乙酸乙酯合成的研究進展

韋 毅 黃科林 王桂英 彭小玉

（1.廣西大學化學化工學院，廣西 南寧 530004；2.中國科技開發院廣西分院，廣西 南寧 530022；3.廣西化工研究院，廣西 南寧 530001）

乙酸乙酯又稱醋酸乙酯，純凈的乙酸乙酯是無色透明具有刺激性氣味的液體，是一種用途廣泛的精細化工產品，具有優異的溶解性、快干性，用途廣泛，是一種非常重要的有機化工原料和極好的工業溶劑，被廣泛用于醋酸纖維、乙基纖維、氯化橡膠、乙烯樹脂、乙酸纖維樹脂、合成橡膠、涂料及油漆等的生產過程中。乙酸乙酯還可作為粘合劑、提取劑、香料原料等，在油墨、工藝品、醫藥、食品等領域大量使用，其中化學工業用占40%，醫藥工業占35%，其它占25%。隨著經濟的發展，市場對乙酸乙酯的需求有很大增長，預計2O14年我國乙酸乙酯的總需求量為13O萬噸左右，世界總需求量為280萬噸。

1 乙酸乙酯合成方法

目前，乙酸乙酯的工業生產方法主要有乙酸酯化法、乙酸/乙烯加成法、乙醛縮合法和乙醇脫氫法。世界各國根據各自的資源優勢選擇不同的工藝路線，美國的乙醇與乙酸價格低廉且供應充足，因此其主導工藝是乙醇乙酸直接酯化法；歐洲和日本則大都采用乙醛縮合法，因為其有大量的乙醛資源。乙酸／乙烯加成法則主要應用于有大型乙烯裝置的地區；乙醇脫氫法雖然技術先進且環境友好，但局限于催化劑選擇性及轉化率不高，副產物多，難分離等原因，目前在工業上還未形成大規模應用。從生產工藝來看，在國內外市場中，采用乙酸酯化法制備乙酸乙酯的生產能力約占總生產能力的67.5%，采用乙醛法制備乙酸乙酯的約占17.8%，采用乙烯法制備乙酸乙酯的約占 11.0%，采用乙醇脫氫法制備乙酸乙酯的約占2.5%，另外有約1.2%采用聚乙烯醇副產法等方法制備乙酸乙酯。目前，我國制備乙酸乙酯主要采用乙酸酯化法。

1.1 乙酸酯化法

最早的乙酸酯化法是以濃硫酸為催化劑，乙酸和乙醇直接酯化合成乙酸乙酯。在該反應中濃硫酸的作用為催化和吸水，濃硫酸的酸性和吸水性強，能溶于反應物料中，因此乙酸酯化反應均勻，操作簡單，但硫酸對設備腐蝕嚴重，其強氧化性易引發副反應，產品分離提純工序多，難度大。濃硫酸法最大的缺點是含酸廢液多，污染環境，導致了其逐漸被其它催化劑所取代。

近年來，各種新型的酯化反應催化劑的研究很多，包括分子篩、雜多酸、無機鹽超強酸、固體超強酸、離子交換樹脂等無機及有機固體酸催化劑，此外還有離子液體、硅膠固定化離子液體及稀土等催化劑。

劉圣環等[1]采用自制苯乙烯/丙烯磺酸共聚物(St-c-AS)固體酸催化劑，研究了合成乙酸乙酯的最佳工藝條件，并探討了該催化劑用于合成酯的發展前景。實驗結果表明，該催化劑具有較高的催化活性，催化劑不需分離可重復使用 1O次，酯化產率達到 9O%以上。與傳統的硫酸催化劑相比，St-c-AS為催化劑所得的產品無需除酸，后處理簡單，對環境無污染，是一條合成乙酸乙酯的綠色途徑。

李金磊等[2]采用磷鉬釩雜多酸 H4PMo11V040催化合成乙酸乙酯，考察了影響反應的主要因素，并確定了最佳反應條件：催化劑用量為乙酸質量的5%，酸醇摩爾比1∶2.5，反應時間30 min，反應溫度120℃，在此條件下，酯化率達到84.7%。且催化劑重復使用5次，活性基本保持不變。雜多酸催化劑合成乙酸乙酯能夠在較短的反應時間、溫和的反應條件下，取得較高的酯化率，同時其還具有很好的重復使用性，是酯化反應較為理想的催化劑。

劉勇晶等[3]以乙酸和乙醇為原料、以雜多酸磷鎢酸為催化劑，采用間歇式進料、反應精餾技術合成乙酸乙酯，對合成工藝條件進行了研究，對產物組成進行了氣相色譜分析，并確定反應精餾法合成乙酸乙酯的最佳工藝條件為：反應溫度84～9O℃ 酸醇體積比1.4∶1、回流比4∶1、反應時間1.5 h、催化劑用量0.9 g，在此條件下，乙酸轉化率達到83%，乙酸乙酯選擇性達到99 %，乙酸乙酯收率達到82% 。

