采用催化加氫工藝提高乙二醇UV值的研究

宇艷會(huì)

（安陽(yáng)永金化工有限公司，河南安陽(yáng) 455133）

采用催化加氫工藝提高乙二醇UV值的研究

宇艷會(huì)

（安陽(yáng)永金化工有限公司，河南安陽(yáng) 455133）

乙二醇的UV值是衡量乙二醇質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)，基于此，結(jié)合乙二醇的性質(zhì)、傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝、草酸酯加氫合成路徑等，對(duì)催化加氫工藝提高乙二醇UV值進(jìn)行研究。結(jié)果表明，催化加氫溫度控制在90℃，化學(xué)反應(yīng)時(shí)間8h，氫氣壓力0.3MPa，加圧蒸留保持120℃的溫度和0.09MPa的真空度，是最佳的優(yōu)化條件。

催化加氫；乙二醇；UV值

1 乙二醇概述

1.1 乙二醇的性質(zhì)

乙二醇（EG），俗名甘醇。冰點(diǎn)為-13.2℃，沸點(diǎn)為471K，凝固點(diǎn)為262K，閃點(diǎn)為111.1℃。一般情況下，乙二醇表現(xiàn)出來(lái)的狀態(tài)為無(wú)色透明的液體，比較粘稠，帶有甜味，具有吸濕的能力［1］。此外，乙二醇的揮發(fā)性比較低，有較高的閃點(diǎn)，易燃。

1.2 乙二醇的傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝

1.2.1 環(huán)氧乙烷水合法。首先讓高濃度的環(huán)氧乙烷經(jīng)過(guò)環(huán)氧乙烷再吸收塔，然后配置環(huán)氧乙烷和水的混合物，其中環(huán)氧乙烷和水的質(zhì)量比為1∶10。隨后，把該混合物和離開(kāi)水解反應(yīng)器的水和乙二醇的混合物換熱。當(dāng)預(yù)熱溫度達(dá)到預(yù)期的120～160℃時(shí)，讓混合物進(jìn)入到水解反應(yīng)器。然后進(jìn)行水解，水解溫度控制在190～200℃，水解時(shí)間約為30min，水解時(shí)壓力控制在2.23MPa。因?yàn)檎麄€(gè)反應(yīng)為放熱反應(yīng)，所以反應(yīng)過(guò)程中不斷換熱，可以達(dá)到很好的節(jié)能效果。最后，水解過(guò)后的混合物經(jīng)過(guò)減壓和降溫處理后進(jìn)入到多級(jí)的蒸餾系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)精餾系統(tǒng)之后，塔頂?shù)玫降木褪羌儍舻囊叶汲善罚粝碌木褪歉碑a(chǎn)品。這樣的生產(chǎn)路徑現(xiàn)在最大的缺點(diǎn)就是耗能太高，不利于節(jié)能和產(chǎn)生效益。

1.2.2 乙烯直接水合法。乙烯在含催化劑的醋酸溶液中于160℃、2.84MPa條件下水合生成乙二醇、乙二醇二乙酸酯，其中催化劑一般采用的是TeO2和48%HBr。這兩種物質(zhì)的混合物可在70～130℃、0.12MPa下經(jīng)酸催化水解成乙二醇。采用該生產(chǎn)方法，乙烯的轉(zhuǎn)化效率為60%，選擇性為97%。該生產(chǎn)路徑具有的優(yōu)點(diǎn)是產(chǎn)品的選擇性高，但是整個(gè)過(guò)程的耗能比較高，而且催化劑具有一定的腐蝕性，對(duì)設(shè)備的要求也比較高，所以已經(jīng)面臨淘汰［2］。

1.2.3 二氯乙烷水解法。乙烯和氯氣通過(guò)一定的化學(xué)反應(yīng)可以制得1，2-二氯乙烷，在100～200℃、8～10MPa壓力下，在介質(zhì)中水解15～60min（反應(yīng)的介質(zhì)必須為堿性），得到純度為85%的乙二醇。該方法也存在著

