國內(nèi)環(huán)氧乙烷/乙二醇生產(chǎn)技術現(xiàn)狀及其發(fā)展

摘?要：本文介紹了國內(nèi)石油路線生產(chǎn)環(huán)氧乙烷/乙二醇的技術進展情況，分析了不同催化劑對環(huán)氧乙烷/乙二醇生產(chǎn)的影響，概述了環(huán)氧乙烷/乙二醇生產(chǎn)路線未來發(fā)展方向。

關鍵詞：環(huán)氧乙烷;乙二醇;催化劑

一、 引言

環(huán)氧乙烷和乙二醇具有非常高的工業(yè)價值。環(huán)氧乙烷除了能用于生產(chǎn)聚醚類的非離子表面活性劑外，還能水合成乙二醇。而乙二醇通過縮合反應可以生產(chǎn)塑料，還能制作黏合劑和色譜分析劑，也可以作為防凍劑、冷卻劑、潤滑劑等。本文探討了環(huán)氧乙烷/乙二醇的直接水合法和催化水合法，分析不同催化劑的催化功效，展望了該工藝的未來發(fā)展之路。

二、 探討環(huán)氧乙烷/乙二醇生產(chǎn)技術及發(fā)展

我國環(huán)氧乙烷/乙二醇的生產(chǎn)方法主要是采用水合法。通過石油中得到乙烯，然后氧化的環(huán)氧乙烷，再水合得乙二醇。該工藝和生產(chǎn)裝置最初是從國外公司引進，后期經(jīng)過工藝優(yōu)化，形成了具有我國特色的生產(chǎn)工藝。生產(chǎn)環(huán)氧乙烷/乙二醇比較具有國際地位的三家公司分別是美國SD公司、Shell公司和Dow公司。美國Shell公司建成第一套乙烯經(jīng)氧氣氧化生成環(huán)氧乙烷的裝置。我國在借鑒上述公司的工藝上，優(yōu)化和改進了相應的技術方案，主要是優(yōu)化催化劑和改進生產(chǎn)裝置節(jié)約能耗。環(huán)氧乙烷制備乙二醇的方法分為直接水合法和催化水合法。

（一）直接水合法

直接水合法最早是由法國科學家提出，后美國公司建立了第一套生產(chǎn)裝置，使此技術得到工業(yè)發(fā)展。該技術成熟，因此應用相對比較廣泛。我國最早引進該生產(chǎn)技術和工業(yè)裝置的企業(yè)是燕山石油化工公司，實現(xiàn)年產(chǎn)萬噸乙二醇。直接水合工藝法是將水和環(huán)氧乙烷按一定比例配成溶液，然后進入反應器，在一定的溫度和壓力下反應一段時間，得乙二醇的混合醇溶液，再經(jīng)過蒸發(fā)和精餾系統(tǒng)可得到乙二醇產(chǎn)品和其副產(chǎn)物。該生產(chǎn)技術工藝成熟，產(chǎn)品收率高，但是為了提高環(huán)氧乙烷的轉(zhuǎn)化率，需設置多個蒸發(fā)器，故而反應流程長，裝置能耗高，廢氣廢水量大，生產(chǎn)成本高。因此國內(nèi)目前對于這塊工藝技術都在進行優(yōu)化，比如進行裝置節(jié)能生產(chǎn)優(yōu)化，裝置清潔生產(chǎn)工藝等。

（二）環(huán)氧乙烷催化水合法制乙二醇

環(huán)氧乙烷和水在催化劑的作用發(fā)生水合得乙二醇，該法產(chǎn)物的選擇性比較高，同時還能降低水和環(huán)氧乙烷的比例，節(jié)約裝置能耗。因此國內(nèi)在催化劑方面做了大量研究，期望得到高效催化劑提高乙二醇的收率和選擇性，節(jié)約裝置能耗，降低成本，減少環(huán)境污染。催化劑分為均相催化劑和非均相催化劑兩類。

