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乙二醇作为一种基本化工原料，主要用于生产合成树脂、防冻液、制冷剂、表面活性剂、润滑剂、增塑剂等精细化学品。根据原料不同将乙二醇生产方法分为石油化工和煤化工，石化路线最早，随着石油价格的上涨，乙二醇生产成本日益升高，煤化工路线生产乙二醇逐渐成为主要工业化方法。本文概述了两种乙二醇的生产工艺，分析了国内煤制乙二醇的发展现状，并提出了相关的建议。 按使用原材料分为石油和非石油合成路线，石油路线产能约占56%，煤制乙二醇约占35%，其余为甲醇制乙二醇[4]。石油路线以乙烯为原料，经环氧乙烷制取乙二醇；非石油路线以合成气为原料，采用多种方法合成乙二醇[5-6]。 1.1 石油路线法 该路线由石油生产乙烯，乙烯经氧化生产环氧乙烷，环氧乙烷水合生成乙二醇，包括环氧乙烷法、碳酸乙烯酯法、酯交换法等，其中非催化及催化水合环氧乙烷法是主要的生产方法。其具有工艺成熟，应用广等优点，但因以石油为原料，过程水耗、能耗大、成本较高[7-10]。 1.1.1 非催化水合法 又称环氧乙烷直接水合法，不使用催化剂，工艺技术成熟，优点有杂质少、目标产物质量高等；但其水烷比大、能耗高、流程长、成本高。为了克服进一步提高选择性、降低成本，催化水合法作为更高效的替代方法。 1.1.2 催化水合法 在催化剂作用下，环氧乙烷和水反应生产乙二醇的方法，其关键在于研发出低水烷比、高选择性的新型催化剂，如碱金属、碱土金属盐，羧酸盐，碱金属盐和杂多酸盐复合物等均相催化剂，铌氧化物、阴离子交换树脂、骨架铜等非均相催化剂，其提高了产品的转化率和选择性，降低了水烷比，但在催化剂稳定性、使用寿命等方面仍需改进。 1.1.3 碳酸乙烯酯法 水解法：该工艺为将二氧化碳和环氧乙烷在催化剂作用下反应生成碳酸乙烯酯，再经水解反应制得乙二醇。该法选择性高，成本大幅度下降，反应条件温和。 联产法：二氧化碳和环氧乙烷在催化剂作用下生成碳酸乙烯酯，其与甲醇反应生成碳酸二甲酯和乙二醇。该法的优点：利用了生产环氧乙烷的副产物二氧化碳，实现了节能减排；副产物碳酸二甲酯附加值高，用途广泛；是“零排放”的清洁生产工艺。 1.2 非石油路线法 该方法以煤为原料制备合成气或以焦炉气净化制备为原料制备合成气，经变换、脱硫脱碳、分离、合成、精制等工序生产乙二醇。又分直接和间接合成法，而间接合成法则是由合成气生产甲醇，再由甲醇制甲醛，间接生产乙二醇，其成本低、能耗低、水烷比低等优点[11-13]。 1.2.1 直接法 直接合成法作为最简单的乙二醇合成方法，是理论价值最高的一条生产工艺，最符合原子经济性。但因催化剂活性、反应压力、反应气转化率及乙二醇选择性等因素达不到工业化要求，未实现工业化。从反应方程式上看，直接合成乙二醇的甄子利用率高，是一种最为简单和有效的乙二醇合成方法。 化学反应平衡和热力学的原因，需要催化剂和高温高压条件，催化剂研究经历了羰基钴、三烷基膦和胺改性的铑、咪唑改性的钌催化剂等，这些催化剂的活性、选择性、转化率等指标仍不能满足低温高活性催化剂、降低反应压力工业化的需求。 1.2.2 草酸酯法 又称CO氧化偶联法，主要原料为NO、CO、H2等，由NO与O2反应生成N2O3，N2O3与甲醇反应生成亚硝酸甲酯，在钯催化剂作用下CO与亚硝酸甲醣氧化偶联得到草酸二酯，草酸二酯在加氢催化剂作用下得到乙二醇。从其技术路线来讲，草酸酯法为间接合成生产工艺。 1966年，美国联合石油公司提出了采用Pd-Cu催化剂的草酸酯法；1978年，日本宇部化学建立了年产6000吨的草酸二丁酯装置；20世纪80年代中科院福建物构所、上海化工研究院等开始研究该工艺。2010年，福建物构所与上海金煤化工、江苏丹化共同承担的年产20万吨煤制乙二醇工业示范项目在内蒙古通辽打通全流程，生产出合格的乙二醇；同时，河南煤化集团与江苏丹化在河南建立了5套年产20万吨乙二醇项目。 表1 乙烯法和合成气法成本比
