煤制乙二醇精制工藝技術分析

趙博 劉暢

摘要：乙二醇超過94%的消費量用于聚酯纖維行業，聚酯纖維合成所需乙二醇長期且主要來自石油路線乙二醇。隨著煤制乙二醇合成工藝逐漸成熟和大規模工業實踐，煤制乙二醇在聚酯纖維行業中的應用已經得到認可。但由于工藝路線長、催化反應復雜等原因，煤制乙二醇中間產物多且復雜，最終乙二醇產物中含有較多雜質組分，其對煤制乙二醇產品質量以及聚酯合成反應過程均會產生負面影響。本文以乙二醇質量標準和聚酯合成反應為衡量標準，通過分析煤制乙二醇產物組分中雜質的負面影響，探討煤制乙二醇精制工藝的改進和優化研究方向。

關鍵詞：煤制乙二醇;紫外透過率;聚酯合成;精制工藝;改進和優化

引言

乙二醇屬于最簡單的二元醇，可用作溶劑、防凍劑，是化纖產業的基礎原料之一。以往，合成乙二醇的工業方法是以石油為原料，由石油得到乙烯，再由乙烯催化氧化得到環氧乙烷，最后由環氧乙烷水合反應得到乙二醇。由于我國石油供需矛盾突出，結合我國“多煤、缺油、少氣”的能源結構特點，以煤基合成氣為原料制取乙二醇的非石油路線大規模應用于工業生產。據統計，至2020年，中國將建成41個煤制乙二醇項目，總產能將達1026萬噸，煤制乙二醇將成為中國聚酯化纖行業的重要原料來源。我國所應用的煤基合成氣生產乙二醇工藝路線多采用間接法，其主要反應包括一氧化碳與亞硝酸甲酯生成草酸二甲酯，草酸二甲酯加氫生成乙二醇。因此煤基合成氣生產乙二醇需分別制取一氧化碳和氫氣，主要工藝流程包括煤氣化、變換、合成氣凈化和分離。

一、我國煤制乙二醇現狀

目前，制作提取乙二醇的基本途徑有兩個，分別為：石油制法與非石油制法，而這兩種方式間最大的區別就在于會不會用到石油。在運用石油制法的過程中，采用的最重要的原料為氧氣與乙烯，通過各種相應的化學反應最終將氧氣與乙烯合成乙二醇。總結來講，采用石油制法制作提取乙二醇的方式并沒有太高的技術含量，但是其制作的效率會比較高，所以這種制作途徑無論在國內還是國外都極受歡迎，目前已發展的非常成熟。但是如果想將這種方式在我們國家進行大范圍的應用還是非常困難的，就我國的實際狀態來講，石油含量低是最大的缺陷。在我們國家進行工業生產時所采用的石油，大都是從國外進口而來，如果制作乙二醇所用的石油也依靠進口的話，就會產生更高的成本，進而無法利用其為企業帶來更好的運營狀態和收益，使得市場中長久存在乙二醇短缺的情況。因此，不管是從成本方面來看，還是從市場保有量來講，石油制法均不是一個長久的、最佳的方式。基于以上問題，在近些年中，有很多國家的企業均在研究石油制取方式以外的制取途徑，并且，在當前已獲得一定成效。在非石油制取途徑中，采取的原材料為合成氣，然后利用甲醇甲醛合成、草酸酯合成和直接合成三大合成方式來完成乙二醇的生產。但目前此種制取方式中依然存在一定的缺陷，其中草酸酯合成方式與直接合成方式中仍然有著許多需要優化和完善的內容，因此，這類制作乙二醇的方式在目前并不具備較高的實用價值，也未得到正式應用。在兩大乙二醇制作方式中的煤制法是比較簡單的，其中只用到了有關化學的基礎內容。在煤被氧氣氣化之后，通過氣體分離的方式把其中的氫氣脫離出來，以確保剩下的氣體是高純度的，然后對剩余的這部分氣體實施羰基化處理，待到形成草酸二甲酯后，再把之前脫離出的氫氣添加進來，通過精制，最后形成質量較好的乙二醇。這種方式最大的優點就在于經濟性高、污染性低，其在煤炭環保性加工中具有較高的價值。

