环氧乙烷催化水合制乙二醇催化剂研究进展解析
溶剂对于环氧乙烷催化水合乙二醇的影响研究
溶剂对于环氧乙烷催化水合乙二醇的影响研究摘要：本文对溶剂状态下的催化水合乙醇开展研究，重点研究乙二醇催化水合时，溶剂的变化对合成工艺的产率与能耗的影响，期望能够为相关人员提供些许参考。
关键词：溶剂；环氧乙烷；水合；乙二醇引言：乙二醇是化工合成中的重要原料，能够用于合成载冷剂、纤维以及增塑剂等。
其中利用环氧乙烷催化水合制备乙二醇具有工艺简便以及产率高等特点，但是这种工艺的能耗较大，极大地提高了乙二醇的生产成本，所以需要对其进行改进。
而对于溶剂对于环氧乙烷催化水合乙二醇的影响进行分析研究，则能为降低乙二醇的生产成本提供便利。
1.实验部分1.1实验原料与设备实验的原料分别为环氧乙烷、乙二醇、丙三醇、纯化水以及NY催化剂。
其中环氧乙烷的纯度为99%，乙二醇则为分析纯，二者全都由Aladdin有限公司研制；而丙三醇为分析纯，则由荣润化工研制；此外，实验使用的纯化水和NY催化剂全部为实验室自制；并且实验中所有原料全部为工业品。
1.2实验步骤本次实验需要使用溶解度装置，该装置分别由四口烧瓶、温度程序控制仪、电动搅拌器以及电热器等部分共同构成，并利用热电偶对温度进行控制。
在进行实验时，实验人员应该将仪器清洗干净，并将其烘干，确保仪器中不带有任何水分，然后把50g的丙三醇溶剂倒入进四口烧瓶当中，并对其进行加热，使温度能够符合实验要求。
与此同时实验人员还要将搅拌器打开，利用搅拌器对溶剂进行搅拌，从而检测出该溶剂的溶解度。
另外，为了更好地掌握溶剂对于乙二醇的影响，实验人员选择吸收反应装置开展正交试验，以此来确保实验结果的准确性与可靠性。
2.实验结果与讨论2.1溶解度比较为了找到一种能够代替乙二醇的溶剂，需要先找到对NY催化剂拥有良好溶解度的溶剂，如此才能让催化剂在进行循环时，减少丙三醇的含量，从而实现减少能耗这一目的，实现生产成本的降低，提高企业的经济效益[1]。
根据在不同温度下，乙二醇以及丙三醇的静态溶解度的对比，能够更好地找出替代乙二醇的溶剂。
乙二醇合成技术研究进展_何立
收稿日期 : 2005 12 12; 修回日期 : 2006 03 03 作者简介 : 何 立 ( 1974- ) , 工 程师 , 主要从事环氧乙烷催化水合合成乙二醇的研究 。
12
工 业 催化
2006 年第 6 期
1
环氧乙烷经碳酸乙烯酯合成乙二醇
该法是 20 世 纪 70 年代美国 SD 公司 和 UCC
环氧乙烷非催化水合法是当今工业生产乙二醇 的主要方法, 生产技术为 Shell、 SD 和 UCC 三家公 司所 垄断 , 全 球约 70% 的乙二 醇装 置采 用 SD 和 Shell 公司的技术。在 n ( 水) n ( 环氧乙烷 ) = ( 20~ 25) 1、 反 应 温 度 150 ~ 200 和 反 应 压 力 0 8 ~ 2 0 MPa 条件下, 环氧乙烷转化率 100% , 单乙二醇 选择性 88% ~ 91% 。该工艺主要的缺点是 水和环 氧乙烷物质的量比高 , 同时单乙二醇选择性偏低, 流 程长 , 能耗大, 生产中大量的能量用于蒸发产品中的 水分。为了降低能耗, 提高目的产物单乙二醇的选 择性, 各国相应竞相开展碳酸乙烯酯法和环氧乙烷
[ 3- 10]
施工业化应用[ 19-
20]
。
2
环氧乙烷催化水合制乙二醇
如碳酸乙烯酯法制备乙二醇一样, 国内外也相继
