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化工工程领域有机化工制备方法及控制措施研究
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摘要:目前国内多家研究机构已经开发出成套煤制乙二醇技术,并且较大规模投产。但是该产业仍然面临技术不成熟,产销距离较远,以及产品经济性问题。本文以乙二醇为例探讨有机化工制备方法及控制指标情况。
关键词:有机化工,工艺方法,产业化
乙二醇是重要的有机化工原料,而我国目前自给率仅为30%左右,因此亟需根据我国资源禀赋发展煤制乙二醇技术。乙二醇(ethyleneglycol,简称EG)是重要的有机化工原料,主要用于生产聚酯纤维(PET)、防冻液、暖通制冷行业载冷剂等,其中约90%用于聚酯行业用来生产涤纶纤维、饮料瓶、薄膜等。目前主要世界范围内的主要生产途径是“石油路线法”,因而石油价格对乙二醇的价格有直接影响。目前我国对进口乙二醇的依存度高达70%以上,利用煤炭资源生产乙二醇,契合我国“贫油,富煤,少气”的资源状态,符合国家石化产业振兴规划,对我国的能源合理利用以及减少对进口的依赖具有深远影响。
1引言
目前世界范围内的乙二醇的产能主要分布在美国,中东和亚洲范围内,据统计2014年全球乙二醇产能为2823万吨/年,实际生产2427万吨,已经处在产能过剩15%的状态。尽管如此,我国的乙二醇却处在供不应求的状态——2016年我国对乙二醇需求约为1200万吨,而国内产能仅为约600万吨。由于由于国内石油路线乙二醇实际生产不足,导致我国的自给率长期维持在30%以下。根据海关统计数据,2015年我国进口乙二醇达到877万吨[1]。
1、煤制乙二醇的技术发展现状
1.1石油路线
目前,国内外的大型乙二醇生产主要采用石油路线,即将石油裂解产生的乙烯,氧化后再水合得到乙二醇。该技术以及配套下游产业发展比较成熟,但是该技术季度依赖石油资源,并且生产过程水耗大,能耗大,成本较高。
1.2煤路线
煤制乙二醇是以煤炭为原料,通过气化生成合成气后再制得乙二醇,共有三条工艺路线:
(1)直接法:煤气化制取合成气(CO+H2),再一步合成乙二醇。此技术的关键是催化剂的选取以及生产中的高温高压条件的控制,因而很难实现工业化。
(2)煤制烯烃法:煤气化制取合成气,由合成气经过甲醇、乙烯、环氧乙烯,最终制取乙二醇。该路线实际为通过煤制烯烃再生产乙二醇,成本较高。
(3)氧化偶联法:煤气化制取合成气,CO催化偶联合成草酸酯,再加氢得到乙二醇。目前已经有多条产线在建或已投产。
图1煤制乙二醇路线简易图
1.3煤路线与乙烯路线的乙二醇产品比较
与石油路线生产的乙二醇(MEG)不同,煤制取乙二醇(SEG)的产品,因为所使用的原料以及技术路线不同,必然会影响最终产品的质量。目前乙二醇的质量标准体系,仅有根据MEG制定的GB/T449-2008,其中对不同等级乙二醇的纯度、透光度、杂质的成分与含量等都做了具体的规定[2]。
根据学者们的研究,与MEG相比,SEG中含有较多的脂类杂志,影响了其在不同频段的透光率,而采用活性炭等物质可以有效吸附SEG中的杂志,提升其透光率[3]。
这说明,因为原料与工艺的不同导致SEG与MEG的工业产品存在不同的杂质成分,因而需要后续不同的提纯处理工艺,这也是SEG产品大规模应用的前提条件之一。
2国内煤制乙二醇产业化进展
早在19世纪60年代,国外就有相关企业或者科研单位投入煤制乙二醇研究,并取得一定成果,但是因为资源禀赋不同,并未实现大规模工业生产。
2.1国内煤制乙二醇产业化布局
(1)中科院物构所-丹化集团
中科院福建物质结构研究所从80年代开始研发煤制乙二醇技术,最终成功研发以草酸酯路线为基础的煤合成气制乙二醇成套技术。先后与江苏丹化、上海盛宇等企业合作投产300吨示范生产线,20万吨工业级生产线。
(2)天津大学
天津大学从1987年立项开始研究,同样以草酸酯路线为基础,形成了草酸酯制备、催化加氢的成套核心技术,并且在草酸酯催化加氢步骤的催化剂环节有着独特成就。目前已经实现万吨级师范装置的设计,并且与枣庄集团、云南煤化工集团等企业达成了年产85万吨的生产线合作项目。
(3)华东理工-安徽淮化-上海浦景
2005年,华东理工与上海焦化达成产学研合作,并于次年成功进行了煤制乙二醇的模式实验。经过对实验中问题的优化,2010年7月华东理工宣布与上海浦景、安徽淮化集团进行的千吨级中试成功,并签署了30万吨级生产线合作协议。
(4)其他研究机构
西南化工研究院、湖北省化学研究院、上海戊正等研究机构也分别对煤制乙二醇技术进行了研究,并获得了相关研究成果。
2.2我国煤制乙二醇产业化进程
我国的工业发展对乙二醇提出了很高的需
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