二、煤制乙二醇精制工藝技術

2.1不飽和鍵再加氫反應

煤制乙二醇產品中含有羰基、共軛雙鍵的復雜有機化合物以及雜環化合物對乙二醇紫外透光率和聚酯反應過程具有較大影響，可通過皂化反應、再加氫反應進行去除。在煤制乙二醇粗產品中加入堿性物質溶液進行皂化反應，皂化反應產物進入第一、第二脫醇塔精餾回收甲醇，甲醇回收后的塔釜溶液在加氫催化劑的作用下促使溶液中溶解氫與羰基、共軛雙鍵等不飽和鍵發生再加氫反應，再加氫反應產物進行后續分餾塔分離。

2.2產品質量

目前，煤制乙二醇與乙烯制乙二醇的產品質量主要是雜質的含量，在聚合反應過程中，是游離基不斷增長的過程，對于能夠產生游離基的雜質，特別是含氧、含氮和含硫的有機化合物，必須嚴格控制其含量，如果雜質含量高了，產生新的游離基會阻斷聚合鏈，產生一些低分子化合物，影響聚合物多方面的性能。煤制乙二醇主要指標都能達到國家標準，但整體質量與乙烯制乙二醇還有差距，特別是色度和紫外透光率這兩項比較重要的指標差距較大，這也與煤制乙二醇含有的雜質成分有關，因此，對下游的纖維染色也造成一定影響。

2.3煤制乙二醇副產乙醇

煤制乙醇比生物制乙醇在成本上有明顯的優勢。二甲醚制乙醇（DMTE路線）成本最低，約3 000元/t～3 700元/t，是草酸二甲酯制乙醇路線最強勁的競爭對手。草酸二甲酯制乙醇路線的完全成本在5 200元/t，比煤制乙二醇完全成本高500元/t～800元/t。目前乙醇的市場價格在5 100元/t～6 000元/t，乙二醇價格在3 500元附近。當乙醇市場價格比乙二醇高出500元時，煤制乙二醇企業可考慮以草酸二甲酯為原料生產乙醇以達到靈活調節企業產品、規避市場風險的目的。當前煤制乙醇能否實現工業化和大型化，還是需要看國家對乙醇的推廣政策。在工業化技術不十分成熟的情況下，目前暫不宜盲目大規模發展，可繼續關注該技術發展情況，做為煤制乙二醇有效抵御市場風險、提高整體競爭力的有效手段之一。

2.41，2-丁二醇脫除

1，2-丁二醇是煤制乙二醇反應過程中的一種副產物，沸點接近于乙二醇，且相對揮發度極低，是乙二醇精餾分離熱敏性物料，可與乙二醇存在共沸，形成雙體系共沸物。常壓下乙二醇和1，2-丁二醇共沸物組成為乙二醇47.0%、1，2-丁二醇53.0%，共沸點溫度465.91K。在工業實踐中采取合理的塔板數并加大回流比可完成乙二醇精制分離任務，但是精制塔塔板數較多且能耗較高，同時塔頂采出的乙二醇和1，2-丁二醇共沸物再分離十分困難。共沸物分離方法主要包含工業化分離方法萃取精餾、變壓精餾、共沸精餾以及新型分離方法膜蒸餾、吸附法、滲透蒸發法等，其中萃取蒸餾在工業實踐中應用廣泛。針對乙二醇和1，2-丁二醇混合物，通常可以選用一種或幾種含高沸點的兩個以上羥基的極性有機溶劑或者含極性官能團較多的有機溶劑作為液相萃取劑。液相萃取劑從乙二醇萃取精制塔上部位置進料，在萃取精餾塔內部與乙二醇和1，2-丁二醇混合物逆向接觸，1，2-丁二醇從塔頂采出，乙二醇和萃取劑從塔釜采出后進入萃取劑回收塔;在萃取劑回收塔中，乙二醇產品從塔頂采出，萃取劑由塔釜采出后循環利用，最終實現共沸物物系乙二醇和1，2-丁二醇的分離。

結語

綜上所述，我國煤制乙二醇行業的發展，可利用我國相對豐富的煤炭資源，將煤炭作為基礎原料生產乙二醇可以有效緩解國內供需矛盾，促進我國資源的合理利用。從工藝路線來看，煤制乙二醇生產技術具有效率高、成本低、污染少等一系列優點，具有非常廣闊的發展潛力。但目前來說，煤制乙二醇發展的經濟性和技術可行性仍需進一步驗證和考察，煤制乙二醇的工程應用，一定要務求穩定，項目方需要充分考慮煤制乙二醇在運輸、技術等方面的條件，在確定開展項目前，須充分考慮多方因素，優化煤制乙二醇工藝技術，構建科學合理的應用體系，從而提高我國煤制乙二醇產業的國際競爭力。

參考文獻：

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