开展了环氧乙烷直接催化水合法制备乙二醇的研究。 Shell 公司 早期 曾采用氟磺酸离子交换树脂 催化 剂, 其 pKa < 2 5。在 75 ~ 115 , n ( 水) n ( 环氧乙烷 ) = ( 3 1) ~ ( 15 1) 时, 乙 二醇选 择性 94% , 缺点是水与环氧乙烷物质的量比仍很高, 并且 树脂使用过程中的失活与再生、 树脂的机械强度、 耐 磨损率以及分离等方面存在的问题不能很好解决, 20 世纪 80 年代以后 , 基本上检索不到采用阳离子 交换树脂催化环氧乙烷水合的研究报道。鉴于此, Shell 公司[ 21- 25] 又开发了包括一系列具有正电中心 的固体物质为催化剂。该催化体系中, 正电中心与 并非卤素或非金属的阴离子配位。当正电中心带有 季铵基的阴离子交换树脂, 而阴离子是碳酸氢盐时, 该反应过程在无二氧化碳存在的情况下进行 ( 认为 二氧化碳的存在对含有季铵基的碳酸氢盐型离子交 换树脂有害 ) 。常用的阴离子为甲酸根、 碳酸氢根和 亚硫酸氢根等。 上述催化剂的缺 点是寿命短和耐热性能比较 差。即使在较低的温度范围内( < 95 ) , 催化剂的 膨胀仍比较严重。采用聚有机硅烷铵盐催化剂来解 决其热稳定性问题, 在 n ( 水 ) n ( 环氧乙烷) = 1~ 6、 温度 90~ 150 和压力 0 2~ 2 0 MPa 反应5~ 7 h,
环氧乙烷催化水合制乙二醇催化剂研究进展
最近该 公 司又成 功地 开发 出新一 代水合 催化 剂 Ｓ０ ， １０ 并完 成 了催 化 剂筛选 和 ４ ０ｋ ａＥ ｏ ０水 合 装置 的工 艺设计 ， 化剂水 合 已经完 成 了单 管 和 中试 ， 催 试 验 经过工 程放 大试验 就有 可能 在 日本 装置 上实 现工 业 化生产 ， 并将 此技 术引入 国外 其他 Ｅ Ｇ项 目上 。 Ｕ Ｃ公 司早 期 开 发 了 ２种 水 合催 化 剂 ： 种 是 Ｃ １
关键词
乙二 醇 ； 氧 乙烷 ； 化 水 合 ； 化 剂 环 催 催
中图分类号 Ｔ ２ ．６ Ｑ ２ ３１
文献标识码 Ａ
文章编号 １０ — ８ ９２） ）６ ０ ４ — ３ ｏ６ ６ ２（（ ８０ — ０ ６ ０ ｏ
乙 二 醇 （ Ｇ） 最 简单 、 重 要 的脂 肪 族 二 元 Ｅ 是 最
摘 要 介 绍 了国 内 外对 环 氧 乙烷催 化 水合 法制 备 乙二 醇 的催 化 剂 研 究 进 展 情 况 ． 述 了各 评
催 化 剂 的 特 点 ， 对 应 用 状 况进 行 了分 析 。 为环 氧 乙烷 催 化 水合 法制 乙二 醇 必 将 代 替 非 并 认
催化水合法 ， 而技 术 的 关键 是 催 化 剂的 开 发 。
选择 。本 文 主要介 绍 目前 国 内外 Ｅ ０催 化 水合 法 制 备Ｅ Ｇ催 化 剂的研 究进展 情况 。
９ ，压 力 １ ａ的 条 件 下 。 Ｏ 转 化 率 大 于 ０ ． ＭＰ ４ Ｅ ９ ％ ，Ｇ选 择性 为 ９ ％。 ６ Ｅ ６ 这些催 化 剂对 于降低水 比、
提 高转化 率及 提高选 择性 均有 利 ，但 部分 催化 剂会 流 失到 产物 Ｅ 中 ，从 而增 加 了不 必要 的分 离 提纯 Ｇ
环氧乙烷催化水合生产乙二醇动力学研究
３ ｆ 科 学 院 大 连 化 学 物 理 获得 Ｅ 要 Ｇ产 品 ， 就需 要消耗 大 量蒸 汽 和庞
１ 实验部分
１ １ 原 材料及 设 备 ．
ｗ（ Ｏ ＝９． ： Ｅ ） ９９ 辽阳石化公司； 氮气） Ａ ｏ 叫（ 一 ９． ９ ： ９ ９ 大连化 物所气体公 司； ２ ３ Ｊ大孔型 Ｄ ０Ｎ 阴离子交换树脂 ： 体积 交换 容量为 １ ４ ｏ ．１ ｍｍ ｌ ／
