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乙二醇(EG)的生产原料主要可以分为煤、石油、天然气和生物质,目前国内外大型EG生产装置均采用石油路线,即乙烯经过环氧乙烷(EO)直接水合。为提高产品的选择性,原料中H2O/EO摩尔比高达20以上,生产装置设置了多个蒸发单元,增加了流程的复杂性和设备投资,同时造成了水资源的严重浪费,直接影响了EG的生产成本,因此开发EG新工艺具有非常重要的意义。 碳酸乙烯酯(EC)法合成EG包括EO酯化和EC水解两个过程,该工艺的最大优点在于大大降低水比的同时实现了EC高转化率和EG高选择性。同时中间产物EC是一种良好的有机溶剂,并且可以固定EC水解产生的CO2,实现绿色循环生产。 本文针对该工艺中EC水解过程进行了研究,确定了以固体碱为催化剂的非均相催化研究路线,分别采用釜式反应器和固定床反应器对K2CO3/γ-Al2O3和CaO/γ-Al2O3的催化性能进行了全面的考察,为该工艺的放大和工业化生产提供了一定的理论基础。主要研究如下: 采用釜式反应器对一系列催化剂的催化活性进行了考察,确定了较优的催化剂为K2CO3/γ-Al2O3,合适的负载量为10%,接着研究了反应温度、H2O/EC摩尔比、催化剂含量、反应时间四个要素对EC转化率的影响。结果表明:在反应温度120℃、H2O/EC摩尔比1.2、催化剂质量分数0.3%、反应时间2.5 h条件下,EC转化率和EG选择性均达到100%。对催化剂的稳定性进行了初步考察,EC水解的最大转化率从100%下降到90.4%。 从实际工业应用的角度出发,选用固定床反应器为催化剂评价装置,制备了一系列负载型固体碱催化剂,并考察了不同催化剂和活性组分负载量对EC转化率的影响,确定了较优的催化剂为CaO/γ-Al2O3,CaO最优负载量为20%。接着考察了反应温度、液空速、H2O/EC摩尔比、反应压力四个因素对EC转化率的影响,结果表明较优的工艺条件为反应温度165℃、液空速1.2 h-1、H2O/EC摩尔比1.8、反应压力1.6 MPa。在此工艺条件下,EC转化率和EG选择性都达到100%。在温度150℃、液空速1.2 h-1、H2O/EC摩尔比1.8、反应压力1.6 MPa条件下,进行了100 h寿命实验,结果显示EC的转化率总体保持在90%左右,EG选择性始终保持100%。