当原油60美元/桶时，煤和天然气的价格只有分别低于300元/吨和1.7元/m3，合成气法才具有优势，乙烯法生产乙二醇的成本约4 600元/吨；原油100美元/桶时，对应的煤和天然气成本分别为850元/吨和2.8元/m3，乙烯法的生产成本约5500元/吨，此时合成气法具有较大的成本优势。当前以煤为原料的生产工艺短期内解决了我国乙二醇依赖进口的矛盾，但在当前低油价下面临严峻的竞争压力[14-16]。 2017年全球乙二醇产能3168万吨/年，同比增长3%，产量2682万吨/年，消费量2705万吨/年，到2020年产能将达4051万吨，需求量约3027万吨；我国乙二醇产能881万吨/年，产量613万吨，2020年至2025年新增产能1000万吨/年～1400万吨/年，年消费量约1700万吨[17]。国内乙二醇的主要消费是聚酯纤维，聚酯纤维的快速发展，带动乙二醇年均增速约18.4%，乙二醇则供不应求，2017年乙二醇的进口量占总消费量的58.33%。 表2 2018-2019年新建和投产煤制乙二醇项目
2017年我国乙二醇总产能929.3万吨，年增长5.21%。其中，合成气制乙二醇产量同比增长58.58%。随着国家对煤化工的支持，煤制乙二醇项目效益良好，项目建设及规划再掀热潮，截至2018年12月，我国煤制乙二醇32套，总产能达到443万吨，2018年新增煤制乙二醇投产项目199万吨，初步估计2019年新增煤制乙二醇投产项目324万吨。 （1）产业布局合理，严防产能过剩 现代煤化工资较大、能耗高，下游市场刺激了乙二醇市场繁荣，国内在建和计划建设大量的煤制乙二醇项目。政府部门需重视产业风险管控，防止投资过热带来的金融、产能过剩的风险，推动国内外产业布局，形成不同生产工艺竞争的市场；企业应根据市场实际状况，积极拓展乙二醇应用领域和产业链，化解市场风险，准备好应对进口产品的挑战。 （2）加大技术研发，建立自主知识产权体系 现有煤制乙二醇生产装置多采用CO氧化偶联、草酸酯催化加氢工艺。在乙二醇生产工艺、装置、催化剂等方面，福建物构所和丹化科技、高化学和日本宇部及华东科技大学、上海戊正科技、五环/湖北化学院及鹤壁宝马等做了相应的贡献，推动了产业化进程。 目前，主要是草酸酯、乙烯两大生产工艺，因此需要进一步加大技术研发力度，例如环氧乙烷水合法、碳酸乙烯酯法、合成气合成法、纤维素催化法。我国部分科研机构和院校已取得了很大的进展，应早日取得突破，形成自主知识产权体系，推动我国乙二醇技术进步。 （3）降低生产成本，增强成本优势 煤制乙二醇生产技术解决了我国乙二醇供给不足的矛盾，在石油价格的影响下，面临严峻的竞争压力。 首先，近期国际油价持续走低的影响，石油路线乙二醇的优势凸显，与煤制乙二醇路线形成竞争局面；其次，根据我国煤炭分布而发展的独有生产工艺有力地推动了我国煤化工的技术进步，但在降低成本方面，特别是减少公用工程用量、降低蒸汽和电耗成本，充分利用低热值的廉价煤炭或焦炉气为原料，提高草酸酯加氢工艺的经济性。 （4）降本提质增效，实施绿色发展战略 企业投资乙二醇项目时，考虑选址于水资源丰富、环境容量大、原料产地、市场和运输条件等因素，投建先进绿色工艺项目，降低水、电、气、汽的消耗，提高工艺的经济性，提高产品的质量和稳定性。生产工艺实现本质环保，解决“三废”的综合利用；同时制定绿色标准，创建绿色产品，走绿色化工之路。 |
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