唐寶華[4]用無機鹽代替濃硫酸作催化劑合成乙酸乙酯。討論了硫酸氫鈉、氯化亞錫、氯化鐵等催化劑，研究結果表明氯化亞錫對于催化乙醇和乙酸反應生成乙酸乙酯有較好的作用，并確定了適宜的反應條件。催化劑氯化亞錫可重復使用，并且不會造成污染，符合綠色環保的理念。

周媛等[5]研究了3種四價鈰化合物和3種三價鈰化合物催化乙酸和乙醇合成乙酸乙酯反應的性能，發現陰離子配體對鈰化合物催化活性有很大影響。催化活性順序為：CeC13>Ce(NO3)3>(NH4)2Ce(N03)6>Ce(S04)2。Ce(acac)4和Ce(acac)3則完全沒有催化活性。研究了LnC13，中稀土元素對催化活性的影響，催化活性順序為：Yb>Sm>Ce>La。YbC13作催化劑活性較高，催化劑具有較好的重復使用性，實驗過程無毒、無污染，是理想的綠色催化劑。

孫琳等[6]以硅膠為原料與KH-560反應合成烷基化環氧硅膠，環氧硅膠再與1-甲基咪唑在硫酸條件下反應合成硅膠固定化1-甲基咪唑硫酸氫鹽離子液體。探討了H+促進下的硅膠固定化離子液體在不同條件下對乙酸乙酯的催化性能。實驗表明：離子液體用量為0.5g，鹽酸用量為2.5mL，n(醇)∶n(酸)為1.5∶1時，乙酸乙酯的收率可達87%以上。但如果只用2．5 mL鹽酸做催化劑，酯的收率僅為59.5%。比較各種不同的無機酸，鹽酸的催化效果比硫酸和磷酸好。用無水乙醇作原料比用95%乙醇作原料，乙酸乙酯的產率增加約15%。離子液體重復使用6次后，酯的產率才有明顯降低。

崔波等[7]用低溫沉淀和低溫陳化的方法，制備了以氧化鋯和氧化鈦為主要組分并用鑭系過渡金屬氧化物改性的無機固體超強酸催化劑，測定了催化劑的酸強度、酸量和硫含量，用紅外光譜法推測了其表面結構，研究了該催化劑對難以進行水分分離的乙酸乙酯合成過程的催化作用和工藝條件。結果表明催化劑的有效酸量比未改性的催化劑增加，耐水性和催化活性明顯改善，反應后硫損失量減少。由紅外光譜圖可知催化劑中SO42-以橋式雙配位與氧化物相結合，有L、B兩種酸性中心，其中以B酸位為主。

1.2 乙醛縮合法

乙醛縮合制備乙酸乙酯的工藝是由俄羅斯化學家Tischenko于 20世紀初合成成功,因而該工藝又稱為Tischenko工藝。乙醛自縮合法制乙酸乙酯原料消耗少、工藝簡單、設備腐蝕性小，對有原料乙醛的地區是最為經濟合理的生產方法。目前，日本、德國工業乙酸乙酯的生產幾乎都采用該法。國內對乙醛縮合法有研究的主要包括南京化工研究院、黑龍江石油化學研究院、廣西化工研究院等，形成工業化生產的有黑龍江石油化學研究院與上海石化公司化工事業部聯合開發的2萬噸/年乙醛縮合法生產乙酸乙酯。

乙醛縮合制醋酸乙酯工藝是在催化劑乙醇鋁的存在下，乙醛氧化縮合生成乙酸乙酯。乙醛自縮合法制造乙酸乙酯的主催化劑是烷氧基鋁[A1(0R)3]，在助催化劑鹵化物存在下完成這一催化過程。也有用乙醇鋁[Al(0ET)3]、正丁醇鋁[Al(0Bu)3]和一些其他低于5個碳的烷氧基鋁化物，而最為常用的是乙醇鋁[A1(0ET)3]。乙醛縮合法制乙酸乙酯主要受原料來源的限制，一般應與乙醛裝置聯合建設，另外的缺點是催化劑與水會發生水解，導致失活，廢水需處理，直排會污染環境。

1.3 乙酸/乙烯加成法

羧酸與烯烴在酸性催化劑的作用下發生酯化反應可生成相應的酯。羅納· 普朗克公司在80 年代研究了合成乙酸乙酯的方法，但因工程放大問題未解決，而一直未實現工業化。日本昭和電工公司在 90年代開發的乙烯與醋酸一步反應合成制取乙酸乙酯工藝，此工藝是利用金屬載體上的雜多酸或雜多酸鹽為催化劑，在水蒸汽存在條件下，乙烯將發生水合反應生成乙醇，然后生成的乙醇又繼續與醋酸發生酯化反應生成醋酸乙酯產物；同時此合成工藝法還可能會發生次級反應，如乙酸乙酯產物逆向水解為乙醇或形成二乙基醚，這些反應能綜合獲得以酯為主體含有乙醇和醚的反應混合物，因工藝因操作簡單從而實現了工業化。1998年印尼采用日本昭和電工技術建成了50 kt/a生產乙酸乙酯的裝置，2001年BP／Amoco公司在英國建成世界規模最大的220 kt/a的生產乙酸乙酯裝置。

