一種製備滷乙醇和環氧乙烷的方法與流程

2023-06-03 01:51:49

本發明涉及一種滷乙醇的製備方法，以及由滷乙醇製備環氧乙烷的方法；更具體提供一種以乙烯為原料採用新滷醇法製備滷乙醇的方法，以及採用新滷醇法製備環氧乙烷的方法。

背景技術：

2-氯乙醇(也叫「氯乙烷」)是重要的有機溶劑和有機合成原料。用於製造環氧乙烷、合成橡膠、染料、醫藥及農藥等，也用作有機溶劑。用於製造乙二醇、環氧乙烷，及醫藥、染料、農藥的合成等。

環氧乙烷(以下簡稱「EO」)是一種重要的有機化工原料。它是一種有機化合物，化學式是C2H4O，是一種有毒的致癌物質，以前被用來製造殺菌劑。被廣泛地應用於洗滌，製藥，印染等行業。在化工相關產業可作為清潔劑的起始劑。環氧乙烷為一種最簡單的環醚，屬於雜環類化合物，是重要的石化產品。環氧乙烷主要用於製造乙二醇(制滌綸纖維原料)、合成洗滌劑、非離子表面活性劑、抗凍劑、乳化劑以及縮乙二醇類產品，也用於生產增塑劑、潤滑劑、橡膠和塑料等。廣泛應用於洗染、電子、醫藥、農藥、紡織、造紙、汽車、石油開採與煉製等眾多領域。

現有技術中，環氧乙烷的製備方法：一、氯醇法：分兩步反應，第一步是將乙烯和氯氣通入水中，生成2-氯乙醇。第二步是用鹼(通常為石灰乳)與2-氯乙醇反應，生成環氧乙烷。二、氧化法：可分為空氣法和氧氣法兩種。前者以空氣為氧化劑，後者用濃度大於95％(體積)的氧氣作為氧化劑。

氯醇法生產歷史悠久，氯醇法的主要工藝過程為乙烯氯醇化、石灰乳皂化和產品精製，其特點是生產工藝成熟、操作負荷彈性大、選擇性好，對原料乙 烯的純度要求不高，從而可提高生產的安全性，建設投資少。由於固定資產投入少，產品成本較低，其產品具有較強的成本競爭力。

現有技術的氯醇法製備環氧乙烷主要存在以下問題：①原料氯氣與乙烯發生加成副反應，生成二氯乙烷。二氯乙烷很難被利用，浪費大量的原材料。另外，氯氣與乙烯反應，放出大量的熱，熱量集中在反應容器中，導致生產危險行很大。②原料氯氣在生產過程中不可避免的夾帶少量氧氣，隨著反應的進行，氯氣不斷參加反應，因此需要不斷的補充氯氣，而氧氣不能參與反應，不斷累積在反應裝置內，隨著反應的進行，氧氣濃度不斷升高，而反應放出熱量，氧氣、氯氣、乙烯同時存在，高溫下容易引發爆炸。③反應產生鹽酸，需要消耗大量的鹼(例如氫氧化鈣)來中和反應的生成物鹽酸，才能有利於反應。④反應產生大量氯化鈣，氯化鈣導致產生的廢水COD偏高，汙染環境。⑤水資源消耗大，產生大量廢水和廢渣，氯醇法生產1t環氧乙烷產生40-50t含氯化物的廢水、2.1t氯化鈣廢渣，該廢水具有溫度高、pH值高、氯根含量高、COD含量高和懸浮物含量高的「五高」特點，難以處理，嚴重汙染環境。⑥生產過程中產生的次氯酸對設備的腐蝕也比較嚴重。

用氯醇法工藝生產環氧乙烷，如果不能有效地解決廢水、廢渣問題，企業生產裝置能力越大，其環保的包袱就越大；生產量越高，對環境的傷害就越深。所以說，環保已成為制約環氧乙烷工業發展的首要因素。美國開發和應用氯醇法製備環氧化物最早，應用初期，氯醇法工藝得到廣泛的發展和生產。2000年，由於不能有效處理氯醇法工藝產生的廢水，美國禁止使用氯醇法工藝生產環氧化物。

