CN102452900B

CN102452900B - 一种由乙烯制取乙二醇的方法

Info

Publication number: CN102452900B
Application number: CN201010522147.9A
Authority: CN
Inventors: 王海波; 孙万付; 勾连科; 宋丽芝; 薛冬
Original assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals
Current assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals
Priority date: 2010-10-15
Filing date: 2010-10-15
Publication date: 2014-01-01
Anticipated expiration: 2030-10-15
Also published as: CN102452900A

Abstract

本发明公开了一种由乙烯制取乙二醇的方法。该方法包括：在钛硅分子筛复合催化剂存在下，乙烯和双氧水直接进行环氧化、水合反应一步反应制得乙二醇，该催化剂由钛硅分子筛、酸性分子筛和树脂组成。本发明方法采用钛硅分子筛复合催化剂实现了固定床由乙烯制取乙二醇的工艺，解决了以往制备乙二醇采用乙烯环氧化、环氧乙烷水合二步反应步骤繁琐，能耗高的问题，提高了反应效率。

Description

一种由乙烯制取乙二醇的方法

技术领域

本发明属于一种乙二醇的制备方法，适合于乙烯的环氧化、水合制备乙二醇的催化反应过程中。

背景技术

自意大利Enichem公司1983年首次合成晶格氧选择氧化钛硅分子筛催化剂TS-1以来，由于其优异的氧化选择性和温和的反应条件而成为氧化催化剂研究的热点，这一发现被视为环境友好催化剂开发的一大突破。

钛硅分子筛催化剂在烯烃的环氧化催化方面具有非常重要的作用，对于低碳烯烃的环氧化反应，以钛硅分子筛为催化剂，过氧化氢为氧化剂的液相环氧化过程；由于反应条件温和，产物选择性高，环境友好等，被认为是非常具有应用潜力的低碳烯烃环氧化制备环氧化合物及其下游产品的催化转化过程。

乙二醇又称甘醇，或乙撑二醇，乙二醇是一种重要的石油化工原料，是乙烯的重要衍生物之一，也是二元醇中产量最大的产品，自被发现与对苯二甲酸(PTA)反应生成聚对苯二甲酸乙二酯可作为聚酯纤维和聚酯塑料的原料后，乙二醇的用量迅速增加。目前，乙二醇广泛用于生产聚酯、防冻剂及润滑剂、增塑剂、表面活性剂和炸药等。

在乙烯环氧化、水合制备乙二醇的过程中，由于从乙烯到乙二醇的转化是两步的连续反应，涉及到选择氧化和酸催化两种催化反应体系。在传统的生产工艺中，乙烯环氧化生成环氧乙烷和后续的环氧乙烷水合反应是分开进行的，主要是因为这两个反应的反应条件相差太大，环氧乙烷水解所需的水是在第二步反应中加入的。乙二醇的工业生产方法是采用乙烯、氧(或空气)为原料，在银催化剂、甲烷或氮致稳剂、氯化物抑制剂存在下乙烯直接氧化为环氧乙烷，继而环氧乙烷与水以一定摩尔比在管式反应器内进行水合反应生成乙二醇，乙二醇溶液经蒸发提浓、脱水、分馏，得到乙二醇及其它二元醇副产品。CN1437590A提出一种在高选择性银基催化剂存在的条件下，使乙烯气相氧化成环氧乙烷，再采用下一个反应过程得到相应的乙二醇和乙二醇醚。该制备环氧乙烷的条件苛刻同时有大量的副产品二氧化碳生成，对乙烯资源造成浪费，同时生产乙二醇和乙二醇醚需要另一个工艺过程。

在烯烃环氧化的应用中，钛硅分子筛催化剂表现出优良的择型催化性能，一般粒径越小，催化剂活性越高，选择性越好，实际应用中钛硅分子筛催化剂的粒径约为0.1-15.0μm，然而，这样小的粒径会给催化剂与产物的分离带来极大的困难，虽然已有各种关于过滤材料的研究成果应用于实际，但对于钛硅分子筛催化剂与产物的分离，其过滤时产生的阻力并不在于过滤材料的孔道的大小，而是来自于极细小的催化剂粒子占据并堵塞所形成的滤饼的孔道，尤其是粒径小于2μm的催化剂粒子对过滤最为不利，这样造成生产效率低下，也影响到钛硅分子筛工业化应用的进程。小粒径的催化剂在过滤时除堵塞滤饼孔道外，部分则从过滤介质的孔道中流失，一般流失率约为催化剂投入量的5％～8％，不仅造成催化剂的无谓消耗，而且进入产品物料中造成进一步的副反应，导致分离成本的增加，影响产品质量。

