草酸二甲酯制乙二醇顽疾难解,咋办?

来源:《中国石油和化工产业观察》杂志

作者:唐宏青

乙二醇是聚酯生产的重要原料。

一般业内习惯上将乙二醇生产工艺路线归结为石油路线和煤路线。

但从近年来国内乙二醇的发展来看,这样分类欠妥。

因为煤可以制甲醇再制乙烯来生产乙二醇,也可以通过煤制取合成气然后得到乙二醇;而石油和天然气都可以先部分氧化得到合成气再生产乙二醇,也可以先制取乙烯再生产乙二醇。

因此,笔者认为将乙二醇的生产工艺归结为乙烯路线和合成气路线更妥些。

其中,合成气路线制乙二醇有直接合成法和间接合成法。

直接合成法是在高压高温条件下在催化剂作用下合成乙二醇。间接合成法则包括草酸二酯法(氧化偶联法)、甲醇脱氢二聚法、二甲醚氧化偶联法、羟基乙酸法(亦称甲醛氢羧基化法)、甲醛缩合法、甲醛氢甲酰化法6种。在这6种工艺中,草酸二甲酯法是国内合成气路线的主流方法。

在这里,就重点说说这个草酸二甲酯法。

以数据确切的2019年为例进行分析。2019年全国乙二醇总产能是1159万吨/年。
其中,合成气制乙二醇产能为491万吨/年,共建设33套装置,其中20套装置投产运行,最大装置产能是55万吨/年。这20套投产装置产量合计约290万吨,为设计产能的59%。这20套装置中,7套为中科院福建物质结构研究所技术,5套为日本高化学株式会社技术,5套为上海浦景化工技术股份有限公司技术,其他为中国石油化工集团有限公司、中国五环工程有限公司、宁波中科远东催化工程技术有限公司技术各一套。而它们的共同点是:所有这些生产装置的技术路线都是草酸二甲酯法。

草酸二甲酯法路线存在的问题就是产量很难达到设计产能,而且乙二醇产品质量很难满足聚合反应要求。

据笔者了解,2019年全国已建、在建、待建、规划中的合成气制乙二醇项目共135项,总产能高达5700万吨/年。在技术和产品质量尚未完全过关的情况下,即规划如此大规模的新产能,这在我国化工发展史上也是罕见的。

大部分合成气制乙二醇装置存在两方面共性问题。

♦一方面,产量难以达到设计产能。

原因有两个,一是工艺不成熟,许多地方考虑得不周到;二是工艺设计按照放大倍数计算的产能所留余地太小,一旦运行过程中出现一点问题,产量就无法达到设计产能。

♦另一方面,产品质量达不到要求。

主要原因是合成气路线制乙二醇的副反应比较多,特别是羰基化反应的副反应较多、副产物数量多、未知成分复杂。而仅靠当前生产企业的科研实力,远不足以解决这个问题。因为这里边既有化学科学问题,也有工程设计问题。科学问题应该由科学家们解决,比如通过仪器分析究竟有哪些副产物。然后由工程技术专家来研究,看能不能找到把杂质去掉的办法?

那么,国内外有没有新工艺能解决草酸二甲酯法制乙二醇的这些老问题?

近期,英国戴维公司开发了以合成气为原料的羟基乙酸酯制乙二醇新工艺。

这个工艺以甲醛、一氧化碳和水为原料,在高温、高压和酸催化剂的作用下合成羟基乙酸,然后用甲醇酯化生成羟基乙酸甲酯,再用亚铬酸铜做催化剂,在200~250摄氏度和2~4兆帕压力下,加氢得到乙二醇和甲醇,甲醇循环使用。

这个新工艺已进行了500吨规模左右的中试,而且目前在中国正开展单线50万吨级装置的设计和建设。这个工艺成功以后会不会全盘替换国内传统的草酸甲酯工艺呢?

笔者认为还有很多不确定性。

•首先,目前国内已建设了一大批草酸二甲酯法合成气制乙二醇商业化装置,投资近千亿元。把这些装置完全拆除或者对工艺路线进行全面改造,恐怕很难做到。但是,不排除部分资金丰富的企业将现有的草酸二甲酯工艺进行技术改造,改成羟基乙酸酯工艺。

•其次,新工艺装置目前仅进行了500吨规模的中试,尚未经受规模化生产的考验。一旦放大以后会出现什么情况?产量能否达到产能要求或者质量能否达到聚合反应要求?目前都很难下结论。•最后,新工艺装置离开车时间还远,投产后还存在调整过程,至少需要有几年时间才能下结论。也就是说,这种新工艺能否成为中国新一代的乙二醇生产工艺,目前还是未知数。

笔者建议,国内草酸二甲酯制乙二醇新装置暂缓新立项。

现有各乙二醇企业不妨联合成立一个协会,请国内相关权威研究机构的化学家们先搞清楚当前草酸二甲酯制乙二醇产品中究竟存在着什么成分影响到后续的聚合反应?

然后,组织各大化工工程公司和著名化工研究院的专家们好好研究一下如何处置这些杂质。

总之,应尽早解决草酸二甲酯法路线技术和产品质量不能完全过关的问题。


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