技術實現要素：

本申請的發明人通過研究發現，採用乙烯、滷化氫和H2O2製備滷乙醇，然 後皂化，能夠以極高的選擇性和收率製備環氧乙烷，並且大幅度降低了廢水、廢渣的排放。

根據本發明的第一個實施方案，提供一種製備滷乙醇的方法，該方法包括以下步驟：

(1)催化劑酸處理：將催化劑浸泡在酸中，然後洗滌催化劑，將催化劑烘乾；

(2)滷醇化：在反應裝置中加入滷化氫、H2O2、乙烯和經步驟(1)處理過的催化劑，進行滷醇化反應而得到滷乙醇。

在本發明中，步驟(1)中酸為有機酸和/或無機酸，優選為硫酸、硝酸、鹽酸、磷酸、碳酸、氯酸、醋酸中的一種或多種。對酸的濃度沒有要求，可以是濃酸，也可以是烯酸。可以是混合酸。

作為優選，步驟(1)中所述的催化劑為含Ti雜原子分子篩、HTS分子篩、Zr-MFI分子篩中的一種或多種。

在本發明中，步驟(1)中用蒸餾水或去離子水洗滌。

在本發明中，步驟(2)中所述滷化氫為氯化氫、溴化氫或碘化氫中的一種或多種。

在本發明中，步驟(2)中乙烯與H2O2的摩爾比為1：0.1-100，優選1：0.5-50，更優選1：0.8-30，更優選1：0.9-20，更優選1：1.0-10，更優選1：1.1-5，更優選1：1.1-2。

在本發明中，所述H2O2的濃度(wt％)為2-100％，優選5-90％，更優選為8-80％，更優選為10-70％，更優選為15-60％，更優選20-50％。

在本發明中，步驟(2)中乙烯與滷化氫的摩爾比為1：0.1-100，優選1： 0.5-50，更優選1：0.8-30，更優選1：0.9-20，更優選1：1.0-10，更優選1：1.1-5，更優選1：1.1-2。

在本發明中，步驟(2)中的反應溫度為0-60℃，優選10-50℃，更優選20-45℃。

在本發明中，步驟(1)中浸泡時間沒有限制，浸泡的目的是讓催化劑先進出酸的浸泡，提高催化劑的催化性能和適用壽命。一般的浸泡時間為0.1-72h，優選0.2-48h，更優選為0.3-24h，例如0.5h，1h，2h，6h。

在本發明中，洗滌催化劑的目的是洗滌浸泡後催化劑上的酸。一般用蒸餾水或去離子水，或者也可以用弱鹼洗滌。

在本發明中，步驟(1)中烘乾的目的是去除洗滌後催化劑上的水分。在不損壞催化劑結構和不影響催化劑性能的情況下，烘乾的溫度可以隨意控制。如果高溫烘乾，則烘乾時間較短。如果低溫烘乾，適當延長烘乾時間。達到去除水分的目的即可。一般地，烘乾溫度5-90℃，烘乾時間為0.1-48h；優選烘乾溫度10-60℃，烘乾時間為0.2-24h；更優選為烘乾溫度20-50℃，烘乾時間為0.5-12h.例如烘乾溫度30℃，烘乾時間為10h；烘乾溫度40℃，烘乾時間為6h；烘乾溫度45℃，烘乾時間為2h。

在本發明中，步驟(1)的酸的濃度範圍不受限制，可以是弱酸，可以是強酸，也可以是混合酸。可以是低濃度酸，也可以是高濃度酸。一般的，鹽酸的濃度範圍為2-38％，優選10-35％。硫酸的濃度範圍2-98％，優選5-80％。硝酸的濃度範圍10-98％，優選20-80％。

