[发明专利]一种高效催化环氧乙烷水合反应制备乙二醇的方法

说明书

本发明公开了一种高效催化环氧乙烷水合反应制备乙二醇的方法，所述方法在二氧化碳气氛下，离子液体和有机碱催化环氧乙烷水合反应，反应水合比可降低至1∶1，得到大于99%的乙二醇选择性。本发明所述方法通过在离子液体和有机碱的催化反应体系中加入二氧化碳，可直接在计量的水合比条件下高选择性生成二元醇，能够解决现存直接水合反应工艺中水合比高的问题，可以有效降低后处理中的能耗和费用，且选用的催化剂简单易得、活性高，从而在环氧乙烷水合制备乙二醇的生产中具有潜在的应用。

技术领域

本发明属于均相催化技术领域，具体涉及一种二氧化碳存在下、高效催化环氧乙烷水合反应制备乙二醇的方法。

背景技术

乙二醇是一种最简单、最重要的二元醇，是十分重要的化工基础原料，在化学、材料、生物和医药等领域有着广泛的应用，主要用于生产聚酯树脂、聚酯涤纶、合成纤维、表面活性剂、干燥剂、燃料电池、抗冻剂和解冻液等产品。乙二醇的工业生产影响着石油化工的发展、能源的安全以及国民经济的基础产业，其生产与消费越来越为各国所重视。目前，乙二醇的工业生产主要有环氧乙烷法，通过环氧乙烷法生产的乙二醇约占乙二醇总产量的80％。但是，该方法存在着诸多问题，如：反应温度高、反应进料水合比高(20～25:1)、能耗大。

环氧乙烷催化水合法具有很好的工业应用前景，可以一定程度地降低直接水合法的原料消耗和能量消耗，并提高乙二醇的选择性。一般来说，催化剂包括均相催化剂和多相催化剂两类，且工艺路线对于催化剂的开发要求十分严格。迄今，已有众多的催化体系被报道(Chemical Society Reviews,2012,41,4218-4244)，包括无机酸，碱金属、碱土金属卤化盐/碳酸盐/碳酸氢盐/硫酸盐，胺类，离子交换树脂，金属氧化物(如：Nb₂O₅/Al₂O₃)，分子筛(如：H-ZSM-5，Sn-H-SSZ)，酸性聚离子液体等。但是这些催化体系存在着一定缺陷，例如①反应仍需要较高水合比(10:1)，未降低后处理过程中分离工艺的难度以及减少生产成本和能耗；②反应所需的反应温度和压力仍较高；③催化剂的稳定性差，使用寿命短；④催化剂制备复杂等。上述缺陷使得这些催化体系均难以实际应用到乙二醇的工业生产中。因此，开发简单的催化剂体系用于环氧乙烷水合反应，使反应在接近理论量的水合比的条件下，得到较高选择性的乙二醇是环氧乙烷催化水合制备乙二醇的关键。

发明内容

本发明的目的是提供一种高效催化环氧乙烷水合反应制备乙二醇的方法，该方法可降低反应水合比至理论值，乙二醇的选择性大于99％。本发明选用的催化剂制备简单、可高效催化反应，具有良好的应用价值。本发明可以解决已有技术存在的问题和不足，提供一种催化剂简单易得、反应水合比降低至理论值、乙二醇合成效率高的方法。

实现本发明目的的具体技术方案是：

一种高效催化环氧乙烷水合反应制备乙二醇的方法，特点是：该方法以离子液体和有机碱为催化剂，将二氧化碳引入反应体系，环氧乙烷水合反应制得乙二醇，具体为：将环氧乙烷、水、离子液体和有机碱置于高压反应釜中，密闭后持续通入二氧化碳，在反应温度为60～120℃、二氧化碳的压力为0.1～2.0兆帕的条件下，反应0.5～12小时，制得乙二醇；

本发明所述离子液体和有机碱同时存在于反应体系中；

本发明所述离子液体的化学结构如式(I)或(II)所示；

式中：R为H、C1～C6烷基、苄基或乙烯基；X为Cl、Br或I阴离子；

本发明所述有机碱的化学结构如式(III)～(VII)所示：

式中：R₁为H、C1～C6烷基、苄基、乙烯基或烯丙基；

本发明所述环氧乙烷和所述水的摩尔比为1:1～5。