[发明专利]环氧乙烷催化水合生产乙二醇的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种环氧乙烷催化水合生产乙二醇的方法。

背景技术

乙二醇是重要的脂肪族二元醇，用途广泛，主要用途是生产聚酯树脂，包括纤维、薄膜及工程塑料；还可直接用作冷却剂和防冻剂；同时也是生产醇酸树脂、增塑剂、油漆、胶粘剂、表面活性剂、炸药及电容器电解液等产品不可缺少的物质。

以环氧乙烷为原料制备乙二醇，主要有两种工艺路线：一种为直接水合法，环氧乙烷与水在一定条件下反应生成乙二醇，反应不需要催化剂就可以进行，分为催化水合和非催化水合两种工艺；另一种为碳酸亚乙酯法，即环氧乙烷在催化剂作用下，先与CO₂反应生成碳酸亚乙酯，然后水解生成乙二醇。

目前工业生产乙二醇采用水合法的非催化工艺，也是当今生产唯一使用的方法。该方法不使用催化剂，水和环氧乙烷的摩尔比（以下简称水合比）为25~32:1，反应温度150~190℃，反应压力3.7~4.0MPag。在高温高压下环氧乙烷直接水合合成乙二醇。分离时采用多效蒸发除去60%左右的水，然后经乙二醇（MEG）精馏塔、二乙二醇（DEG）精馏塔、三乙二醇（TEG）精馏塔进行最终分离。该生产工艺流程长、设备多、反应条件苛刻，能耗高，直接影响到乙二醇的生产成本。

为了解决以上问题，各国研究者致力于环氧乙烷催化法合成乙二醇的研究。文献CN1566050公开了一种用于环氧乙烷催化水合制备乙二醇的方法，主要解决以往环氧乙烷非催化水合水比偏高，或催化水合所用的液体酸催化剂腐蚀设备，污染环境，固体酸催化剂稳定性差或稳定性和活性不能同时达到理想状态的缺陷。该方法使用的固体酸催化剂以铌化合物为主要活性组份，以选自锗、锡、铅、锑、磷、硫、铁或钴中至少一种为助剂，在较低水比条件下反应制备乙二醇。文献CN101279230A公开了一种可用于环氧乙烷催化水合合成乙二醇的均温液-固相催化反应器，主要解决现有技术中存在对强放热反应撤热困难、催化剂化学溶胀和遇热膨胀易造成催化剂破碎、每根列管的阻力降不同的问题。该反应器主要由一个能承受压力的壳体(1)、法兰(2)、封头(3)、倒置U型列管(4)、倒置U型列管支承板(5)、防U型管倾斜挡板(6)、枝状分配器(7)和盘状再分配器(8)、冷却或加热介质进口(9)、冷却或加热介质出口(10)和管箱隔板(11)、液态反应物料由进料管(12)进、出料管(13)出组成。

但是，目前的研究只是提出了一些催化水合制乙二醇的思路和初步方案，实现工业化的仍旧是环氧乙烷直接水合工艺。对于工程上可行的催化水合反应器，如空速、反应器高径比、撤热水都符合一般工程要求的情况下，如果要保证环氧乙烷完全反应，将造成反应器进出口温升过大，很容易使催化水合催化剂失效。而如果为控制反应器进出口温升幅度，可能使环氧乙烷反应不完全，给后续系统带来安全隐患，或反应器在经济、工程实施上不合理。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有技术将直接水合工艺的温度条件应用于催化水合工艺时，或存在催化剂易失活，或存在环氧乙烷转化率低，导致安全生产隐患的问题，提供一种新的环氧乙烷催化水合生产乙二醇的方法。该方法具有催化剂使用寿命长，可以长周期稳定运行，同时环氧乙烷转化率高的特点。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：一种环氧乙烷催化水合生产乙二醇的方法，包括以下步骤：含环氧乙烷和水的物流进入催化水合单元，反应生成的乙二醇水溶液进入后续流程；其中，所述催化水合单元包括至少两级反应器；至少一组相邻的反应器间设置有旁路级间冷却器；除最后一级反应器外，至少一级反应器的出口流出物分为两股，一股进入下一级反应器，另一股经级间冷却器冷却后进入下一级反应器；进入级间冷却器的反应器流出物重量占所述反应器总流出物重量的5~60%。

上述技术方案中，进入级间冷却器的反应器流出物重量优选范围为占所述反应器总流出物重量的30~55%。含环氧乙烷和水的物流中，环氧乙烷和水的摩尔比优选范围为1：(5~12)。所述催化水合单元优选方案为包括两级反应器。含环氧乙烷和水的物流1进入一级催化水合反应器R1，反应后得到物流2；物流2分为物流3和物流4两股；物流4进入二级催化水合反应器R2;物流3进入级间冷却器D1换热，换热后得到物流5，物流5进入二级催化水合反应器R2；物流4和物流5在二级催化水合反应器R2中反应，反应后得到含乙二醇的物流6。