根據本發明的第二個實施方案，提供一種滷醇法製備環氧乙烷的方法，該方法包括以下步驟：

(1)催化劑酸處理：將催化劑浸泡在酸中，然後洗滌催化劑，將催化劑烘乾；

(2)滷醇化：在反應裝置中加入滷化氫、H2O2、乙烯和經步驟(1)處理過的催化劑，進行滷醇化反應而得到滷乙醇。

(3)皂化：將步驟(2)的滷乙醇與鹼金屬的氫氧化物進行皂化反應，分離而獲得環氧乙烷和滷化鹼金屬鹽。

作為優選，所述方法還包括：(4)電滲析：將步驟(3)獲得的滷化鹼金屬鹽經過雙極膜電滲析，得到鹼金屬的氫氧化物和滷化氫。

作為優選，所述方法還包括：(5)環氧化物的精製(如蒸餾或精餾)：將步驟(3)獲得的環氧乙烷通過蒸餾和/或精餾，得到精製的環氧乙烷。

(2)滷醇化：在反應裝置中通入滷化氫，添加H2O2，加入乙烯和經步驟(1)處理過的催化劑，進行滷醇化反應而得到滷乙醇。

在本發明中，步驟(1)中酸為有機酸和/或無機酸，優選為硫酸、硝酸、鹽酸、磷酸、碳酸、氯酸、醋酸中的一種或多種。對酸的濃度沒有要求，可以是濃酸，也可以是烯酸。可以是混合酸。

作為優選，步驟(1)中所述的催化劑為含Ti雜原子分子篩、HTS分子篩、Zr-MFI分子篩中的一種或多種。

在本發明中，步驟(1)中用蒸餾水或去離子水洗滌。

在本發明中，步驟(2)中所述滷化氫為氯化氫、溴化氫或碘化氫中的一種或多種。

在本發明中，步驟(2)中乙烯與H2O2的摩爾比為1：0.1-100，優選1：0.5-50，更優選1：0.8-30，更優選1：0.9-20，更優選1：1.0-10，更優選1：1.1-5，更優 選1：1.1-2。

在本發明中，所述H2O2的濃度(wt％)為2-100％，優選5-90％，更優選為8-80％，更優選為10-70％，更優選為15-60％，更優選20-50％。

在本發明中，步驟(2)中乙烯與滷化氫的摩爾比為1：0.1-100，優選1：0.5-50，更優選1：0.8-30，更優選1：0.9-20，更優選1：1.0-10，更優選1：1.1-5，更優選1：1.1-2。

在本發明中，步驟(2)中的反應溫度為0-60℃，優選10-50℃，更優選20-45℃。

在本發明中，步驟(3)中滷乙醇與鹼金屬氫氧化物的摩爾比為1：0.1-50，優選1：0.5-30，更優選為1：0.8-20，更優選1：1.0-10，更優選1：1.1-5。

在本發明中，步驟(3)中的反應溫度為0-100℃，優選5-90℃，優選10-80℃，更優選20-60℃。

作為優選，所述鹼金屬的氫氧化物為氫氧化鈉、或氫氧化鉀、或氫氧化鋰中的一種或多種。

作為優選，所述滷化鹼金屬鹽為氯化鈉、氯化鉀、氯化鋰、溴化鈉、溴化鉀、溴化鋰、碘化鈉、碘化鉀、碘化鋰中的一種或多種。

在本發明中，步驟(1)中浸泡時間沒有限制，浸泡的目的是讓催化劑先進出酸的浸泡，提高催化劑的催化性能和適用壽命。一般的浸泡時間為0.1-72h，優選0.2-48h，更優選為0.3-24h，例如0.5h，1h，2h，6h。

在本發明中，洗滌催化劑的目的是洗滌浸泡後催化劑上的酸。一般用蒸餾水或去離子水，或者也可以用弱鹼洗滌。

在本發明中，步驟(1)中烘乾的目的是去除洗滌後催化劑上的水分。在不 損壞催化劑結構和不影響催化劑性能的情況下，烘乾的溫度可以隨意控制。如果高溫烘乾，則烘乾時間較短。如果低溫烘乾，適當延長烘乾時間。達到去除水分的目的即可。一般地，烘乾溫度5-90℃，烘乾時間為0.1-48h；優選烘乾溫度10-60℃，烘乾時間為0.2-24h；更優選為烘乾溫度20-50℃，烘乾時間為0.5-12h.例如烘乾溫度30℃，烘乾時間為10h；烘乾溫度40℃，烘乾時間為6h；烘乾溫度45℃，烘乾時間為2h。

在本發明中，步驟(1)中滷化氫的濃度可以為任意濃度，當採用低濃度滷化氫時，可以很好的控制反應的進行速度；當採用高濃度滷化氫時，可以促使反應向生產滷乙醇的方向快速進行。只要反應體系中有滷化氫的存在，不管滷化氫的濃度是多少，反應均能進行，均能得到滷乙醇。作為優選，滷化氫的濃度為1-40％，進一步優選2-30％，在優選3-20％，更優選5-10％。