1. 均相催化劑

均相催化劑有金屬鹽類、有機胺化合物、雙功能類EDTA等。金屬鹽陰離子化合物催化劑具有催化活性，可以催化水合反應，通過研究，發(fā)現(xiàn)使用催化劑可以提高乙二醇的選擇性。在此基礎上，研究了不同復合比例的羧酸鹽和羧酸的復合型催化劑，結(jié)果表明選擇合適比例的復合型催化劑能使乙二醇的選擇性高達90%以上。國外研究者研究了過度金屬含氧酸鹽作為催化劑對反應的應用，通過實驗表明，此類型的催化劑能節(jié)約物料損耗，降低反應物比例，使得反應物轉(zhuǎn)化率增大，產(chǎn)物收率提高，缺點是分離難。國內(nèi)研究者開發(fā)了雙金屬鹽催化劑，比如NY型雙金屬鹽催化劑，產(chǎn)物選擇性和反應物收率都得到提高，而且能循環(huán)使用、穩(wěn)定活性高等優(yōu)點?？偟膩碚f均相催化劑在催化反應中，具有成本低、效果好且操作簡單等特點，但是在后期產(chǎn)物處理過程中，無機鹽類催化劑容易附著在容器壁上引發(fā)危險，故需開發(fā)高效的非均相催化劑。

2. 非均相催化劑

非均相催化劑有陽離子交換樹脂催化劑、負載型金屬氧化物、雜多酸、無機鹽催化劑和有機硅烷季銨鹽催化劑等。研究者最初研究了氯磺酸離子交換樹脂催化劑，但是反應物轉(zhuǎn)化率不高，因此此類型催化劑沒有大規(guī)模研發(fā)。后研究了催化劑強堿性離子交換樹脂，雖轉(zhuǎn)化率提高，但收率不高。再后來研究者發(fā)現(xiàn)單一催化劑沒有復合型催化劑活性好，因此研究了金屬離子和離子交換樹脂的結(jié)合體對反應的影響，通過實驗，環(huán)氧乙烷的轉(zhuǎn)化率和乙二醇的選擇性都得提高。國內(nèi)研究者開發(fā)了碳酸型強堿性陰離子交換樹脂催化劑，通過將多個反應器和多級工藝聯(lián)合生產(chǎn)的方法，此法大大提高了產(chǎn)物的收率和選擇性，與單工藝相比，降低了催化劑的損失率。國外公司開發(fā)了鉬酸鹽類復合催化劑和負載型離子催化劑，降低了反應物的摩爾比，提高了乙二醇的收率。

隨著科技發(fā)達和工業(yè)進步，研究者們還開發(fā)了碳酸乙烯酯水解法和酯交換聯(lián)產(chǎn)碳酸二甲酯等方法，但都未實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。目前工業(yè)上環(huán)氧乙烷/乙二醇比較成熟的工藝是直接水合法制乙二醇，但是該工藝具有能耗高，工藝流程長的特點。而催化水合法制乙二醇流程簡單，能耗低，但是技術含量高，此項生產(chǎn)技術只被國外幾家公司所掌控。

三、 小結(jié)

雖然我國環(huán)氧乙烷/乙二醇生產(chǎn)技術比較成熟，但仍不能處于世界領先水平。我們應加大科研力度，通過優(yōu)化生產(chǎn)裝置，節(jié)約能耗，采用比較簡單綠色的工藝流程，節(jié)約物料，減少污染。同時能將比較先進的實驗室研究技術轉(zhuǎn)化為工業(yè)生產(chǎn)，拓寬我國環(huán)氧乙烷/乙二醇的未來發(fā)展之路。

參考文獻：

[1]何文軍，費泰康，王嘉華，等.環(huán)氧乙烷直接催化水合制乙二醇技術經(jīng)濟性探討[J].化工進展，2016，35（7）：2268-2273.

[2]齊靜.乙二醇生產(chǎn)工藝及市場分析[D].大慶：東北石油大學，2016.

作者簡介：劉永盛，江蘇德納化學股份有限公司。