乙二醇生產工藝流程研究進展

炎俊梁，王 筠

（周口師范學院化學化工學院，河南 周口 466000）

乙二醇俗稱甘醇，英文名稱ethylene glycol，簡稱EG；分子式C2H6O2，其結構簡式HO-CH2-CH2-OH，是生產聚酯滌綸，聚酯樹脂、合成纖維、增塑劑、表面活性劑等有機產品的主要原料[1]。乙二醇是最簡單的二元醇，具有醇的通性，可與無機酸或有機酸發生酯化反應，與多元酸發生聚合反應生成聚酯。乙二醇也可發生脫水反應，其分子內脫水生成醛，分子間脫水生成醚，和強氧化劑如KMnO4（高錳酸鉀）、O3（臭氧）、K2CrO7（重鉻酸鉀）等還可以發生氧化反應。乙二醇分子內有兩個羥基可與羰基發生縮醛反應生成縮醛，水解后又生成羰基和乙二醇，這個性質常在有機合成中使用，是很好的保護羰基的試劑。由于乙二醇的熔點非常低，在零下四十攝氏度下才開始凝固，因此還可作為抗凍劑用于發動機等機器部件。

正是基于乙二醇在工業上廣泛的用途，吸引了人們的注意力，一直以來不斷有文獻報道生產該化合物的新方法和新路線[2-4]。本文綜述了目前成熟的合成乙二醇的工業生產工藝流程，同時對比了各種工藝流程之間的優缺點，并對未來綠色工藝進行了展望。

1 石化路線

以石油化工產品乙烯（CH2=CH2）為原料，在貴金屬Ag的催化作用下，CH2=CH2先氧化制成環氧乙烷 （化學式：C2H4O，簡稱EO），然后通過EO再直接與水反應合成乙二醇，這是石化路線中較為成熟的生產工藝[5]。其主要反應為：

第三步環氧乙烷與水反應時，反應在200℃、2.0 MPa的環境下進行，同時伴隨有副反應，生成如二甘醇、三甘醇等大量副產物。為了使乙二醇的產率增加，在與水合反應時必須在很高的水和環氧乙烷比例下進行反應，生產的產品總收率約為9%左右，這就造成生成物中乙二醇濃度降低，分離精制工藝流程復雜，能耗增大。

2 煤化工路線

隨著科技的不斷進步，再加上世界石油危機的影響，人們普遍認識到了石油是不可再生的，開始逐漸探索研究其它生產乙二醇的方法。我國擁有十分豐富煤炭資源，因此，從原料選擇的經濟合理性以及我國的能源結構組成出發，采用以煤為原料的煤化工路線制備乙二醇還是較適合我國國情。以煤為原料制取乙二醇，目前主要是以煤先制取合成氣（主要是CO和H2），然后再制取乙二醇。現階段，該合成乙二醇的工藝路線一般分為直接合成法和間接合成法[6]。

2.1 直接合成法

其化學反應方程式如下：

直接合成法是一種最簡單、有效的方法，但是，直接法的反應條件較苛刻，需要高溫高壓催化劑，而且催化劑銠非常昂貴，同時產生大量的副產物甲酸酯，反應的轉化率和選擇性都比較低，因此并未得到廣泛的推廣應用。

2.2 間接合成法

間接合成法是先用煤氣化制取合成氣，然后由合成氣合成中間產物，中間產物進一步反應合成乙二醇[7]。第一步：原料氣的制備，低壓煤氣化制一氧化碳和氫氣。

第二步：草酸二甲酯的合成。

第三步：草酸二甲酯加氫制取乙二醇。間接合成法工藝流程長、步驟繁瑣、所需設備種類復雜，而且副產物較多。由此可知，傳統使用石油基乙烯或者煤合成氣生產乙二醇的工藝過程，都存在一些不足。考慮到合成中會排放大量的溫室氣體，嚴重污染環境；另一方面，生產所用原料石油、煤等化石能源都是不可持續再生的，無法做到可持續性發展。

3 生物質資源路線

生物質資源作為替代石油化工產品的可再生資源，受到人們的普遍關注。在過去的十年中，許多基于生物質的多元醇，如山梨糖醇及甘油，已被證明是可用于生產二醇的原料，尤其是山梨糖醇氫解制備乙二醇的工藝，在美國能源部的篩選生物質衍生的報告中得到高度評價。

生物質路線的核心技術主要是以玉米淀粉為原料生產山梨醇，然后山梨醇通過催化加氫反應生產乙二醇[8-10]。其主要反應為：

該反應原子利用率較高、反應條件也比較溫和，而且反應產物不含有污染氣體，符合綠色化學的要求。催化加氫階段使用較為廉價的Ni-MgO作為催化劑，可以有效降低成本。

該工藝目前主要障礙在于副產物的分離問題[11]。副反應有：

可以看出副產物均為多元醇，而且都與水互溶，給產物提純分離帶來一定困難。

4 結語

綜上所述，近兩年原油價格仍處于低位，我國乙二醇產量的增長主要還是來源于采用乙烯法生產乙二醇的生產裝置。煤基原料乙二醇裝置的開工率和質量受制于生產技術和設備裝置的技術改革和更新。但是必須認識到以生物質資源為原料的生產工藝，不僅具有綠色生產，對環境友好的優點，而且代表了乙二醇生產的未來方向。

[1] 崔小明．我國乙二醇行業的市場分析[J].化學工業，2014，32（11）：32-37.

[2] 楊學萍，董麗，陳璐，等.生物質制乙二醇技術進展與發展前景[J].化工進展，2015，34 （10）：3609-3616.

[3] 龐紀峰，鄭明遠，姜宇，等.乙二醇生產和精制技術研究進展[J].化工進展， 2013， （9）：2006-2014.

[4] 趙鳳閣.乙二醇制備方法的專利技術進展及評述[J].精細與專用化學品，2011，19 （7）：38-41.

[5] 譚捷.我國乙二醇的生產現狀及發展展望[J].精細與專用化學品，2016，24 （4）：10-13.

[6] 張麗君.煤制乙二醇技術經濟性分析研究[J].能源化工，2016，37（2）：1-6.

[7] 王華，李建橋，劉艷杰.生物質化工醇中乙二醇的分離技術進展[J].食品工業，2014，（11）：239-241.

[8] 杜謀濤，袁曉東，郭和軍.我國生物質秸稈資源利用現狀及展望[J].能源與環境， 2008，（2）：76-78.

[9] 張啟云，黃維捷，文峰，等.草酸二甲酯加氫合成乙二醇反應的研究[J].石油化工，2007，36 （4）：340-344.

[10]黃維捷，文峰，康文國，等．草酸二甲酯加氫制乙二醇Cu/SiO2催化劑的制備與改性[J].工業催化，2008，16（6） ：13-17.

[11]Zhao L， Zhou J H， Sui Z J，et al.Hydrogenolysis of sorbitol to glycols over carbon nanofiber supported ruthenium catalyst[J].Chem.Eng.Sci.，2010，65： 30-35.