優選，在根據第一個實施方案或第二個實施方案的任何一種方法中，所述步驟(2)中的反應裝置為單個反應器、串聯的多個反應器、管式反應器或微通道反應器。

優選的是，步驟(2)中的反應按照間歇式、半連續式或連續式的方式進行。

當步驟(2)按照間歇方式在單個反應器中進行時，在步驟(1)中添加催化劑時，乙烯與催化劑的重量比為1：0.001-0.4，優選為1：0.005-0.3，更優選為1：0.01-0.2，更優選1：0.015-0.1。當步驟(1)中按照連續或半連續方式進行時，催化劑能夠以固定的催化劑床層的方式布置在連續或半連續方式的反應器中，如串聯的多個反應器，管式反應器或微通道反應器中。此時，催化劑的用量則更多。催化劑床層中，烯屬不飽和化合物與催化劑的重量比為1：0.001-0.99，優選為1：0.005-0.8，更優選為1：0.01-0.6，更優選1：0.015-0.4。

在本發明中，含Ti雜原子分子篩包括TS-1、TS-2、Ti-MWW、Ti-Beta、 Ti-SBA-15等。

TS-1是一種鈦矽分子篩，屬Pentasil型雜原子分子篩，正交晶系，合成方法參照CN201410812216.8。

TS-2分子篩具有MEL拓撲結構，具有很好的催化氧化性能。合成方法參照CN200910013070.X。

Ti-MWW在對線性烯烴和環狀烯烴的環氧化反應中表現出了更為優良的催化氧化性能,而且在烯烴不對稱環氧化反應中顯示出很高的反式選擇性。合成方法參照CN200710037012.1。

Ti-Beta分子篩具有三維交錯的十二元環通道結構與較強的酸性，在多相催化反應中有很好的催化性能。具體合成參照《Beta分子篩的合成及其催化性能的研究》，作者：劉樹萍，華東師範大學。

Ti-SBA-15屬於介孔分子篩的一種，Ti-SBA-15具有二維六方通孔結構。合成方法參照CN201110211854.0。

在本發明中，HTS分子篩是指含Ti、具有多級孔、MFI結構分子篩，包括HTS-1、HTS-2、、HTS-3分子篩。HTS分子篩具有獨特的空心孔道結構，分子篩骨架的鈦含量高，使其具有良好的熱穩定性、抗過敏性和較高的催化活性和選擇性。

HTS分子篩包括HTS-1分子篩、HTS-2分子篩、HTS-3分子篩。

HTS-1分子篩表面酸中心具有較高的催化活性，她的擴散性能和溶劑極性對反應活性的影響很大。具體合成參考《HTS-1分子篩表面酸化催化的探針反應研究》，作者：劉絢豔、尹篤林、朱華元、沈剛，《催化學報》。

鈦矽分子篩HTS-2,其具有鈦矽分子篩HTS相同的催化氧化活性、選擇性以 及一般理化性能。具體合成參考《鈦矽分子篩HTS-2的合成》，作者：朱斌、林民、舒興田、汪燮卿。

單晶多空心鈦矽分子篩催化劑HTS-3，分子篩表面鈦的均勻分布，縮短了晶化時間，提高了合成穩定性和重複性。HTS-3分子篩催化劑具有更多的活性中心，更好的催化性能，更有利於反應物分子擴散。具體合成參考《單晶多空心HTS-3分子篩催化劑的研製》，《石油煉製與化工》。

在本發明中，Zr-MFI分子篩是指含Zr雜原子、具有MFI結構分子篩。Zr-MFI分子篩是一類典型的固體路易斯酸催化劑,在MPV反應(Meerwein-Ponndorf-Verley reactions)中均表現出了良好的催化活性。含Zr雜原子、具有MFI結構分子篩是一類金屬元素鋯摻入MFI結構(正交體系、網孔直孔)分子中，常見的有ZSM-5、Silicalite-1等。

ZSM-5分子篩參照專利CN200510029462.7的方法製備。

Silicalite-1分子篩參照專利CN201010220796.3的方法製備。

優選，滷醇化反應在無內部構件的鼓泡塔式或湍流管式反應器中進行,反應壓力可以為高於常壓，也可以為常壓或接近常壓。例如溫度為0～60℃，乙烯的轉化率達到97％,雙氧水基本完全轉化。