CN1807376A给出一种由乙烯经环氧乙烷制备乙二醇的系统，涉及乙二醇的生产工艺。该系统包括环氧乙烷反应系统、环氧乙烷水合反应系统、乙二醇蒸发系统和真空脱水系统。该方法通过优化环氧乙烷反应器的列管式固定床反应器，增加反应管的管径，改进蒸发系统，得到了设备投资少、占地省、有效解决设备的防腐和结焦问题的效果，尤其适用于乙二醇生产的增产扩建。但是仍然没有根本上解决乙烯经环氧乙烷制备乙二醇工艺过程繁杂，能耗高的问题。

发明内容

为克服现有技术存在的不足，本发明提供了一种采用固定床工艺、工艺简单、原料转化率高、目的产物选择性高的由乙烯制取乙二醇的方法。

本发明的由乙烯制取乙二醇的方法，该方法采用固定床反应器，包括：在钛硅分子筛复合催化剂存在下，乙烯和双氧水进行环氧化、水合耦合反应，制得乙二醇，其中所采用的钛硅分子筛复合催化剂，以催化剂的重量为基准，钛硅分子筛和酸性分子筛的总含量为1％～50％，优选为10％～25％，树脂的含量为50％～99％，优选为75％～90％，其中钛硅分子筛和酸性分子筛的重量比为5∶1～20∶1。

所采用的钛硅分子筛复合催化剂的性质如下：比表面积为70～260m²/g，孔容为0.15～0.50cm³/g，强度为8～25N.mm^-1。

所述的酸性分子筛是指具有酸催化功能的分子筛，选自但不限于下列分子筛：硅铝分子筛、磷酸硅铝分子筛中的一种或多种，优选为β分子筛、ZSM系列分子筛、丝光沸石、八面沸石、毛沸石、A型沸石、MCM系列分子筛、SAPO系列分子筛中的一种或多种，ZSM系列分子筛可以为ZSM-5、ZSM-8、ZSM-11、ZSM-35中的一种或多种，SAPO系列分子筛可以为SAPO-5、SAPO-11中的一种或多种，MCM系列分子筛可以为MCM-22、MCM-41分子筛中的一种或多种，进一步优选为β分子筛、ZSM-5分子筛、丝光沸石、Y沸石中的一种或多种。所述酸性分子筛为氢型分子筛及其改性分子筛、多价阳离子交换分子筛及其改性分子筛中的一种或多种，优选为氢型分子筛及其改性分子筛中的一种或多种。所述的氢型分子筛可以经铵交换后铵离子的分解或氢离子交换得到，所述的多价阳离子交换分子筛是经过多价阳离子交换得到，比如碱土金属阳离子交换分子筛、稀土金属阳离子交换分子筛等。所述的改性分子筛包括但不限于采用调节分子筛酸性、孔结构、硅铝比、非骨架铝等参数的方法改性后得到的分子筛。

所述的树脂为苯乙烯与多烯基化合物的聚合物，两者的重量比为2∶1～5∶1。所述的多烯基化合物可以是二乙烯苯、二乙烯甲苯和二乙烯二甲苯中的一种或多种，优选为二乙烯苯。

本发明的钛硅分子筛复合催化剂的制备方法，包括：

将钛硅分子筛粉体、酸性分子筛粉体、制备树脂用的聚合单体以及制孔剂充分混合，在引发剂存在下，在60～150℃，最好是80～90℃进行聚合反应3～10小时，最好是4～6小时，得到块状固体催化剂；然后经破碎得到催化剂固体颗粒，将上述催化剂固体颗粒加到卤代烃中溶胀后，采用溶剂抽提，得到本发明的钛硅分子筛复合催化剂。

