乙二醇生产技术

煤制气合成聚合级乙二醇新技术

1 技术背景

乙二醇是一种重要的基础化工原料，在大量应用的醇类物质中是继甲醇之后的第二大类醇，主要用于生产涤纶纤维、涂料和包装材料用聚酯树脂,占到乙二醇消费量的80%以上，其余用于生产防冻剂、润滑剂、炸药等。

目前，世界上乙二醇的总需求量约2000万吨，其中中国占到了30～40%，下表为我国近些年乙二醇的供需情况。

表1 我国近些年乙二醇的供需情况

年份

产量 万吨/年 进口量 万吨/年 需求量 万吨/年 自给率 % 2000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

2008 90 80 90 96 94 110 156 174 214 105 160 214 251 339 400 406 480 522 195 240 304 347 433 510 562 654 736 46 33 30 28 22 21 28 27 29

由表1可见，2000～2008年，我国乙二醇的需求量和进口量呈逐年增加趋势，近三年乙二醇的进口依存度高达70%。

当前工业上生产乙二醇主要采用石油路线，由乙烯经气相氧化得环氧乙烷，再经液相催化水合制乙二醇。但我国石油资源不足，存在“富煤、少气、贫油”的能源格局，因此开辟由煤制气生产乙二醇的新技术具有十分重要的现实意义和长远的战略意义。

2技术路线及国内外进展

目前研究的煤制气合成乙二醇技术路线主要有三种（如下图所示）。

图1 煤造气合成乙二醇的三种主要技术路线

其中，直接合成法具有理论上最佳的经济价值，其反应方程式如下：

2CO + 3H 2

HOCH 2CH 2OH

但此反应在标准状态下属于Gibbs 自由能增加的反应，△G 500k = 6.60×104J/ mol ，热力学上受限制，在温和条件下很难进行，需要催化剂和高温高压条件。上世纪70年代，美国UCC 公司采用铑催化剂，反应压力高达300MPa ；80年代反应压力降至50MPa ，温度降至230℃，但是选择性和转化率仍很低。时至今日，直接法所取得的进展还不足以实现工业化，进一步缓和反应条件并提高催化剂的选择性和活性仍是主要的难点。

间接合成法效益则由于路线各异，取得的进展各不相同，其中甲醇甲醛路线研究的比较多，主要有甲醇脱氢二聚法、二甲醚氧化偶联法、羟基乙酸法、甲醛缩合法、甲醛氢甲酰化法等，但是这些方法研究的还不够深入，离工业化尚有很长距离。

草酸酯法的研究最为深入，分两步进行，CO 与亚硝酸酯气相催化合成草酸酯，再由草酸酯加氢得乙二醇。该方法先利用醇类与NO 反应生成亚硝酸酯，在贵金属催化剂上与CO 羰基合成得到草酸二酯，草酸二酯再经催化加氢制得乙二醇。主要的反应如下：

草酸酯合成 2CO + 2RONO (COOR)2 + 2NO

反应尾气的再生 2NO + 1/2O 2 + 2ROH 2RONO + H 2O 草酸酯加氢制乙二醇 (COOR)2 + 4H 2 (CH 2OH)2 + 2ROH 总反应式为： 2CO + 4H 2 + 1/2O 2 (CH 2OH)2 + H 2O

煤制气经草酸酯合成乙二醇新技术中涉及三项关键催化剂，分别为：

（1）高浓度CO 气源中选择性脱氢催化剂

（2）草酸酯合成催化剂

（3）草酸酯加氢制乙二醇催化剂

其中，选择性脱氢催化剂主要用于脱除草酸二甲酯合成原料气CO 中少量的H 2，采用变压吸附制得的高浓度CO 气中还存在少量H 2，而H 2对草酸二甲酯合成催化剂会产生毒化作用，导致催化剂活性衰退，影响合成反应的进行，故要求铜基催化剂 贵金属催化剂

将CO原料气中H

脱除至100×10-6（vol）以下，通常采用催化燃烧加O2脱氢的方式，但又2

要求避免CO与O2的副反应发生，脱氢选择性要求较高。

草酸酯工艺路线最早由美国联合石油公司于1966年提出，此后研究的重点一直围绕着上述三种催化剂展开。1978年，日本宇部兴产公司在草酸酯合成催化剂PdCl2-CuCl2上进行了改进，选用了Pd∕C催化剂，并引入了亚硝酸酯，解决了原方法的腐蚀问题，提高了草酸酯的收率。该公司建成了一套6000t∕a草酸二丁酯工业装置，初步实现了工业化。1986年美国ARCO公司首先申请了草酸酯加氢制乙二醇工艺专利，并开发了Cu-Cr系加氢催化剂，乙二醇收率为95%，同年宇部兴产与UCC联合开发了Cu-Si系催化剂，乙二醇收率为97.2%。

国内从上世纪70年代末期就开始了CO催化合成草酸酯及其衍生物产品草酸、乙二醇的研究。

天津大学许慧根等开发了草酸二乙酯合成催化剂和草酸二乙酯加氢催化剂，加氢催化剂乙二醇选择性为80%左右，据报导已进行了一氧化碳气相催化偶联合成草酸酯1000h模试稳定性考察和百吨级工业试验，但加氢制乙二醇部分的工业试验未见报道。

华东理工大学肖文德、李伟等也开发了草酸二甲酯合成催化剂和草酸二甲酯加氢催化剂，草酸二甲酯转化率95%，乙二醇选择性可达90%，并与上海焦化厂合作申请了一种生产草酸二甲酯并联产碳酸二甲酯的工艺专利。

中科院福建物质结构研究所陈庚申等人从1978年开始从事草酸酯工艺的研究，是国内最富成效的研究单位，他们采用与日本宇部兴产公司类似的技术，利用脱氢净化后的一氧化碳，与亚硝酸酯在贵金属催化剂作用下，常压和140℃左右气固相催化反应合成草酸酯，同时草酸酯加氢催化剂采用Cu-Cr系催化剂，文献报道草酸酯转化率99.8%，乙二醇选择性达95.3%。他们与江苏丹化集团、上海金煤化工新技术有限公司合作开展了300吨乙二醇/年中试和万吨级工业试验，在世界上率先实现了全套“煤制乙二醇”技术路线和工业化应用，取得了一项拥有自主知识产权的世界首创技术。

技术的进步永无止尽，“煤制乙二醇”作为一项全新的技术更需要不断完善，特别是三项关键催化剂的主要指标还需进一步改进提高，工艺还需进一步优化，产品还需提高质量，达到聚合级的要求。