力学模型． 究结果表 明， Ｇ的生成速率对 Ｅ 研 Ｅ Ｏ浓度具有一 级反应特 征． 对试验数据 进行 了回归， 得到
了动力学模 型参数 ， 其反应 活化 能为 ４ ． Ｊｔｏ， ２４ｋ ／ ｌ指前 因子为 ５ ４ ×１ ｈ ｏ ８ ０ 一 。回归数 据的线性相 关系 数 均大于 ０ ９ ， 明该模 型能够 充分体现反应特征 。 ． ６说 关键词 ： 离子交换树脂 ； 阴 环氧 乙烷 ； 催化水合｛ 乙二醇 ， 力学 动 中图分类号 ： Ｑ ２３ １ ２ Ｔ ２ ． ６ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： ０ ８０ １ （０ ７０ —０４０ １０ —５ ｌ２ ０ ）６０ ２—４
维普资讯
第 ６期
黄彦科 ， 环 氧乙烷催化水合生 产乙二醇动力学研究 等．
・２ ・ ５
采用 相对 法定 量 。
式 中 Ｃ 示 浓 度 ， ｌＩ； 表 示 反 应 物 在 催 表 ｍｏ／ ，
化床层 内的停 留时间， ； ｈ 表示反应物 的吸 附量
（ ５ ４ １ ２ — ０） ０ ０ ０ — １０
环氧乙烷催化水合制乙二醇研究进展
第 １ ０卷 第 ２期 ２００２ 年 ３ 月
工 业 催 化
Ｉ ＮＤＵ ＲＩ ＡＬ ＴＡＩＹＳ Ｓ ＣＡ ． Ｉ
ｖ０ ． ０ Ｎｏ ２ 【１ ． Ｍ ａ ．２ ０ ０ ２ ｒ
环 氧 乙烷 催 化 水 合 制 乙二 醇 研 究 进 展
１ ０ ２ ０ 和 大 于 １ ９ ａ 水 合 。反 应 勿 需 催 化 ９－ ０℃ ． ＭＰ 下
的脂 肪族 二 元 醇 。其 最 大 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 、 塑 剂 、 增 油漆 、 粘 胶 剂 、 面 活性 剂 、 药及 电容器 电解 液 等 产品不 可 缺 表 炸
全球 约 ７， Ｃ ％的 乙二 醇 装 置 采 用 Ｓ 和 Ｓ ｅｌ 司 的 Ｄ ｈ ｌ公
１ 反应原理
１ １ 非催 化 反 应原 理 ．
主 反应 生成 乙二 醇 ：
技术 。 反应 物 中环 氧 乙烷 和 水 的摩 尔 比为 １ ２ ， ：２ 在
收稿 日期 ：０ １０ —８ ２ ０ —５２ 作者简 介 ： 李应成 （ ９２ ） 男 ， １７ 一 ， 工程师 ， 硕士 ， 发表论文 十余篇 ， 申请 专利 ６项 ， 主要从事 氧化催化剂 的研 制与开发 。
份 。该 工艺 最 大 的缺 点 是能 耗 大 。例 如 ， 当水 、 氧 环
乙烷 的摩 尔 比（ 称水 比 ） ２ 简 为 ０时 ， 过 蒸 发 除 去摩 通 尔量 大 约为 乙二醇 １ ９倍 的无 用 水 所 需 的 热 能 为 每
摩 尔 乙二 醇 ７ ４ Ｊ １ ｋ 。这 意 味 着 生 产 １吨 乙二 醇 要 耗
环氧乙烷和水合成乙二醇反应的热效应
环氧乙烷和水合成乙二醇反应的热效应文章标题：环氧乙烷和水合成乙二醇反应的热效应引言：环氧乙烷和水合成乙二醇的反应是一个广泛应用于化工领域的重要过程。
本文将深入探讨该反应的热效应，重点分析反应过程中产生的热量变化、反应热以及其在工业生产中的应用。
一、环氧乙烷和水合成乙二醇反应的基本原理环氧乙烷和水合成乙二醇的反应是一种通过开环加水的方式将环氧化合物转化为醇类化合物的常见反应。
该反应通过水的加入，使环氧乙烷分子开环并与水反应，生成乙二醇。