皂化反應在鋼製的塔式反應器中進行,上部設計為篩板塔。蒸汽從塔底進入使生成的粗環氧乙烷從塔頂吹出。皂化溫度控制在0～100℃,塔頂壓力為常壓或負壓。皂化反應器設計和操作的技術關鍵在於進皂化塔前的滷乙醇水溶液必須和鹼液充分混合併控制pH,使生成的環氧乙烷儘快從塔頂流出。

由於傳統氯醇法工藝使用石灰皂化,所有的氯最終以CaCl2的形式消耗,產生大量含CaCl2和有機氯化物的汙水。計算表明,每生產1t環氧乙烷,約產生 2.1t CaCl2廢渣以及至少43t廢水。本發明採用鹼金屬的氫氧化物(例如氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鋰)，皂化處理後申請的鹽，可以通過雙極膜電滲析，還原成鹼金屬的氫氧化物和滷化氫，完全實現了循環利用。

(1)採用管式反應器與塔式反應器相結合的反應系統,減輕氯醇化塔的負荷。

(2)皂化塔減壓操作,蒸汽用量少。

(3)精餾工序設置前餾塔和精餾塔,2塔分別製得生產乙二醇用的環氧乙烷和生產聚醚用的環氧乙烷。

(4)通過具有特殊塔盤的分散塔分離在皂化工藝產生的廢水中的二氯異乙醚,降低廢液中生物氧含量、化學氧含量。

現有技術中，滷醇法製備環氧乙烷的過程(以氯氣為例)：

CH2＝CH2+Cl2+H2O——ClCH2CH2OH+HCl

ClCH2CH2OH+Ca(OH)2——EO+CaCl2+H2O

本發明提供一種新型滷醇法製備環氧乙烷的過程(以氯化氫為例)：

CH＝CH2+HCl+H2O2——CH(Cl)-CH2(OH)+H2O (加入催化劑)

CH(Cl)-CH2(OH)+NaOH(KOH、LiOH)——EO+H2O+NaCl(KaCl或LiCl)

NaCl(KaCl或LiCl)經過雙極膜電滲析變為NaOH(KOH、LiOH)和HCl。

經過雙極膜電滲析後的鹼金屬的氫氧化物和滷化氫可以被循環。

雙極膜是一種新型的離子交換複合膜，它通常由陽離子交換層(N型膜)、界面親水層(催化層)和陰離子交換層(P型膜)複合而成，是真正意義上的反應膜。在直流電場作用下，雙極膜可將水離解，在膜兩側分別得到氫離子和氫氧根離子。利用這一特點，將雙極膜與其他陰陽離子交換膜組合成的雙極膜電滲析系 統，能夠在不引入新組分的情況下將水溶液中的鹽轉化為對應的酸和鹼，這種方法稱為雙極膜電滲析法。

用於本申請中的雙極膜電滲析設備沒有特別限制。但是，優選的是，採用這樣一種雙極膜電滲析設備，它包括：1)作為核心組件的由雙極膜、陰膜、陽膜、隔板、極板構成的膜堆，和2)輔助設備，所述輔助設備包括水罐、流量計、泵、管道等。輔助設備包括整流櫃。核心組件中採用不鏽鋼結構的框架。膜與隔板的數量可根據具體的處理量(鹽溶液的體積)而定。

雙極性膜，電驅動膜的一種，主要作用是在電場力下提供H+離子和OH-離子，膜的一側為陰面，另一側為陽面，陰面和陽面的中間層為水層，在外加直流電場力的作用下，水層中的H2O分裂成H+離子和OH-離子，並分別通過陽面和陰面向兩側主題溶液遷移，所以雙極性膜的作用是在電場力作用下提供H+離子和OH-離子源。

在本發明中，利用雙極膜電滲析處理含鹽廢水時，得到相應的酸和鹼。

本發明的優點：

現有技術中，採用滷醇法生產環氧乙烷，產生大量的含氯化鈣(或氯化鈉)廢水，廢水中還含有反應過程中沒完全反應的原料有機物或中間產物有機物，也含有未分離徹底的環氧乙烷，這些有機廢物難以降解，處理起來非常困難，而且一直沒有找到有效的處理方法。美國2000年禁用氯醇法工藝的主要原因就是含難以降解的有機物廢物的氯化鈣(或氯化鈉)廢水難以處理。有人採用電解法處理氯醇法工藝產生的廢水，由於廢水中含有有機廢物，處理起來非常困難，而且廢水中的有機廢物對離子膜電解系統很敏感，對電解設備損壞較大；同時，電解廢水需要消耗大量的能量，獲得的效益甚微；最大的問題在於：電解廢水產生氯氣和氫氣，在有機物存在的情況，非常危險，容易爆炸。

