國內環氧乙烷/乙二醇生產技術現狀及其發展

摘?要：本文介紹了國內石油路線生產環氧乙烷/乙二醇的技術進展情況，分析了不同催化劑對環氧乙烷/乙二醇生產的影響，概述了環氧乙烷/乙二醇生產路線未來發展方向。

關鍵詞：環氧乙烷;乙二醇;催化劑

一、 引言

環氧乙烷和乙二醇具有非常高的工業價值。環氧乙烷除了能用于生產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展之路。

二、 探討環氧乙烷/乙二醇生產技術及發展

我國環氧乙烷/乙二醇的生產方法主要是采用水合法。通過石油中得到乙烯，然后氧化的環氧乙烷，再水合得乙二醇。該工藝和生產裝置最初是從國外公司引進，后期經過工藝優化，形成了具有我國特色的生產工藝。生產環氧乙烷/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氧氣氧化生成環氧乙烷的裝置。我國在借鑒上述公司的工藝上，優化和改進了相應的技術方案，主要是優化催化劑和改進生產裝置節約能耗。環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裝置，使此技術得到工業發展。該技術成熟，因此應用相對比較廣泛。我國最早引進該生產技術和工業裝置的企業是燕山石油化工公司，實現年產萬噸乙二醇。直接水合工藝法是將水和環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，再經過蒸發和精餾系統可得到乙二醇產品和其副產物。該生產技術工藝成熟，產品收率高，但是為了提高環氧乙烷的轉化率，需設置多個蒸發器，故而反應流程長，裝置能耗高，廢氣廢水量大，生產成本高。因此國內目前對于這塊工藝技術都在進行優化，比如進行裝置節能生產優化，裝置清潔生產工藝等。

（二）環氧乙烷催化水合法制乙二醇

環氧乙烷和水在催化劑的作用發生水合得乙二醇，該法產物的選擇性比較高，同時還能降低水和環氧乙烷的比例，節約裝置能耗。因此國內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，節約裝置能耗，降低成本，減少環境污染。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，發現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約物料損耗，降低反應物比例，使得反應物轉化率增大，產物收率提高，缺點是分離難。國內研究者開發了雙金屬鹽催化劑，比如NY型雙金屬鹽催化劑，產物選擇性和反應物收率都得到提高，而且能循環使用、穩定活性高等優點。總的來說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，但是在后期產物處理過程中，無機鹽類催化劑容易附著在容器壁上引發危險，故需開發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，但是反應物轉化率不高，因此此類型催化劑沒有大規模研發。后研究了催化劑強堿性離子交換樹脂，雖轉化率提高，但收率不高。再后來研究者發現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合體對反應的影響，通過實驗，環氧乙烷的轉化率和乙二醇的選擇性都得提高。國內研究者開發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合生產的方法，此法大大提高了產物的收率和選擇性，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。

隨著科技發達和工業進步，研究者們還開發了碳酸乙烯酯水解法和酯交換聯產碳酸二甲酯等方法，但都未實現工業化生產。目前工業上環氧乙烷/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，此項生產技術只被國外幾家公司所掌控。

三、 小結

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

參考文獻：

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

[2]齊靜.乙二醇生產工藝及市場分析[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。