二氧化碳和水为原料一步法合成乙二醇

1、二氧化碳和水为原料一步法合成乙二醇1、引言乙醇，俗称无水酒精，可作为一种燃料，主要用于制备乙醇汽油；乙二醇与乙醇同类，是一种价格比乙醇更高、几乎完全依赖石油生产的基本有机原料，理论上也可以制备成为乙二醇汽油，年消费量已超过2000万吨。随着石油资源的日益枯竭以及温室效应危害的日益严重，二氧化碳和氢气合成甲醇、乙醇等民用燃料、煤制乙二醇等早已成为能源消费大国的研发热点，但是，由于其一直存在收率过低、成本过高、特别是氢源较难、二氧化碳排放量较大的致命缺陷，致使迄今为止甚至今后20年内普遍地实现产业化开发的可能性不大；如果说要用二氧化碳和水为原料合成乙二醇且达到普遍工业化实施的要求，则更是一个闻所未

2、闻、不敢相信的神话。但是，下述过程1充分说明，实际上用二氧化碳和水为原料合成乙二醇，是一件非常简单、成本非常低廉的事情，也由下述可知，只要把二氧化碳作为一个经典的羰基化合物，运用有机化学反应原理，就能够很清楚明了地理解或解释过程1的“非常简单”、“非常低廉”的结果。很明显，过程1属于有机合成反应中最简单的过程之一，合成反应领域众所周知，最廉价的原料和最简单过程的结合，制备成本一般是最低廉的，其技术竞争力也是最强的；更特别的是过程1不产生需要处理的任何“废气”、“废水”、“废渣”，原子利用率为100%，且过程为放热，属于一种最典型的清洁生产工艺。2、意义用二氧化碳和水为原料高效率、低成本地合成乙

3、二醇的巨大意义应该是显而易见的，但本汇报仍然摘录相关权威性的论文中如下所述的内容，以便进一步了解其涉及国家的能源安全、可持续发展、生态文明建设等层面上的意义：“预计到2015年，我国乙二醇需求量将达到1100万t,届时我国乙二醇的缺口仍有约550万t”;“生产1吨乙二醇耗原油2.5吨，目前世界上以石油路线生产的乙二醇超过2000万吨/年，需消耗5000万吨以上的原油，相当于大庆油田的年产油量”；“当今世界，能源安全不只是一个国家的问题，而且是一个全球性的问题。一国的能源安全不仅是一个经济问题，同时也是一个政治和军事问题，2020年中国石油的需求量将为4.5亿6.1亿吨，届时国内石油产量估计为1

4、.8亿吨，进口量达2.74.3亿吨，能否拥有充足而稳定的能源，已成为影响和制约中国经济发展的重要因素，而当进口量超过1亿吨时，就要考虑采取外交、经济、军事措施以保证石油供应安全了”；“随着能源安全问题的日益严峻，围绕着温室气体减排的全球博奕日益激烈二氧化碳是最大的温室气体，温室气体排放所产生的温室效应是近年来全球气侯变暖的主要原因，目前大家重点关注的全球气侯变暖所导致的影响主要有：冰川融化 生态系统破坏”；“如果未来征收碳税，将为新型煤化工行业带来不小的成本压力，有的产品甚至会失去现有的竞争力，煤直接制油和煤制乙二醇吨产品二氧化碳排放量分别为11.1、6.1、5.8和5.6 吨”；“中石化武汉

5、乙二醇装置能力38万吨/年”3、技术原理和成本分析 存在的问题是虽然已有一些专家正在从事二氧化碳和水为原料转化为可燃有机物的研究，可大多数专家都认为这样的循环利用二氧化碳既使从理论上分析可行，但要做到工程技术上和经济上也实用可行，则至少在今后20年内的可能性不大。主要理由是二氧化碳为无机物，必须加氢元素后才有可能转化为可燃物，然而二氧化碳属于燃烧的最终产物，非常稳定，近似于惰性气体，故二氧化碳加氢反应很难进行，必须输入大量的能量才能成立；且转化率和收率较低，制备成本很高；特别是氢气的来源将成为制约经济上实用可行的另一个瓶颈。但是，从有机反应的角度分析，这种对于二氧化碳还原反应的定论却是明显错误

6、的：二氧化碳分子量小，影响反应活性的空间障碍也小，特别是二氧化碳分子结构中含有累积的双羰基，明显属于一种活泼型的羰基化合物；而且，二氧化碳分子结构中除独含有这个双羰基外，再不含有氢等其它任何元素，不可能发生一般羰基化合物常有的羟醛缩合、康尼扎罗等类型的竞争性的副反应，选择性应该非常高，因此根据羰基还原反应的规律推导：针对羰基加成或羰基还原偶联这二种反应，二氧化碳应该属于羰基一类化合物中（除一氧化碳外）反应活性最强和选择性最高的化合物之一，所以，理论上二氧化碳应该属于制备二碳有机物的最优良的原料之一；而且，根据有机化学氢转移反应的原理，完全可以设计用水作为氢源代替氢气；一些实例已经证明了这一点，

7、例如：常温、常压下用浓氨水吸收二氧化碳生成碳酸氢铵就是一种经典的二氧化碳的羰基加成反应，此过程已显示二氧化碳在碱中的反应活性很强、选择性很高，实验也可以证明，用碳酸氢铵和水为原料容易制备乙醇酸和甘氨酸；下述过程1也证明了以水等为氢源还原二氧化碳（或碳酸盐）合成有机物的高活性和高选择性：过程1、投强碱性水溶液于反应器中，启动搅拌，同时或反应一定时间后，缓缓加入计算量的某种催化剂，室温下缓缓加入计算量的二氧化碳（或碳酸盐），调控温度继续反应至终点，主要产物为乙二醇等有机物，过程为放热反应，二氧化碳的转化率为99%，乙二醇等有机物的总收率为90%以上。由此过程1可知，以现有价格估算二氧化碳和水为原料

8、合成乙二醇的总成本不会超过3500元/吨，而长时间以来无水乙二醇的价格为7000-9000元/吨。所以，很明显，以过程1为基础完成的工程化技术一定能够为国家和社会创造巨大的经济效益；且一个燃煤发电企业，技术上也完全有可能在零碳减排的同时，相应地大幅度提高经济效益；而不需要把化费了高额代价才捕集的二氧化碳想方设法地找个地方去深埋(所谓CCUS碳减排技术，)；也可知由于过程1属于合成反应领域最简单的过程（一步法）之一，故其固定资产的投入和放大的难度应该相对最小。综上所述，本汇报的以二氧化碳和水为原料合成乙二醇等有机物的方法之化学原理是以二氧化碳为碳源，以水为氢源，根据有机化学羰基还原偶联反应和氢转移反应的原理和规律，结合近期发现的金属氢氧化物一步反应制备金属单质的新技