煤制乙二醇技術(shù)現(xiàn)狀及存在的主要問題

郭邑(吉林石化公司乙二醇廠132021)

引言

乙二醇屬于一種重要的有機化工材料，其主要用來生成塑料、聚酯纖維、橡膠、膠粘劑、非離子表面活性劑以及乙醇胺以及炸藥等產(chǎn)品，通過處理之后部分可以用作潤滑劑、增塑劑、防凍劑以及其他的溶劑。當前，工業(yè)中主要是采用通過石油來生成乙二醇。但是，近些年來，隨著石油資源的日益短缺以及國際油價波動較大的影響，而且我國生成乙二醇的相關(guān)技術(shù)受制于國外，造成了國內(nèi)乙二醇生成產(chǎn)能不足的問題，不能完全滿足市場的需要。而我國的煤炭資源較為豐富，通過使用煤制乙二醇存在一定的資源優(yōu)勢，因此在2009年將煤制乙二醇納入到了國家石化產(chǎn)業(yè)振興規(guī)劃當中。經(jīng)過近些年的發(fā)展建設(shè)，該工業(yè)體系取得了一定的發(fā)展和建設(shè)成果，但是還存在著一些問題。因此，有必要在分析我國煤制乙二醇技術(shù)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，分析其中存在的主要問題，為煤制乙二醇產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供參考。

一、我國煤制乙二醇技術(shù)發(fā)展應(yīng)用現(xiàn)狀

從產(chǎn)品的工藝路線來看，煤制乙二醇的工藝路線包括三種：

1.直接合成工藝

采用煤作為乙二醇制取合成氣(CO+H2)，之后進一步合成為乙二醇。該合成工藝路線最早由美國的杜邦公司于1947年提出，但是該合成工藝路線對生產(chǎn)技術(shù)條件較為苛刻，需要催化劑以及高溫高壓作為反應(yīng)條件，目前為止依然沒有實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。但是，若能夠?qū)崿F(xiàn)在較低環(huán)境要求下進行，則該工藝將極具發(fā)展力。

2.利用甲醇、甲醛合成

采用煤作為主要的原料，通過一系列的處理，例如氣化、變換、凈化之后得到了合成氣，之后再利用合成氣制成甲醇，并將甲醇制成乙烯，利用乙烯經(jīng)過氧化處理之后得到環(huán)氧乙烷，最終利用環(huán)氧乙烷通過水合反應(yīng)的方法得到乙二醇。

當前，利用煤制烯烴的生產(chǎn)工藝在我國已經(jīng)形成了一定的產(chǎn)能規(guī)模，已經(jīng)有多個示范裝置在建設(shè)、運行當中，整個生產(chǎn)工藝運行較為成熟。

3.草酸酯工藝路線

圖1 草酸酯制乙二醇工藝流程圖

將煤作為生產(chǎn)原料，通過氣化、變換、凈化以及分離提純之后得到CO和H2，通過使用催化偶聯(lián)合成的方式將CO制成草酸酯，之后再利用草酸酯、H合成生產(chǎn)乙二醇。因為該合成工藝的整個生產(chǎn)流程較短，合成生產(chǎn)的成本相對較低，是當前國內(nèi)比較重視的一種乙二醇生產(chǎn)工藝技術(shù)。

我國于上世紀八十年代開始引入草酸酯制乙二醇的生產(chǎn)工藝技術(shù)，并開展了相關(guān)的研究，并于2010年首次在世界上完成了該工藝的成套生產(chǎn)技術(shù)體系，并實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。從該生產(chǎn)工藝的技術(shù)流程及相關(guān)路線來看，其具有逐步取代石油工藝路線的潛力。圖1為該工藝的合成生產(chǎn)流程。

該生產(chǎn)工藝的技術(shù)主要分這樣兩個處理步驟：

第一步：將一氧化碳利用催化偶聯(lián)合成草酸酯，其生產(chǎn)工藝過程為：

2CO+2RONO—(COOR)2+2NO

2NO+1/2O2+2ROH——2RONO+H2O

在該反應(yīng)步驟中，CO與亞硝酸酯通過氣相催化反應(yīng)合成為草酸酯，之后利用反應(yīng)尾氣中產(chǎn)生的NO氣體以及氧氣和其他的醇類物質(zhì)再生產(chǎn)亞硝酸酯，通過回收循環(huán)使用。

第二步：將制成的草酸酯、H通過催化之后生產(chǎn)乙二醇，其反應(yīng)式為：

(COOR)2+4H2——(CH 20H)2+2ROH最后的合成反應(yīng)方程為：

2CO+1/2O2+4H2——(CH 2OH)2+H2O

該生產(chǎn)工藝路線采用了自封閉循環(huán)的方式進行，整個反映過程條件較為溫和，而且其中的催化劑具有穩(wěn)定性好、消耗量少的特點，對環(huán)境影響較小，得到了乙二醇產(chǎn)品質(zhì)量較高。

二、當前煤制乙二醇技術(shù)發(fā)展中存在的主要問題

1.技術(shù)問題

當前，雖然煤制乙二醇的生產(chǎn)在我國逐步進入到了發(fā)展的高峰期，但是因為該生產(chǎn)技術(shù)相對不夠成熟，導(dǎo)致在生產(chǎn)過程中還存在著一些關(guān)鍵的技術(shù)難題：

(1)催化劑的開發(fā)、裝備制造以及工業(yè)化應(yīng)用不足；

(2)NO的再生技術(shù)需要完善；

(3)乙二醇的純度不高，缺乏對應(yīng)的精制技術(shù)；

(4)重要設(shè)備的工程放大受到限制，例如CO的脫氫反應(yīng)器、催化耦聯(lián)羰基化反應(yīng)器、加氫反應(yīng)器等相關(guān)設(shè)備。當前，雖然已經(jīng)有諸多科研機構(gòu)已經(jīng)著手開發(fā)對應(yīng)的催化劑，但是依然存在著穩(wěn)定性不足、壽命短、貴金屬成分含量過高造成的成本增加等問題。同時，整個生產(chǎn)過程中獲得的乙二醇產(chǎn)品回收率不高，而且產(chǎn)品的聚合級別還有待考驗。

2.運輸問題

從原料以及制造資源的保證角度來看，煤制乙二醇的生產(chǎn)項目宜設(shè)置在內(nèi)蒙、新疆等產(chǎn)煤大省。但是，由于我國的乙二醇主要消費區(qū)卻集中在華東、華南以及其他的地區(qū)，從生產(chǎn)地向消費地運輸?shù)奈锪鞒杀疽约斑\輸條件均存在著相對大的風險。這樣，運輸過程中的高風險必然導(dǎo)致產(chǎn)品的生產(chǎn)成本增加，市場價格不能得到合理控制。

3.產(chǎn)品的純度

采用煤制乙二醇的生產(chǎn)工藝是將煤作為主要原料，其生產(chǎn)工藝流程以及催化劑等與傳統(tǒng)的石油乙烯法完全不同，這直接導(dǎo)致了所得到的乙二醇產(chǎn)品在品質(zhì)上存在較大的差異，其中所含的雜質(zhì)類型差別較大。這就導(dǎo)致生產(chǎn)得到的產(chǎn)品可能不能達到聚酯級的相關(guān)要求，因此需要在產(chǎn)品的純度方面予以加強。