【摘要】合成氣是以一氧化碳和氫氣為主要組分，用作化工原料的一種原料氣，其在工業上用途廣泛，例如，以合成氣為原料制備的產品主要包括氨、甲醇、費托合成產品、氫甲酰化產品以及其下游產品等，其中，應用廣泛的聚氨酯即屬于氫甲酰化產品中一種。合成氣作為一種起始原料在聚氨酯的工業化生產過程中發揮著重要的作用。

【關鍵字】合成氣  聚氨酯  變壓吸附  異氰酸酯  多元醇

（一）聚氨酯的價值及現狀

    聚氨酯是一種高分子材料,其主要特征是分子鏈中含有多個重復的“氨基甲酸酯”基團。聚氨酯既有橡膠的彈性,又有塑料的強度和優異的加工性能,因其同時具有橡膠和塑料的雙重優點,可以認為是橡膠和塑料優異性能的結合體。由于其有其它材料*的優異特點,從上世紀60年代后期開始,聚氨酯逐漸實現了規模化生產,從上世紀80年代開始,聚氨酯開始在*高速發展,已經成為繼聚乙烯、聚氯乙稀、聚丙烯、聚苯乙烯之后的第五大塑料,目前其年產量已經超過1000萬噸,列塑料行業的第六位。

   目前，世界平均聚氨酯人均消耗量為1.68公斤,其中，北美消耗量zui大，高達9.33公斤,歐洲次之，約為4.69公斤,日本第三，約為4.10公斤。我國的人均消耗量僅有1.39公斤,低于世界平均水平,僅為北美的14.9%,歐洲和日本的30%和34%。雖然聚氨酯具有重要的工業應用價值，可與國外發達國家對比,目前我國的聚氨酯人均消費量還很低,仍有很大的發展潛力。所以與“世界工廠”的地位與水平相比,我國的聚氨酯消費市場還有很大的提升空間。

（二）合成氣在聚氨酯生產中的應用

    聚氨酯品種眾多,性能變化無窮,是一種多用途產品。聚氨酯是以異氰酸酯和多元醇為原料，經縮聚反應制備而成的，其中異氰酸酯有20多種: 如二苯基甲烷二異氰酸酯（MDI）、甲苯二異氰酸酯（TDI）、六亞甲基二異氰酸酯（HDI）、異佛爾酮二異氰酸酯（IPDI）;還有1，5-萘二異氰酸酯（NDI）、間苯二甲基異氰酸酯（XDI）等等,其中zui主要的是MDI 和TDI,這兩種的用量占總用量的95%以上;多元醇也有20多種:聚醚多元醇（PPG）、聚四亞甲基醚二醇（PTMEG）、聚乙二醇（PEG）、聚酯多元醇、聚合物多元醇、聚己內酯多元醇等。通過不同的原料配比,分子設計,可以生產不同性能、不同狀況的聚氨酯制品。在異氰酸酯和多元醇的生產過程中，均需使用合成氣，具體反應過程如下：

（1）合成多元醇   

如前所述，作為合成聚氨酯原料之一的多元醇有20種之多，但廣泛應用的是辛二醇，辛二醇的全合成主要包括如下步驟：*步，以丙烯和合成氣為原料反應生成正丁醛；第二步，正丁醛進行分子縮合生成5-羥基辛醛；第三步，5-羥基辛醛經加氫還原，生成1，5-辛二醇。其簡要合成原理如下：

（2）光氣法制備異氰酸酯

    自從工業上廣泛使用的伯胺光氣化技術以來，光氣法便成為工業上生產異氰酸酯的主要方法。迄今為止,世界上絕大多數的異氰酸酯產品仍采用光氣法生產。液相光氣法*個實現了人類合成異氰酸酯的工業夢，數十年來，隨著對生產工藝和技術的不斷開發與優化,逐漸形成了液相成鹽光氣法和液相直接光氣法兩種液相光氣生產工藝。首先，一氧化碳與Cl氣進行光化反應，生成光氣；然后，光氣再與多胺進一步反應生成異氰酸酯，其簡要合成原理如下：