本發明採用雙極膜電滲析技術，雙極膜電滲析技術是一項處理鹽的技術，鹽經過雙極膜電滲析產生酸和鹼。之前已經有人將雙極膜電滲析處理含氯化鈉廢水，但是從來沒有將雙極膜電滲析應用到環氧乙烷的生產工藝中來。固有偏見，滷醇法製備環氧乙烷的廢水中含有難以降解的有機廢物，普通的有機廢物對離子膜很敏感，處理效果很差。發明人經過無數次探索和實驗，發現雙極膜電滲析處理滷醇法製備環氧乙烷的廢水效果極佳，滷醇法製備環氧乙烷產生的含有機廢物的廢水對雙極膜電滲析的工藝沒有影響，可以很好的處理廢水中的鹽。本發明巧妙的利用滷醇法製備環氧乙烷產生廢水中有機物的特點，可以很好將雙極膜電滲析技術應用與環氧乙烷的製備，可以實現清潔生產，解決了滷醇法製備環氧乙烷產生的廢水難以處理的問題。攻克了廢水處理問題，滷醇法製備環氧乙烷的優勢就相當明顯，投入少，轉化率高，容易控制。因此，本發明引入雙極膜電滲析技術顛覆了傳統滷醇法製備環氧乙烷的方法，完全解決了含有機廢物廢水的問題，使滷醇法在高效製備環氧乙烷的同時，實現清潔生產。

酸和鹼是本方案的原料，雙極膜電滲析產生的酸和鹼正好又可以作為原料適用，從而可以形成循環，實現清潔、循環、無浪費生產。將原來的廢物變為現在的原料，節約材料的同時，減少廢物的排放，保護環境。

與電解工藝相比較，雙極膜電滲析消耗的能量大大減少，而效果反而得到提升。同時，雙極膜電滲析生產酸和鹼，不存在有危險性，克服了電解工藝危險、容易爆炸的問題。最重要的是，電解工藝處理廢水，廢水中的有機雜物並不能得到處理，只能排放，而這類有機廢物很難降解，極大的汙染環境；而雙極膜電滲析處理廢水，廢水中的有機雜物均可以還原成原料或直接獲得產品，從而處理廢水中鹽的同時也處理了廢水中的有機廢物，將有機廢物變為原料或產品，充分利用了材料，同時可以實現廢物零排放，很好的保護了環境。

與現有技術相比較，本發明的技術方案具有以下有益技術效果：

1、克服現有技術的副產物(氯氣、氯化鈣、副反應產物)問題：①不使用Cl2為原料，避免因Cl2的持續消耗會使氯氣中的微量氧氣不斷累積而導致的爆炸危險；②沒有Cl2參加反應，大大降低了中間的加成副反應，減少了有機副產品的產生；③皂化過程中，鹼用量大大減少，僅為原工藝的1/2左右。

2、現有技術為了減少副反應的發生，製備滷乙醇的濃度一般只能控制在4.5％以下；而本發明的新滷醇法工藝，由於副反應極少，滷乙醇的濃度不受限制。1)節省皂化過程能耗，僅為原工藝的1/10左右；2)節約水資源，水消耗不足原工藝的1/10；同時，大大減少了廢水量的排放，且該廢水易於處理。

3、採用雙極膜電滲析技術，處理含有機物廢水的同時，產生的NaOH(KOH、LiOH)和HCl可重複使用。

4、本發明的催化劑先經過酸處理，提高了催化劑的催化性能和提高了催化劑的適用壽命。

附圖說明

圖1為本發明雙極膜電滲析工藝圖；

圖2為本發明雙極性膜工作原理圖。

附圖標記：1、2、3：混合容器。

具體實施方式

下面通過實施例對本發明做進一步說明，但並不因此而限制本發明的內容。

採用Agilent 7890/5975C-GC/MSD型氣相色譜質譜聯用儀對產物進行定性分析，採用Agilent 6890N型氣相色譜儀及外標法對產物進行定量分析。