乙酸/乙烯加成法制乙酸乙酯可開發的催化劑體系很多，以雜多酸化合物為研究的重點。乙酸/乙烯加成法合成乙酸乙酯具有較高的產率和選擇性，產率可達90%以上，選擇性大于 95%。但是該工藝依賴于大量的乙烯資源，只能在乙烯和乙酸資源豐富且廉價的地區生產才具有經濟性。

1.4 乙醇脫氫法

20世紀90年代，英國Kvaerner工程公司研究乙醇脫氫法合成了乙酸乙酯，并于2001年在南非建成第一家工業化生產乙酸乙酯的工廠，此方法可以將乙醇進一步脫氫轉化為乙酸乙酯，同時生成副產品氫氣。采用這種方法合成的乙酸乙酯純度高、含水和各種重金屬等雜質低，產品質量符合國家質量標準。目前國內清華大學、西南化工研究院等也對該技術進行了研究開發，并建成了工業試驗裝置。在國內現有兩套工業化生產裝置，一套是吉林燃料乙醇有限責任公司的，由英國戴維過程技術有限公司DPT（Davy Process Technology）向其提供技術，生產能力為5萬噸/年，該廠位于吉林燃料乙醇公司位于吉林的世界級乙醇工廠附近。 另一套是山東海化集團的，也是從英國引進的技術，生產能力為10萬噸/年。

采用乙醇為原料脫氫直接合成乙酸乙酯主要有氧化脫氫及選擇脫氫兩種方法。對氧化脫氫，有采用 PdCMo-Sb-O、Pd-Cu分子篩作催化劑的報道，其中后者為雙中心催化劑，乙酸乙酯選擇較高。中航工業西安飛機工業（集團）有限責任公司肖永紅[8]篩選并制備高活性催化劑，從而使乙醇脫氫制乙酸乙酯具有較高的選擇性和收率，采用共沉淀法制備CuO/ZnO/Al2O3催化劑。研究了CuO/ZnO/Al2O3催化劑的Cu/Zn比、焙燒溫度，反應溫度、反應壓力等因素對乙醇轉化乙酸乙酯選擇性和收率的影響。結果表明：在反應溫度為 260℃，反應壓力為1.05MPa，以Cu/Zn 比為1∶1、焙燒溫度為400℃的催化劑反應最佳，此時的乙醇轉化率為82.35%，選擇性為89.62%。

乙醇脫氫法制乙酸乙酯工藝流程并不復雜，分反應和精餾兩個工序，核心技術是銅系脫氫催化劑，其選擇性至關重要，工程難點在連續精餾，由于副產物多，故而精餾塔較多，常壓塔、加壓塔、真空塔、萃取精餾塔等各式各樣的塔都有，且連續性強，所以操作難度大，人員費用高。 乙醇脫氫法存在著催化劑表面性質的復雜性，除了目標產物乙酸乙酯外，還生成醚、醛、酸和4 碳以上的酯。因此，進一步調變催化劑組分以改善其催化性能，特別是提高其選擇性仍是今后重點研究的課題。

2 結語

乙酸乙酯的生產方法中，乙酸酯化法工藝最成熟，目前產能也最大，雖然其缺點很多，但經過技術改造及創新，在將來較長一段時間內，仍將占主導地位。乙醛縮合法20世紀70年代在歐美、日本等地已形成了大規模的生產裝置，在生產成本和環境保護等方面都有著明顯的優勢，但前提條件是乙醛原料供應要保證，才能在我國得到更大的發展。乙烯/乙酸加成法則必須依托于大石油化工的乙烯裝置，才能體現出其經濟優勢，乙醇脫氫法雖然開發時間較晚，國內相關技術尚不成熟，但其清潔環保，沒有腐蝕，沒有含酸廢水，從經濟效益、環境效益綜合來看最具發展前途，應作為未來研究的重點。

[1]劉圣環,孟平蕊,等.磺酸型固體催化劑催化合成乙酸乙酯[J].化學工業與工程技術,2011,32(2):10-13.

[2]李金磊,胡兵,等.磷鉬釩雜多酸的制備及其催化合成乙酸乙酯[J].化學與生物工程,2012,29(1):57-59.

[3]劉勇晶,郭延紅,等.磷鎢酸催化反應精餾合成乙酸乙酯的研究[J].化學與生物工程,2011,28(2):71-73.

[4]唐寶華.乙酸乙酯的綠色合成研究[J].化學工程與裝備,2010,7:35-36.

[5]周媛,李婷婷,等.稀土催化乙酸乙酯合成反應[J].蘇州科技學院學報,2012,29(2):38-40.

[6]孫琳,劉春萍,等.硅膠固定化離子液體催化合成乙酸乙酯[J].廣州化工,2007,35(3):18-20.

[7]催波,高鵬,等.鑭改性固體超強酸催化劑表征及對乙酸乙酯合成的催化作用[J].高校化學工程學報,2008,22(1):60-64.

[8]肖永紅.銅基催化劑用于乙醇脫氫合成乙酸乙酯[J].化學工程與裝備,2012,7:23-26.