[发明专利]用于制备乙二醇的方法

说明书

一种改进的催化水合方法，其包括催化水合反应部分，该催化水合反应部分含有具有离子交换树脂催化剂的绝热反应器，并且保持低树脂溶胀和优异的选择性，同时还降低了工艺复杂性并增加了多功能性。

相关申请的交叉引用

本发明要求于2018年4月30日提交的美国临时专利申请No.62/664,603的权益，其全部内容和公开内容通过引用合并于此。

背景技术

乙二醇在社会中的作用从其第一次合成后不久的时间已经大大提高，该分子的性质成为两个早期有机化学巨头Adolphe Wurtz和Hermann Kolbe之间激烈争议的主题。特别是，Wurtz和Kolbe争议在有关酒精同系物的新认识中乙二醇的功能和化学式，这对于Kolbe关于化学结构的更多理论至关重要。该实验室很快就成为了德国和法国之间竞争日益激烈的工业和技术力量的代理战争，两国都投入了大量资源进行科学调查，而Wurtz在化学合成方面的魔力赋予法国相当大的优势。该争议最终仅仅凭借武力在俾斯麦的德国联邦因法国-普鲁士战争而吞并了Wurtz的阿尔萨斯家园时终结，并且因此使国际争议本质上变成了国内争议。

今天，对乙二醇的兴趣更加平和，但更具竞争力，因为乙二醇是最广泛生产的有机化学品之一。由于乙二醇的大规模工业生产始于第一次世界大战前夕，因此为汽车和其他车辆提供动力的内燃机的使用的急剧增加刺激了对乙二醇作为冷却剂和防冻剂的需求。从那时起，乙二醇产量的增加只会加速，以至于到2017年，全球乙二醇产量估计超过250亿吨。

通常将乙二醇制备为环氧乙烷的许多衍生物中的一种，并且尽管可使用其他生产途径，但大多数是在液相非催化热水合方法中由环氧乙烷制备的。因为环氧乙烷与乙二醇反应比与水反应更容易，所以不可避免地会形成单乙二醇(MEG)和高级乙二醇副产物的混合物，高级乙二醇副产物如二甘醇(DEG)、三甘醇(TEG)、以及甚至更高级的乙二醇。虽然这些较高级的甘醇具有相当大的经济价值，但许多生产商和工厂经营者希望避免生产它们，因为这些产品的最终用户市场不是很发达，并且可能难以找到并将这些高级甘醇分配给对其有需求的工业用户。

为了抑制产物甘醇和环氧乙烷之间的反应并且因此减少这些高级甘醇的形成，常规的非催化水合用一定量的水进行，其中水的量远远超过用于将环氧乙烷水合为乙二醇的化学计算量的水，例如每摩尔环氧乙烷15至40摩尔水。这种过量水的添加有效地平衡了产物甘醇和环氧乙烷之间的动力学上有利的竞争反应，如上所述，其与将环氧乙烷转变为单乙二醇的水合作用相竞争。然而，尽管有效地抑制了较高乙二醇的产生，但是相对于环氧乙烷使用大量过量的水对于工厂操作者来说存在去除这些大量过量的未反应水的问题，因为这种去除是能量密集的并且需要大规模的蒸发/蒸馏设施。因此，已经对用于生产乙二醇的环氧乙烷的标准热水合作用的替代物进行了深入研究。

常规热水合的替代方案的一个早期示例是环氧乙烷均匀催化水合成单乙二醇。该方式的最早示例包括硫酸及其相关盐的均相催化(参见Othmer,D.F.and Thakar,M.S.,Glycol Production-Hydration of Ethylene Oxide.Ind.Eng.Chem.1958,50,1235)。欧洲专利No.0 123 700描述了这些前几代酸催化剂的改进，其中用例如乙胺处理它们以部分中和它们，以期改善水合反应对单乙二醇的选择性。从那时起，已经提出了其他盐用于均相体系，例如美国专利No.4,160,116中所述的季鏻盐和美国专利No.7,683,221中所述的金属盐和碳酸氢盐。还提出了越来越有创意的有机物质(如EDTA和Salen化合物)的组合作为均相催化剂(参见Hal,J.W.,Ledford,J.S.,and Zhang,X.,Catalysis Today 123(2007),310-315)。