反应的基本化学方程式如下：CH3CH2OCH + H2O → HOCH2CH2OH二、反应过程中的热效应反应过程中释放或吸收的热量变化被称为热效应。
环氧乙烷和水合成乙二醇反应的热效应可以通过测定反应前后系统的温度变化来确定。
在该反应中，反应过程会释放热量，因为反应生成的乙二醇是一个较稳定的化合物。
反应热可以用来表示单位摩尔物质在反应过程中释放或吸收的热量，通常以焓变的形式表示。
三、热效应的应用1. 工业生产中的应用环氧乙烷和水合成乙二醇反应的热效应在工业生产中有着广泛的应用。
这是因为在大规模生产乙二醇时，热效应可以提供反应过程所需的能量。
通过控制反应过程中的温度和反应物的投入量，可以实现乙二醇的高产率合成。
2. 反应机理的理解热效应的研究也有助于深入理解环氧乙烷和水合成乙二醇反应的机理。
通过探究反应热变化的过程，可以揭示反应中产物和中间物之间的相互作用及其能量变化。
这对于优化反应条件、提高反应效率和开发新的催化剂具有重要意义。
结论：本文深入探讨了环氧乙烷和水合成乙二醇反应的热效应，并分析了该反应中产生的热量变化、反应热以及其在工业生产中的应用。
热效应在工业乙二醇生产和反应机理研究中扮演着重要角色，对于提高反应效率、控制反应过程至关重要。
深入理解和应用热效应可以为该反应的优化和工业化应用提供有力支持。
观点和理解：环氧乙烷和水合成乙二醇反应的热效应对于工业生产和反应机理的研究具有重要意义。
环氧乙烷催化水合制乙二醇研究进展
( 4) ( 5)
H 2C
CH 2
CH 2 + CH 2 OH + H 2 O
H 2C
CH 2 + H +
( 6)
OH 该法是早期 工业化时最常用 的方法。如采用 H 2 SO 4 、 H COOH 或 H 3 PO4 等作催化剂 , 最常用的是 0 5% ~ 1. 0% 的硫酸水溶液。在 50~ 70 和常压 下进行均相反应, EO 转化率高达 100% , MEG 选择 性 94% 以上。其中第二步反应速率较慢, 为水合过 程的控制步骤。因腐蚀、 污染及乙二醇的质量问题, 目前已不采用硫酸作催化剂。 1 3 碱催化反应机理 环氧乙烷在中性或碱性条件下 , 按照 SN 2 反应 机理进行水合。
3y - nz A z n32-
焙烧 18 小时以形成结晶 ;
( 4) 过滤、 洗涤、 干燥并焙烧 ( 300~ 600 , 12~ 24 小时) ; 上述催化剂前驱物也可用水滑石为起始物 , 将 碳酸根置换为有机酸根。 ( 5) 在 pH 值 9~ 11 范围内将 I 与过渡金属含氧 酸盐接触( 如离子交换 ) ; ( 6) 60~ 75 焙烧 18 小时以形成结晶 , 过滤、 洗 涤、 干燥、 焙烧( 300~ 600 , 12~ 24 小时 ) ; ( 7) 压片或挤条成型。 在水比 22, M 为 Ni、 Q 为 Al、 E 为 V 时, 各有机 间隔基对催化剂的性能影响如表 2 所示。 表 2 含阴离子有机间隔基的水滑石型 催化剂催化环氧乙烷水合制乙二醇的选择性 Table 2 Selectivity to MEG for EO hydration over heterogeneous hydrotalci te typecatalysts containing large organic anion spacers
环氧乙烷水合法生产乙二醇工艺
