煤制乙二醇精制工艺技术分析

赵博 刘畅

摘要：乙二醇超过94%的消费量用于聚酯纤维行业，聚酯纤维合成所需乙二醇长期且主要来自石油路线乙二醇。随着煤制乙二醇合成工艺逐渐成熟和大规模工业实践，煤制乙二醇在聚酯纤维行业中的应用已经得到认可。但由于工艺路线长、催化反应复杂等原因，煤制乙二醇中间产物多且复杂，最终乙二醇产物中含有较多杂质组分，其对煤制乙二醇产品质量以及聚酯合成反应过程均会产生负面影响。本文以乙二醇质量标准和聚酯合成反应为衡量标准，通过分析煤制乙二醇产物组分中杂质的负面影响，探讨煤制乙二醇精制工艺的改进和优化研究方向。

关键词：煤制乙二醇;紫外透过率;聚酯合成;精制工艺;改进和优化

引言

乙二醇属于最简单的二元醇，可用作溶剂、防冻剂，是化纤产业的基础原料之一。以往，合成乙二醇的工业方法是以石油为原料，由石油得到乙烯，再由乙烯催化氧化得到环氧乙烷，最后由环氧乙烷水合反应得到乙二醇。由于我国石油供需矛盾突出，结合我国“多煤、缺油、少气”的能源结构特点，以煤基合成气为原料制取乙二醇的非石油路线大规模应用于工业生产。据统计，至2020年，中国将建成41个煤制乙二醇项目，总产能将达1026万吨，煤制乙二醇将成为中国聚酯化纤行业的重要原料来源。我国所应用的煤基合成气生产乙二醇工艺路线多采用间接法，其主要反应包括一氧化碳与亚硝酸甲酯生成草酸二甲酯，草酸二甲酯加氢生成乙二醇。因此煤基合成气生产乙二醇需分别制取一氧化碳和氢气，主要工艺流程包括煤气化、变换、合成气净化和分离。

一、我国煤制乙二醇现状

目前，制作提取乙二醇的基本途径有两个，分别为：石油制法与非石油制法，而这两种方式间最大的区别就在于会不会用到石油。在运用石油制法的过程中，采用的最重要的原料为氧气与乙烯，通过各种相应的化学反应最终将氧气与乙烯合成乙二醇。总结来讲，采用石油制法制作提取乙二醇的方式并没有太高的技术含量，但是其制作的效率会比较高，所以这种制作途径无论在国内还是国外都极受欢迎，目前已发展的非常成熟。但是如果想将这种方式在我们国家进行大范围的应用还是非常困难的，就我国的实际状态来讲，石油含量低是最大的缺陷。在我们国家进行工业生产时所采用的石油，大都是从国外进口而来，如果制作乙二醇所用的石油也依靠进口的话，就会产生更高的成本，进而无法利用其为企业带来更好的运营状态和收益，使得市场中长久存在乙二醇短缺的情况。因此，不管是从成本方面来看，还是从市场保有量来讲，石油制法均不是一个长久的、最佳的方式。基于以上问题，在近些年中，有很多国家的企业均在研究石油制取方式以外的制取途径，并且，在當前已获得一定成效。在非石油制取途径中，采取的原材料为合成气，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来完成乙二醇的生产。但目前此种制取方式中依然存在一定的缺陷，其中草酸酯合成方式与直接合成方式中仍然有着许多需要优化和完善的内容，因此，这类制作乙二醇的方式在目前并不具备较高的实用价值，也未得到正式应用。在两大乙二醇制作方式中的煤制法是比较简单的，其中只用到了有关化学的基础内容。在煤被氧气气化之后，通过气体分离的方式把其中的氢气脱离出来，以确保剩下的气体是高纯度的，然后对剩余的这部分气体实施羰基化处理，待到形成草酸二甲酯后，再把之前脱离出的氢气添加进来，通过精制，最后形成质量较好的乙二醇。这种方式最大的优点就在于经济性高、污染性低，其在煤炭环保性加工中具有较高的价值。

二、煤制乙二醇精制工艺技术

2.1不饱和键再加氢反应

煤制乙二醇产品中含有羰基、共轭双键的复杂有机化合物以及杂环化合物对乙二醇紫外透光率和聚酯反应过程具有较大影响，可通过皂化反应、再加氢反应进行去除。在煤制乙二醇粗产品中加入碱性物质溶液进行皂化反应，皂化反应产物进入第一、第二脱醇塔精馏回收甲醇，甲醇回收后的塔釜溶液在加氢催化剂的作用下促使溶液中溶解氢与羰基、共轭双键等不饱和键发生再加氢反应，再加氢反应产物进行后续分馏塔分离。