本发明方法中，所述制孔剂的加入量为钛硅分子筛粉体、酸性分子筛粉体和制备树脂用的聚合单体总重量的30％～60％。

所述的制备树脂用的聚合单体中，一种为聚合单体苯乙烯，另一种聚合单体多烯基化合物，两者的重量比为2∶1～5∶1。

所述的聚合单体多烯基化合物可以是苯乙烯、二乙烯苯、二乙烯甲苯、二乙烯二甲苯中的一种或多种。

所述的制孔剂可以是汽油、C₅～C₁₃正构烷烃、C₄～C₁₂脂肪醇中的一种或多种，最好是C₅～C₁₃正构烷烃中的一种或多种。

所述的引发剂可以是过氧化苯甲酰和/或偶氮二异丁醇，加入量为钛硅分子筛粉体、酸性分子筛粉体和制备树脂用的聚合单体总重量的0.5％～2.5％。

所述的卤代烃可以是C₁～C₄的卤代烃，其中最好是1，2-二氯乙烷，所述的溶胀时间为3～8小时，最好是5～6小时。

所述的抽提溶剂可以是苯、甲苯、二甲苯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙醇、丁醇等中的一种或多种。所述的抽提反应温度为30～60℃，最好是50～60℃；所述的抽提时间为2～8小时，最好是4～6小时。

所述的由乙烯制取乙二醇的方法中，原料乙烯可以为纯乙烯或炼厂干气中的稀乙烯，乙烯的体积浓度为15％～100％；原料双氧水的体积浓度为1％～35％，优选为3％～25％。

所述乙烯制取乙二醇的方法中，原料乙烯和双氧水摩尔比1.0～5.0，优选为1.0～3.0。该方法的反应条件如下：反应温度为35～100℃，反应压力为0.1～4.5MPa，双氧水的体积空速为0.01～3.0h^-1，优选的反应条件如下：反应温度为40～95℃，反应压力为0.5～3.5MPa，双氧水的液时体积空速为0.1～2.0h^-1。

与现有技术相比，本发明方法具有以下特点：

1、本发明方法采用钛硅分子筛复合催化剂，具有环氧化和酸催化的双重催化功能，可将乙烯环氧化反应和环氧化合物的水解反应耦合起来，实现乙烯到乙二醇的一步反应，将可以大大的缩短例如传统乙二醇生产的工艺流程，降低能耗。

2、本发明方法采用的钛硅分子筛复合催化剂成型后可采用固定床反应器，解决了钛硅催化剂粉体的催化剂和反应液难于分离的问题，提高了反应效率。

3、本发明方法采用的钛硅分子筛复合催化剂在催化反应过程中由于大量惰性分散剂的稀释作用，使钛硅分子筛以隔离的形式存在，所以氧化反应热效应缓和，可减少副反应发生，提高了反应选择性。

4、本发明方法采用的钛硅分子筛复合催化剂成型后，不需要高温(＞500℃)焙烧脱除成型过程中加入的制孔剂，仅需低温(＜150℃)抽提活化，可避免造成分子筛骨架坍塌或钛硅脱离出骨架，充分保持钛硅分子筛活性。

5、本发明方法采用的钛硅分子筛复合催化剂树脂骨架在双氧水中非常稳定，可以保证催化剂在反应氛围中活性稳定。

具体实施方式

本发明中催化剂的比表面积和孔容是采用低温液氮吸附法测定的，催化剂的强度是采用QCY-602型催化剂强度测定仪测定的。

本发明方法所用的钛硅分子筛复合催化剂的具体制备过程如下：

(1)、聚合

在聚合釜内，加入钛硅分子筛粉体、酸性分子筛粉体、聚合单体苯乙烯、聚合单体多烯基化合物、制孔剂，搅拌混合均匀后，水浴升温，最好在60～90℃时加入引发剂，在60～150℃下进行聚合反应3～10小时，得到块状钛硅分子筛复合催化剂。

(2)、溶剂抽提活化

将上述的块状钛硅分子筛复合催化剂进行破碎造粒，筛分后选取粒径为1×1～5×5mm的催化剂，加入卤代烃进行溶胀，催化剂与卤代烃的体积为1∶10～1∶1，常温下溶胀3～8小时，倒出卤代烃后，再加入抽提溶剂进行抽提，其是抽提溶剂与催化剂的体积比为1∶1～5∶1，抽提反应温度30～60℃，抽提时间2～6小时，抽提次数2～5次，得到本发明的钛硅分子筛复合催化剂。