环氧⼄烷⽔合法⽣产⼄⼆醇⼯艺Tianjin Engineering Technical Institute毕业⼤作业题⽬：____________________________ ____________________________班级：_________________姓名：_________________指导⽼师：_________________完成⽇期：_________________浅谈环氧⽔合法⽣成⼄⼆醇摘要:环氧⼄烷（以下简称EO）和⽔在⼄⼆醇（以下简称EG）反应系统反应⽣成⼀⼄⼆醇（MEG）、⼆⼄⼆醇(DEG)、三⼄⼆醇(TEG).⼤部分⽔解⽔会在后浓缩塔以及⼄⼆醇精制系统之前的四效蒸发系统进⾏脱除。
⼯艺蒸汽产⾃于⼄⼆醇第四效脱⽔塔并且⽤于给其他⼏个⼯艺单元提供热量。
杂质通过惰性组分排放，从脱⽔塔再沸器由主放空冷凝器以及⼯艺⽔罐上的醛放空⽓提塔除去。
关键词：⼄⼆醇蒸发⼯艺⽔精制回流前⾔：环氧⼄烷直接⽔合法⽣产⼄⼆醇是⼀种最常⽤的⼯业⽅法。
本⽂重点介绍的是环氧⼄烷和⽔在通过三次换热后，进⼊列管式反应器以及⼄⼆醇精整反应器中完全反应⽣成以⼄⼆醇/⽔为主的混合物流。
然后进⼊四效脱⽔塔进⾏脱⽔，随后进⼊真空塔再次脱⽔。
之后进⼊⼄⼆醇塔将⼄⼆醇产品采出，最后进⼊⼆⼄⼆醇塔采出⼆⼄⼆醇等产品。
第⼀章⼄⼆醇§1.1⼄⼆醇（以下简称EG）的物化性质1.1.1物理性质⼄⼆醇（Ethylene Glycol，简称EG）⼜名⽢醇，外观为⽆⾊⽆臭有甜味粘稠液体，分⼦式为C2H6O2，分⼦量为62.07，凝固点-13.2℃，沸点197.5℃，相对密度(⽔=1)1.11；相对密度(空⽓=1)2.14，蒸汽压6.21kPa/20℃闪点：110℃，折光率1.43063；溶于⽔、低级醇、⽢油、丙酮、⼄酸、吡啶、醛类，微溶于醚，⼏乎不溶于苯、⼆硫化碳、氯仿和四氯化碳。
1.1.2化学性质与⼄醇相似，主要能与⽆机或有机酸反应⽣成酯，⼀般先只有⼀个羟基发⽣反应，经升⾼温度、增加酸⽤量等，可使两个羟基都形成酯。
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环氧乙烷催化水合制乙二醇催化剂研究进展解析
乙二醇是一种比较重要的有机化工原料，自身的用途集中在生产聚酯纤维、防冻剂等等，对化工生产具有非常重要的作用。
相对而言，我国在生产乙二醇催化剂的过程中，经过了漫长的研究和分析，获得的成果值得肯定。
当前的环氧乙烷催化水合制作，基本上可以得到理想的乙二醇催化剂，同时为化工生产水平的进步，提供了足够的支持，文章就此展开讨论。
标签：环氧乙烷；催化；水合剂；乙二醇
对于乙二醇的制作而言，环氧乙烷水合法的应用，基本上成为了行业内的普遍做法，并且拥有非常长的历史，经过了很多年的研究。
我国在化工方面的起步并不算早，但国内的很多研究都与乙二醇催化剂制作具有密切的关系。
环氧乙烷催化水合制在应用过程中，各个研究机构对此都持有不同的看法，所以在具体的制作过程中，也存在一定的差异，应在乙二醇催化剂的制作当中，充分发挥环氧乙烷催化水合制的优势，并且在方式、方法上，进行不断的更新，融入更多的内容。
1 均相催化剂
乙二醇催化剂的研究历程非常漫长，环氧乙烷催化水合制的应用过程中，均相催化剂的方法是比较常见的应用类型，并且对乙二醇催化剂的制备产生了非常积极的作用。
在1972年，DOW化学公司，申请了催化酯交换烷烯碳酸酯的专利。
该公司的技术应用，主要是通过碱金属，或者是碱金属的衍生物，以此来作为催化剂，并且在200摄氏度的状态下，有效反应4个小时，从而将二氧化碳和环氧乙烷反应进行有效的融合，最终将得到碳酸乙烯酯。
之后，会将碳酸乙烯酯作为中间产物，有效生成乙二醇催化剂。