2.2产品质量

目前，煤制乙二醇与乙烯制乙二醇的产品质量主要是杂质的含量，在聚合反应过程中，是游离基不断增长的过程，对于能够产生游离基的杂质，特别是含氧、含氮和含硫的有机化合物，必须严格控制其含量，如果杂质含量高了，产生新的游离基会阻断聚合链，产生一些低分子化合物，影响聚合物多方面的性能。煤制乙二醇主要指标都能达到国家标准，但整体质量与乙烯制乙二醇还有差距，特别是色度和紫外透光率这两项比较重要的指标差距较大，这也与煤制乙二醇含有的杂质成分有关，因此，对下游的纤维染色也造成一定影响。

2.3煤制乙二醇副产乙醇

煤制乙醇比生物制乙醇在成本上有明显的优势。二甲醚制乙醇（DMTE路线）成本最低，约3 000元/t～3 700元/t，是草酸二甲酯制乙醇路线最强劲的竞争对手。草酸二甲酯制乙醇路线的完全成本在5 200元/t，比煤制乙二醇完全成本高500元/t～800元/t。目前乙醇的市场价格在5 100元/t～6 000元/t，乙二醇价格在3 500元附近。当乙醇市场价格比乙二醇高出500元时，煤制乙二醇企业可考虑以草酸二甲酯为原料生产乙醇以达到灵活调节企业产品、规避市场风险的目的。当前煤制乙醇能否实现工业化和大型化，还是需要看国家对乙醇的推广政策。在工业化技术不十分成熟的情况下，目前暂不宜盲目大规模发展，可继续关注该技术发展情况，做为煤制乙二醇有效抵御市场风险、提高整体竞争力的有效手段之一。

2.41，2-丁二醇脱除

1，2-丁二醇是煤制乙二醇反应过程中的一种副产物，沸点接近于乙二醇，且相对挥发度极低，是乙二醇精馏分离热敏性物料，可与乙二醇存在共沸，形成双体系共沸物。常压下乙二醇和1，2-丁二醇共沸物组成为乙二醇47.0%、1，2-丁二醇53.0%，共沸点温度465.91K。在工业实践中采取合理的塔板数并加大回流比可完成乙二醇精制分离任务，但是精制塔塔板数较多且能耗较高，同时塔顶采出的乙二醇和1，2-丁二醇共沸物再分离十分困难。共沸物分离方法主要包含工业化分离方法萃取精馏、变压精馏、共沸精馏以及新型分离方法膜蒸馏、吸附法、渗透蒸发法等，其中萃取蒸馏在工业实践中应用广泛。针对乙二醇和1，2-丁二醇混合物，通常可以选用一种或几种含高沸点的两个以上羟基的极性有机溶剂或者含极性官能团较多的有机溶剂作为液相萃取剂。液相萃取剂从乙二醇萃取精制塔上部位置进料，在萃取精馏塔内部与乙二醇和1，2-丁二醇混合物逆向接触，1，2-丁二醇从塔顶采出，乙二醇和萃取剂从塔釜采出后进入萃取剂回收塔;在萃取剂回收塔中，乙二醇产品从塔顶采出，萃取剂由塔釜采出后循环利用，最终实现共沸物物系乙二醇和1，2-丁二醇的分离。

结语

综上所述，我国煤制乙二醇行业的发展，可利用我国相对丰富的煤炭资源，将煤炭作为基础原料生产乙二醇可以有效缓解国内供需矛盾，促进我国资源的合理利用。从工艺路线来看，煤制乙二醇生产技术具有效率高、成本低、污染少等一系列优点，具有非常广阔的发展潜力。但目前来说，煤制乙二醇发展的经济性和技术可行性仍需进一步验证和考察，煤制乙二醇的工程应用，一定要务求稳定，项目方需要充分考虑煤制乙二醇在运输、技术等方面的条件，在确定开展项目前，须充分考虑多方因素，优化煤制乙二醇工艺技术，构建科学合理的应用体系，从而提高我国煤制乙二醇产业的国际竞争力。

参考文献：

[1]薛春英.煤基乙二醇合成聚酯的可行性研究[J].中氮肥，2019（5）：63～65.

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