下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以下实施例并不是对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员结合本发明说明书及全文可以做适当的扩展，这些扩展都应是本发明的保护范围。

实施例1

在聚合釜内，加入钛硅分子筛粉体5.5g、Hβ沸石1g，聚合单体苯乙烯90g和二乙烯苯30g，制孔剂液蜡60g，搅拌混合均匀后，水浴升温到60℃时，加入引发剂过氧化苯甲酰1.5g，在90℃下聚合反应温度6小时，得到块状钛硅分子筛复合催化剂。然后进行破碎造粒，筛分后选取适宜粒径的催化剂，加入1，2-二氯乙烷250ml进行溶胀，常温下溶胀5小时。倒出1，2-二氯乙烷后，再加入乙酸乙酯200ml进行溶剂抽提，抽提反应温度55℃，抽提时间4小时，同样方法进行三次抽提，得到钛硅分子筛复合催化剂A，其物化性质见表1。

实施例2

在聚合釜内，加入钛硅分子筛粉体15g、H-ZSM-5分子筛3g，聚合单体苯乙烯90g、二乙烯甲苯15g、二乙烯二甲苯25g、制孔剂C₅脂肪醇60g，搅拌混合均匀后，水浴升温到80℃时，加入引发剂偶氮二异丁醇2.0g，在100℃下聚合反应温度6小时，得到块状钛硅分子筛催化剂。然后进行破碎造粒，筛分后选取适宜粒径的催化剂，加入1，2-二氯乙烷250ml进行溶胀，常温下溶胀5小时。倒出1，2-二氯乙烷后，再加入二甲苯200ml进行溶剂抽提，抽提反应温度55℃，抽提时间4小时，同样方法进行三次抽提，得到钛硅分子筛复合催化剂B，其物化性质见表1。

实施例3

将实施例1中钛硅分子筛粉体的重量变为30g，另外加入丝光沸石3g，其余同实施例1，得到钛硅分子筛复合催化剂C，其物化性质见表1。

实施例4

将实施例1中钛硅分子筛粉体的重量变为45g，另外加入Y沸石5g，其余同实施例1，得到钛硅分子筛复合催化剂D，其物化性质见表1。

实施例5

将实施例1中钛硅分子筛粉体的重量变为60g另外加入H-ZSM-5分子筛3g，其余同实施例1，得到钛硅分子筛复合催化剂E，其物化性质见表1。

实施例6

将实施例1中钛硅分子筛粉体的重量变为75g，Hβ沸石10g，其余同实施例1，得到钛硅分子筛复合催化剂F，其物化性质见表1。

表1催化剂的物化性质

催化剂编号	比表面积，m².g^-1	孔容，ml.g^-1	强度，N.mm^-1
				A	79.6	0.23	17.9
B	96.7	0.18	14.3
				C	111.3	0.22	11.5
D	141.5	0.30	10.1
				E	165.1	0.32	9.2
F	211.7	0.21	8.4

实施例7～12

取实施例1～6的催化剂(粒径2×2mm)50ml装入直径20mm，长1200mm的固定床反应器中，进行乙烯的环氧化、水合反应，制得乙二醇。乙二醇的分析方法采用HP6890气相色谱分析，FID检测器，HP-INNOWAX毛细管柱，H₂O₂分析方法采用氧化还原滴定高锰酸钾法，反应条件及结果见表2。

表2

表2中的百分数均为体积百分数。

Claims

1.一种由乙烯制取乙二醇的方法，该方法采用固定床反应器，包括：在钛硅分子筛复合催化剂存在下，乙烯和双氧水进行环氧化、水合反应，制得乙二醇，其中所采用的钛硅分子筛复合催化剂，以催化剂的重量为基准，钛硅分子筛和酸性分子筛的总含量为1％～50％，树脂的含量为50％～99％，其中钛硅分子筛和酸性分子筛的重量比为5：1～20：1；所述的酸性分子筛为硅铝分子筛、磷酸硅铝分子筛中的一种或多种；

