保溫隔熱措施，其中使用聚氨酯的不到10%。      專家點評：      MDI裝置是聚氨酯生產中最關鍵、最重要、用量最大的原料，對聚氨酯工業的發展有著舉足輕重的作用。   &nb