（3）合成聚氨酯

    以步驟（1）中的1，5-辛二醇和步驟（2）中的異氰酸酯為原料，反應生成聚氨酯。

從上述反應機理可以看出，在多元醇合成過程中，需要同時使用氫氣和一氧化碳，在異氰酸酯合成過程中，需要以一氧化碳為原料合成光氣，目前，合成氣的提純主要有兩種方法：變壓吸附提純法（PSA）及深冷提純法。

    其中，深冷提純法工作原理是經過壓縮、凈化、用熱交換的方法使原料氣液化成為液態，利用原料氣中各組分沸點不同的原理，通過精餾，達到分離出每種組分的目的，同時收集所需產品氣，如氫氣、一氧化碳等。PSA的工作原理為（以分離提純CO為例）：變壓吸附分離CO氣體技術是將原料氣通入到PSA-CO吸附塔，塔內吸附劑吸附CO，尾氣從吸附塔頂部排出。經過一定循環步驟后，吸附塔內合格的CO通過逆向放壓和抽真空方式排出吸附塔。一部分CO作為產品氣送往后工序，一部分CO經置換氣壓縮機后用于置換吸附塔內殘存的雜質組份。

深冷提純法的主要優點是產品氣純度高、裝置占地面積小等。但其劣勢也較明顯，如工藝流程復雜，設備較多；啟動時間長，一般在15～40小時，必須連續運轉，不能間斷運行，短暫停機，恢復工況時間長；設備結構復雜，加工精度高，維修保養技術難度大，維護保養費用高等。

與深冷提純法相比，PSA法則具有更多的優點：如低能耗，工藝適應的壓力范圍較廣；產品純度高且可靈活調節；工藝流程簡單，可實現多種氣體的分離；自動化程度高，操作方便，開停車簡單迅速；裝置調節能力強，操作彈性大；吸附劑使用周期長；裝置可靠性高等。

就變壓吸附提純法，北京北大先鋒科技有限公司PSA分離技術已十分成熟并廣泛應用于合成氣提純領域，公司采用的一氧化碳吸附劑PU-1更好的實現了CO在混合氣中的提純。PU-1是一種載銅分子篩吸附劑，該吸附劑對CO有*的吸附容量和選擇性，其性能指標已居先進水平。根據PU-1的吸附特性，公司又開發成功先進水平、低能耗的變壓吸附分離CO技術。CH₄作為原料氣中常見的有害雜質氣，在CO中的含量要求十分嚴格，其產生的副反應為：

CH₄+4C1₂一CCl₄+4HCl

副產物四氯化碳會積累在光氣化反應溶劑回收工序中，從而影響光氣質量；另一副產物鹽酸則會加重設備的腐蝕，北大先鋒的PU-1吸附劑及變壓吸附技術成功的解決了從CH₄雜質含量高的原料氣中分離高純度CO的難題。

變壓吸附制氫吸附劑中，傳統的分子篩在成型階段會加入15%-20%的粘結劑，降低了分子篩原粉的含量，影響了實際吸附性能。北大先鋒在變壓吸附提純氫氣中使用的自主研發的新一代無粘結劑分子篩，生產時采用先成型后轉化的制備工藝，將粘結劑轉化為分子篩，更好的提高了分子篩吸附容量和強度。

（三）總結

    綜上所述，由于聚氨酯在越來越多的領域中的地位不斷升高，眼下，在一切都快速發展著的中國，自然擁有著非常好的應用前景，而合成氣又是聚氨酯合成中重要的原料之一，因此，合成氣在該領域的需求也將會越來越大。隨著科學技術的不斷進步和完善，擁有眾多優勢的變壓吸附法提純合成氣將被越來越廣泛的應用，擁有更廣闊的市場前景。