所述的钛硅分子筛复合催化剂采用如下方法制备，包括：

将钛硅分子筛粉体、酸性分子筛粉体、制备树脂用的聚合单体以及制孔剂充分混合，在引发剂存在下，在60～150℃进行聚合反应3～10小时，得到块状固体催化剂；然后经破碎得到催化剂固体颗粒，将上述催化剂固体颗粒加到卤代烃中溶胀后，采用溶剂抽提，得到钛硅分子筛复合催化剂；所述的制备树脂用的聚合单体：一种为聚合单体苯乙烯，另一种聚合单体多烯基化合物，两者的重量比为2：1～5：1；所述的聚合单体多烯基化合物是二乙烯苯、二乙烯甲苯和二乙烯二甲苯中的一种或多种。

2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于所采用的钛硅分子筛复合催化剂以催化剂的重量为基准，钛硅分子筛和酸性分子筛的总含量为10％～25％，树脂的含量为75％～90％。

3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于所采用的钛硅分子筛复合催化剂的性质如下：比表面积为70～260m²/g，孔容为0.15～0.50cm³／g，强度为8～25N.mm^-1。

4.按照权利要求1述的方法，其特征在于所述的酸性分子筛为β分子筛、ZSM系列分子筛、丝光沸石、八面沸石、毛沸石、A型沸石、MCM系列分子筛、SAPO系列分子筛中的一种或多种。

5.按照权利要求4所述的方法，其特征在于所述的ZSM系列分子筛为ZSM-5、ZSM-8、ZSM-11、ZSM-35中的一种或多种，SAPO系列分子筛为SAPO-5、SAPO-11中的一种或多种，MCM系列分子筛为MCM-22、MCM-41分子筛中的一种或多种。

6.按照权利要求1所述的方法，其特征在于所述的酸性分子筛为β分子筛、ZSM-5分子筛、丝光沸石、Y沸石中的一种或多种。

7.按照权利要求1-6任一所述的方法，其特征在于所述酸性分子筛为氢型分子筛及其改性分子筛、多价阳离子交换分子筛及其改性分子筛中的一种或多种。

8.按照权利要求1-6任一所述的方法，其特征在于所述酸性分子筛为氢型分子筛及其改性分子筛中的一种或多种。

9.按照权利要求1所述的方法，其特征在于所述的多烯基化合物是二乙烯苯。

10.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，原料乙烯为纯乙烯或炼厂干气中的稀乙烯，乙烯的体积浓度为15％～100％，原料双氧水的体积浓度为1％～35％，原料乙烯和双氧水摩尔比1.0～5.0。

11.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，原料乙烯为纯乙烯或炼厂干气中的稀乙烯，乙烯的体积浓度为15％～100％，原料双氧水的体积浓度为3％～25％，原料乙烯和双氧水摩尔比1.0～3.0。

12.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法的反应条件如下：反应温度为35～100℃，反应压力为0.1～4.5MPa，双氧水的体积空速为0.01～3.0h^-1。

13.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法的反应条件如下：反应温度为40～95℃，反应压力为0.5～3.5MPa，双氧水的液时体积空速为0.1～2.0h^-1。

14.按照权利要求1所述的方法，其特征在于所述的钛硅分子筛复合催化剂的制备方法中，制孔剂的加入量为钛硅分子筛粉体、酸性分子筛粉体和制备树脂用的聚合单体重量的30％～60％。

15.按照权利要求1所述的方法，其特征在于所述的钛硅分子筛复合催化剂的制备方法中，制孔剂是汽油、C₅～C₁₃正构烷烃、C₄～C₁₂脂肪醇中的一种或多种。

16.按照权利要求1所述的方法，其特征在于所述的钛硅分子筛复合催化剂的制备方法中，引发剂是过氧化苯甲酰和／或偶氮二异丁醇，加入量为钛硅分子筛粉体、酸性分子筛粉体和制备树脂用的聚合单体重量的0.5％～2.5％。

17.按照权利要求1所述的方法，其特征在于所述的钛硅分子筛复合催化剂的制备方法中，卤代烃是C₁～C₄的卤代烃中的一种或多种；所述的溶胀时间为3～8小时。

18.按照权利要求1所述的方法，其特征在于所述的钛硅分子筛复合催化剂的制备方法中，抽提溶剂是苯、甲苯、二甲苯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙醇和丁醇中的一种或多种，抽提反应温度为30～60℃，抽提时间为2～8小时。