根據檢測分析結果，定義以下目標函數作為考察指標。

乙烯轉化率：

滷乙醇選擇性：

滷乙醇收率：Y滷乙醇＝C乙烯×S滷乙醇

環氧乙烷收率：

式中，C為轉化率，S為選擇性，Y為收率，n為反應後物質的量，n0為初始物質的量。

雙極膜電滲析設備如圖1和圖2所示。

雙極膜電滲析設備，它包括：1)作為核心組件的由雙極膜、陰膜、陽膜、隔板、極板構成的膜堆，和2)輔助設備，所述輔助設備包括水罐、流量計、泵、管道等。輔助設備包括整流櫃。核心組件中採用不鏽鋼結構的框架。膜與隔板的數量可根據具體的處理量(鹽溶液的體積)而定。

雙極性膜，電驅動膜的一種，主要作用是在電場力下提供H+離子和OH-離子，膜的一側為陰面，另一側為陽面，陰面和陽面的中間層為水層，在外加直流電場力的作用下，水層中的H2O分裂成H+離子和OH-離子，並分別通過陽面和陰面向兩側主題溶液遷移，所以雙極性膜的作用是在電場力作用下提供H+離子和OH-離子源。

雙極膜的性能指標如下：

*在0.5Mol Na2SO4溶液中，在25℃，10-100mA/cm2電流密度下測定

實施例1

1)催化劑酸處理：將TS-1分子篩浸泡在質量分數為36％的鹽酸中，浸泡1h，然後用蒸餾水洗滌催化劑，在40℃的環境下將催化劑烘乾6h；

2)滷醇化：在管式反應器(其中在管內填裝了固定的TS-1催化劑床層)中加入70wt％濃度的雙氧水H2O2、35wt％濃度的HCl溶液(鹽酸)和乙烯，在45℃的溫度下進行氯醇化反應，，其中70wt％濃度的雙氧水H2O2、35wt％濃度的HCl溶液和乙烯三者的流量應使得H2O2與HCl與乙烯的摩爾比為大約1.2:1.2:1。得到滷醇，即2-氯代乙-1-醇和1-氯代乙-2-醇的混合物。

對比例1

1)催化劑酸處理：將TS-1分子篩浸泡在質量分數為36％的鹽酸中，浸泡1h，然後用蒸餾水洗滌催化劑，在40℃的環境下將催化劑烘乾6h；其中，TS-1的合成方法參照CN201410812216.8的實施例1。

2)滷醇化：在管式反應器(其中在管內填裝了固定的TS-1催化劑床層)中加入水H2O、氯氣和乙烯，在45℃的溫度下進行氯醇化反應，其中水H2O、氯氣和乙烯三者的流量應使得H2O與氯氣與乙烯的摩爾比為大約80:3.6:1。得到滷醇，即2-氯代乙-1-醇和1-氯代乙-2-醇的混合物。

實施例2

1)催化劑酸處理：將TS-1分子篩浸泡在質量分數為25％的鹽酸中，浸泡2h，然後用蒸餾水洗滌催化劑，在40℃的環境下將催化劑烘乾2h；其中，TS-1的合成方法參照CN201410812216.8的實施例1。

2)滷醇化：在塔式反應器中加入TS-1分子篩、35wt％濃度的雙氧水H2O2、20wt％濃度的HCl溶液(鹽酸)和乙烯，在35℃的溫度下進行氯醇化反應，其中 TS-1分子篩與乙烯的質量比為0.05:1，35wt％濃度的雙氧水H2O2、20wt％濃度的HCl溶液和乙烯三者的加入量應使得H2O2與HCl與乙烯的摩爾比為大約1.5:1.1:1。得到滷醇，即2-氯代乙-1-醇和1-氯代乙-2-醇的混合物。

對比例2

1)催化劑酸處理：將TS-1分子篩浸泡在質量分數為25％的鹽酸中，浸泡2h，然後用蒸餾水洗滌催化劑，在40℃的環境下將催化劑烘乾2h；其中，TS-1的合成方法參照CN201410812216.8的實施例1。