腐蝕比較嚴(yán)重的問(wèn)題，且生成的氯化鈉副產(chǎn)物的分離存在一定的困難。所以，經(jīng)濟(jì)效益的提高存在一定的問(wèn)題。

1.3 煤制乙二醇的草酸酯加氫合成路徑

1.3.1 草酸二甲酯的生產(chǎn)過(guò)程。①生產(chǎn)草酸二甲酯首先要制備原料氣體。第一步，通過(guò)分離液態(tài)的空氣獲得氧氣，然后在爐內(nèi)部與煤反應(yīng)，經(jīng)過(guò)脫硫處理后獲得一氧化碳?xì)怏w。第二步，首先獲得水煤氣，然后經(jīng)過(guò)脫硫凈化，再經(jīng)過(guò)高溫和低溫的變換，最后制得氫氣。②原料氣還需要經(jīng)過(guò)一定的處理，采用催化氧化的方法去除其中的氧和氫。此時(shí)的混合氣體就是一氧化碳原料氣。③將處理過(guò)的一氧化碳原料氣按照一定比例和亞硝酸酯混合，經(jīng)過(guò)催化反應(yīng)、冷凝，即可得到產(chǎn)物草酸酯［3］。

1.3.2 草酸二甲酯生成乙二醇的過(guò)程。在反應(yīng)發(fā)生之前，要在發(fā)生反應(yīng)的容器內(nèi)裝填粗細(xì)在40～60目的催化劑，目的是讓反應(yīng)發(fā)生的速率比較合適。另外，還需要在反應(yīng)容器的兩端放入一定的石英砂，目的是防止反應(yīng)容器內(nèi)發(fā)生溝流。控制好反應(yīng)的壓力和溫度，亞硝酸酯溶液需要用高壓的計(jì)量泵打入到反應(yīng)容器內(nèi)，氫氣的量由高壓的質(zhì)量流量計(jì)來(lái)控制，兩者在反應(yīng)容器內(nèi)充分混合且發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，最后可以得到高純度的乙二醇［4］。

2 采用催化加氫工藝提高乙二醇UV值的試驗(yàn)研究

2.1 采用催化加氫工藝提高乙二醇的UV值的試驗(yàn)介紹

目前，采用催化加氫工藝提高乙二醇UV值的方法還沒(méi)有應(yīng)用到具體的工業(yè)生產(chǎn)中，該方法僅僅是從理論走到了試驗(yàn)的過(guò)程。其具體的試驗(yàn)情況如下：①選取一定量的乙二醇和催化劑作為試驗(yàn)樣品，選取高催化活性的D27作為催化劑，采用控制單一變量的做法，即只有測(cè)試的物理量發(fā)生變化；②主要設(shè)備是高壓釜，使用之前需要將高壓釜中充滿氮?dú)猓耘懦渲械难鯕猓S后用氫氣將添加的氮?dú)馀懦虎墼谠囼?yàn)的過(guò)程中，高壓釜采用油浴加熱的方法，攪拌采用磁力攪拌；④試驗(yàn)處理階段，包括生成物的過(guò)濾、減壓蒸餾、乙二醇UV值的測(cè)定。

2.2 加入氫氣的溫度對(duì)于產(chǎn)品UV值的影響

氫氣的溫度是試驗(yàn)中一個(gè)非常重要的影響因素。根據(jù)常識(shí)，化學(xué)反應(yīng)發(fā)生是存在一個(gè)能量壁壘的，如果反應(yīng)物質(zhì)的能量過(guò)低，就不能提供充足的能量去打破能量壁壘。但是，一味地提高氫氣的溫度也是不可以的，溫度過(guò)高會(huì)發(fā)生很多的副反應(yīng)，影響乙二醇的純度。另外，這個(gè)反應(yīng)是需要催化劑參加的反應(yīng)，而且催化劑的活性也是需要考慮在內(nèi)的，催化劑的活性對(duì)反應(yīng)速率有著很大的影響。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)測(cè)定和評(píng)估，試驗(yàn)溫度的升高會(huì)使反應(yīng)物質(zhì)的活化能增加，溫度的升高也會(huì)使物質(zhì)的表面粘度降低，利于反應(yīng)的發(fā)生。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，催化劑的催化效率在90℃時(shí)是最高的，所以可以得出如下結(jié)論，催化加氫的溫度控制在90℃是最好的。

