国内环氧乙烷/乙二醇生产技术现状及其发展

摘 要：本文介绍了国内石油路线生产环氧乙烷/乙二醇的技术进展情况，分析了不同催化剂对环氧乙烷/乙二醇生产的影响，概述了环氧乙烷/乙二醇生产路线未来发展方向。

关键词：环氧乙烷;乙二醇;催化剂

一、 引言

环氧乙烷和乙二醇具有非常高的工业价值。环氧乙烷除了能用于生产聚醚类的非离子表面活性剂外，还能水合成乙二醇。而乙二醇通过缩合反应可以生产塑料，还能制作黏合剂和色谱分析剂，也可以作为防冻剂、冷却剂、润滑剂等。本文探讨了环氧乙烷/乙二醇的直接水合法和催化水合法，分析不同催化剂的催化功效，展望了该工艺的未来发展之路。

二、 探讨环氧乙烷/乙二醇生产技术及发展

我国环氧乙烷/乙二醇的生产方法主要是采用水合法。通过石油中得到乙烯，然后氧化的环氧乙烷，再水合得乙二醇。该工艺和生产装置最初是从国外公司引进，后期经过工艺优化，形成了具有我国特色的生产工艺。生产环氧乙烷/乙二醇比较具有国际地位的三家公司分别是美国SD公司、Shell公司和Dow公司。美国Shell公司建成第一套乙烯经氧气氧化生成环氧乙烷的装置。我国在借鉴上述公司的工艺上，优化和改进了相应的技术方案，主要是优化催化剂和改进生产装置节约能耗。环氧乙烷制备乙二醇的方法分为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国科学家提出，后美国公司建立了第一套生产装置，使此技术得到工业发展。该技术成熟，因此应用相对比较广泛。我国最早引进该生产技术和工业装置的企业是燕山石油化工公司，实现年产万吨乙二醇。直接水合工艺法是将水和环氧乙烷按一定比例配成溶液，然后进入反应器，在一定的温度和压力下反应一段时间，得乙二醇的混合醇溶液，再经过蒸发和精馏系统可得到乙二醇产品和其副产物。该生产技术工艺成熟，产品收率高，但是为了提高环氧乙烷的转化率，需设置多个蒸发器，故而反应流程长，装置能耗高，废气废水量大，生产成本高。因此国内目前对于这块工艺技术都在进行优化，比如进行装置节能生产优化，装置清洁生产工艺等。

（二）环氧乙烷催化水合法制乙二醇

环氧乙烷和水在催化剂的作用发生水合得乙二醇，该法产物的选择性比较高，同时还能降低水和环氧乙烷的比例，节约装置能耗。因此国内在催化剂方面做了大量研究，期望得到高效催化剂提高乙二醇的收率和选择性，节约装置能耗，降低成本，减少环境污染。催化剂分为均相催化剂和非均相催化剂两类。

1. 均相催化剂

均相催化剂有金属盐类、有机胺化合物、双功能类EDTA等。金属盐阴离子化合物催化剂具有催化活性，可以催化水合反应，通过研究，发现使用催化剂可以提高乙二醇的选择性。在此基础上，研究了不同复合比例的羧酸盐和羧酸的复合型催化剂，结果表明选择合适比例的复合型催化剂能使乙二醇的选择性高达90%以上。国外研究者研究了过度金属含氧酸盐作为催化剂对反应的应用，通过实验表明，此类型的催化剂能节约物料损耗，降低反应物比例，使得反应物转化率增大，产物收率提高，缺点是分离难。国内研究者开发了双金属盐催化剂，比如NY型双金属盐催化剂，产物选择性和反应物收率都得到提高，而且能循环使用、稳定活性高等优点。总的来说均相催化剂在催化反应中，具有成本低、效果好且操作简单等特点，但是在后期产物处理过程中，无机盐类催化剂容易附着在容器壁上引发危险，故需开发高效的非均相催化剂。

2. 非均相催化剂

非均相催化剂有阳离子交换树脂催化剂、负载型金屬氧化物、杂多酸、无机盐催化剂和有机硅烷季铵盐催化剂等。研究者最初研究了氯磺酸离子交换树脂催化剂，但是反应物转化率不高，因此此类型催化剂没有大规模研发。后研究了催化剂强碱性离子交换树脂，虽转化率提高，但收率不高。再后来研究者发现单一催化剂没有复合型催化剂活性好，因此研究了金属离子和离子交换树脂的结合体对反应的影响，通过实验，环氧乙烷的转化率和乙二醇的选择性都得提高。国内研究者开发了碳酸型强碱性阴离子交换树脂催化剂，通过将多个反应器和多级工艺联合生产的方法，此法大大提高了产物的收率和选择性，与单工艺相比，降低了催化剂的损失率。国外公司开发了钼酸盐类复合催化剂和负载型离子催化剂，降低了反应物的摩尔比，提高了乙二醇的收率。

随着科技发达和工业进步，研究者们还开发了碳酸乙烯酯水解法和酯交换联产碳酸二甲酯等方法，但都未实现工业化生产。目前工业上环氧乙烷/乙二醇比较成熟的工艺是直接水合法制乙二醇，但是该工艺具有能耗高，工艺流程长的特点。而催化水合法制乙二醇流程简单，能耗低，但是技术含量高，此项生产技术只被国外几家公司所掌控。

三、 小结

虽然我国环氧乙烷/乙二醇生产技术比较成熟，但仍不能处于世界领先水平。我们应加大科研力度，通过优化生产装置，节约能耗，采用比较简单绿色的工艺流程，节约物料，减少污染。同时能将比较先进的实验室研究技术转化为工业生产，拓宽我国环氧乙烷/乙二醇的未来发展之路。

参考文献：

[1]何文军，费泰康，王嘉华，等.环氧乙烷直接催化水合制乙二醇技术经济性探讨[J].化工进展，2016，35（7）：2268-2273.

[2]齐静.乙二醇生产工艺及市场分析[D].大庆：东北石油大学，2016.

作者简介：刘永盛，江苏德纳化学股份有限公司。