该方法在应用过程中，碳酸乙烯酯的转化率为45%，在当时是比较高超的一种方法。
但以目前的角度来看，该方法不仅在制备上特别的复杂，同时需要掌控的条件也比较多，对设备的要求高，想要大量的生产乙二醇催化剂，其经济成本偏高。
随后，很多公司都对乙二醇催化剂开展深入的研究，并且针对环氧乙烷催化水合制开展深入的研究。
在20世纪80年代，乙二醇催化剂的制作开始走向了多元化的道路，各种制备方法都表现的比较理想。
例如，有相关的专利报道显示，利用碳酸乙烯酯进行水解处理，最终合成的乙二醇催化剂，其中含有碱金属，或者是碱金属的卤化物，或者是碳酸钾类化合物等等。
利用这些化合物，能够将碳酸乙烯酯的转化率，提高到98%--100%之间，而此时的乙二醇催化剂，其在选择性方面，也可以達到97%--99%。
在该阶段，乙二醇催化剂的生产数量、应用范围大幅度的提升，各个公司及化工产业，均因此得到了很大的进步。
我国针对化工产业是高度重视的，因此国内的很多研究机构，也在不断的研
究乙二醇催化剂的制备方法。
南京工业大学是国家的重点化工研究院校，自身的实力雄厚。
其在开展乙二醇催化剂的研究过程中，同样是将环氧乙烷催化水合制作为基础的方法，但是其创新之处在于，研究了催化剂NY用于环氧乙烷水合制乙二醇催化剂，有效确定了水和环氧乙烷的比例，具体表现为4：1。
同时，在催化剂的质量分数上，不低于6%；在反应温度上，超过了45摄氏度；在反应压力上，超过了0.5MPa。
南京工业大学的研究方法，能够将环氧乙烷的转化率，达到99.8%以上，在制备乙二醇催化剂的过程中，其选择性超过了99%，达到了非常先进的水平。
2 非均相催化剂
针对乙二醇催化剂的研究，除了均相催化剂的方法外，非均相催化剂的方法，同样可以得到良好的结果，并且在很多方面，都为乙二醇催化剂的制备，提供了更多的选择。
在1987年，Texaco公司，开发了一种以离子交换树脂为催化剂的技术。
该项技术的应用过程中，主要是将二氧化碳与环氧乙烷的反应，作为主要的化学反应部分，从而得到碳酸乙烯酯。
之后，会将碳酸乙烯酯反应、甲醇反应进行融合，最终会得到碳酸二甲酯以及乙二醇催化剂。
该方法经过测试后，发现碳酸二甲酯，其选择性超过了90%，乙二醇催化剂的选择性，达到了97%以上，在当时已经是非常先进的水平，为乙二醇催化剂的制备提供了很多的参考。
在2006年，大连理工大学发明一种铜催化环氧乙烷水合制备乙二醇的方法。
利用微粒骨架铜、块状骨架铜或者负载型单质铜为催化剂，在n（水）：n（环氧乙烷）=5：1--20：1、常压至几个大气压、80--15摄氏度的温和条件下，高效催化环氧乙烷水合制备乙二醇，环氧乙烷的转化率可达到100%，乙二醇的选择性达到85%--99%，主要副产物为二甘醇，三甘醇的生成量很少。
3 总结
乙二醇催化剂作为重要的化工原料，对很多化学产物的生产、加工，都具有非常重要的作用。
环氧乙烷催化水合制的方法，虽然是最基本的方法，但是在应用过程中，完全可以通过多元化的方式表现出来，整体上的可行性、安全性、可靠性，均是值得肯定的。
现阶段的乙二醇催化剂制备，国内已经充分的掌握，各项工作在执行当中，都获得了相应的帮助。
今后，应针对环氧乙烷催化水合制，进行深入的探讨，在其中加入更多的东西，推动乙二醇催化剂制备水平的提升。
参考文献：
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[3]成卫国，孙剑，张军平，张锁江，华炜.环氧乙烷法合成乙二醇的技术创新[J].化工进展，2014（7）：1740-1747.。