2.3 加入氫氣的時(shí)間對(duì)于產(chǎn)品UV值的影響

化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生是需要時(shí)間的，一般在一定的時(shí)間范圍內(nèi)，反應(yīng)的時(shí)間越長(zhǎng)，反應(yīng)進(jìn)行的越徹底。但是，對(duì)于這種有催化劑參與的化學(xué)反應(yīng)，化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，可能會(huì)使催化劑中毒，失去原有的催化效率，催化劑催化效率的降低將對(duì)化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行帶來(lái)非常大的影響。而且，反應(yīng)時(shí)間的無(wú)限延長(zhǎng)還可能使化學(xué)反應(yīng)生成很多副產(chǎn)物，造成最終的產(chǎn)品雜質(zhì)過(guò)多。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)測(cè)定，該化學(xué)反應(yīng)時(shí)間在8h左右最佳。

2.4 加入氫氣的壓力對(duì)于產(chǎn)品UV值的影響

氫氣的壓力對(duì)于產(chǎn)品UV值的影響不是很大。在保障其他條件一定的前提下，改變不同的氫氣壓力，對(duì)化學(xué)反應(yīng)的影響不是很大。通過(guò)理論分析，因?yàn)槭谴呋磻?yīng)，所以反應(yīng)基本上是在催化劑的表面進(jìn)行的，而且乙二醇中溶解的雜質(zhì)基本上可以忽略不計(jì)。所以，氫氣的壓力只要能滿足正常的反應(yīng)發(fā)生條件就可以，而且反應(yīng)的壓力要盡可能低，這樣才能創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益。經(jīng)過(guò)反復(fù)的試驗(yàn)研究，氫氣壓力在0.3MPa時(shí)比較合適。

2.5 減壓蒸餾過(guò)程對(duì)于產(chǎn)品UV值的影響

通過(guò)以上試驗(yàn)，加氫的過(guò)程已經(jīng)可以讓產(chǎn)品的UV值得到很大的提高。但是，還有一部分雜質(zhì)沒(méi)有被去除。剩余去雜質(zhì)的過(guò)程將在減壓蒸餾過(guò)程中完成。在減壓蒸餾的過(guò)程中，最需要注意的就是保障裝置的氣密性。首先用充氮的辦法排除其中的空氣，避免空氣中的氧氣氧化里面的還原性物質(zhì)。此外，減壓蒸餾的過(guò)程不能在過(guò)高的溫度下進(jìn)行，持續(xù)的低溫環(huán)境是最佳的反應(yīng)條件。試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，120℃的溫度和0.09MPa的真空度是最佳的反應(yīng)條件。

3 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)以上的除雜步驟，產(chǎn)品的UV值可以得到很大的提高。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)測(cè)定，已經(jīng)可以很好地滿足國(guó)標(biāo)中的規(guī)定。隨著石油的減少，煤制乙二醇是一個(gè)很有前途的發(fā)展方向，對(duì)于煤制乙二醇的研究還有很多的工作需要做。

［1］陳衛(wèi)航，李清亞，蔣元力，等.乙二醇-1，4-丁二醇二元物系6.67kPa下汽液平衡研究［J］.高校化學(xué)工程學(xué)報(bào)，2015（1）：238-241.

［2］趙淑戰(zhàn).從副產(chǎn)物和廢水中回收和純化乙二醇［J］.化工環(huán)保，2014（4）：335.

［3］馬永剛.電石爐氣法合成乙二醇的發(fā)展前景［J］.石河子科技，2014（3）：37-39.

［4］張駿馳.天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化改造制乙二醇合成氣方案的研究［J］.煉油技術(shù)與工程，2015（3）：22-26.

Study on Improving the UV Value of Ethylene Glycol by Catalytic Hydrogenation Process

Yu Yanhui
（Anyang Yong Jin Chemical Co.Ltd.，Anyang Henan 455133）

Ethylene glycol UV value is an important index to measure the quality of glycol,based on this,in combina?tion with the nature of ethylene glycol,the traditional production process,the synthesis route of oxalic ester hydroge?nation,improving the UV value of ethylene glycol by catalytic hydrogenation process was studied.The results showed that the optimal condition was 90℃of the catalytic hydrogenation,eight hours of reaction time,0.3MPa of hydrogen pressure,with pressure distillation maintain 120℃and 0.09MPa vacuum.

catalytic hydrogenation；ethylene glycol；UV value

TQ223.162

A

1003-5168（2016）10-0133-02

2016-09-20

宇艷會(huì)（1974-），女，大專，助理工程師，研究方向：煤制乙二醇。