2)滷醇化：在塔式反應器中加入TS-1分子篩、水H2O、氯氣和乙烯，在35℃的溫度下進行氯醇化反應，其中TS-1分子篩與乙烯的質量比為0.05:1，水H2O、氯氣和乙烯三者的加入量應使得H2O與氯氣與乙烯的摩爾比為大約70:3.3:1:1。得到滷醇，即2-氯代乙-1-醇和1-氯代乙-2-醇的混合物。

對比例3

1)滷醇化：在管式反應器(其中在管內填裝了固定的TS-1催化劑床層)中加入70wt％濃度的雙氧水H2O2、35wt％濃度的HCl溶液(鹽酸)和乙烯，在45℃的溫度下進行氯醇化反應，其中70wt％濃度的雙氧水H2O2、35wt％濃度的HCl溶液和乙烯三者的流量應使得H2O2與HCl與乙烯的摩爾比為大約1.2:1.2:1。得到滷醇，即2-氯代乙-1-醇和1-氯代乙-2-醇的混合物。其中，TS-1的合成方法參照CN201410812216.8的實施例1。

對比例4

1)滷醇化：在管式反應器中加入70wt％濃度的雙氧水H2O2、35wt％濃度的HCl溶液(鹽酸)和乙烯，在45℃的溫度下進行氯醇化反應，其中70wt％濃度的雙氧水H2O2、35wt％濃度的HCl溶液和乙烯三者的流量應使得H2O2與HCl與乙 烯的摩爾比為大約1.2:1.2:1。得到滷醇，即2-氯代乙-1-醇和1-氯代乙-2-醇的混合物。

對比例5

1)催化劑酸處理：將TS-1分子篩浸泡在質量分數為36％的鹽酸中，浸泡2h，然後用蒸餾水洗滌催化劑，在40℃的環境下將催化劑烘乾2h；其中，TS-1的合成方法參照CN201410812216.8的實施例1。

2)滷醇化：在管式反應器(其中在管內填裝了固定的TS-1催化劑床層)中加入35wt％濃度的HCl溶液(鹽酸)和乙烯，在45℃的溫度下進行氯醇化反應，其中35wt％濃度的HCl溶液和乙烯兩者的流量應使得HCl與乙烯的摩爾比為大約1.2:1。

實施例3

1)催化劑酸處理：將TS-1分子篩浸泡在質量分數為36％的鹽酸中，浸泡1h，然後用蒸餾水洗滌催化劑，在40℃的環境下將催化劑烘乾6h；其中，TS-1的合成方法參照CN201410812216.8的實施例1。

2)滷醇化：在管式反應器(其中在管內填裝了固定的TS-1催化劑床層)中加入70wt％濃度的雙氧水H2O2、35wt％濃度的HCl溶液(鹽酸)和乙烯，在45℃的溫度下進行氯醇化反應，其中70wt％濃度的雙氧水H2O2、35wt％濃度的HCl溶液和乙烯三者的流量應使得H2O2與HCl與乙烯的摩爾比為大約1.2:1.2:1。得到滷醇，即2-氯代乙-1-醇和1-氯代乙-2-醇的混合物。

3)皂化：將步驟2)獲得的滷醇與氫氧化鈉進行皂化反應，分離而獲得環氧乙烷有機相和氯化鈉溶液。皂化反應在鋼製的塔式反應器中進行,上部設計為篩板塔。蒸汽從塔底進入使生成的粗環氧乙烷從塔頂吹出。皂化溫度控制在 60～70℃。

4)電滲析：將步驟3)獲得的氯化鈉溶液經過雙極膜電滲析(TRPB8040—Ⅰ型，北京廷潤膜技術開發有限公司生產和銷售，施加的跨膜電壓為1.3V，工作溫度為20-30℃)，得到氫氧化鈉和HCl。

5)環氧乙烷的精製：

將步驟3)中獲得的環氧乙烷粗產物進行精餾，獲得高純度(99.9wt％)的環氧乙烷。

實施例4

1)催化劑酸處理：將TS-1分子篩浸泡在質量分數為15％的鹽酸中，浸泡2h，然後用蒸餾水洗滌催化劑，在40℃的環境下將催化劑烘乾2h；其中，TS-1的合成方法參照CN201410812216.8的實施例1。

2)滷醇化：在塔式反應器中加入TS-1分子篩、35wt％濃度的雙氧水H2O2、20wt％濃度的HCl溶液(鹽酸)和乙烯，在35℃的溫度下進行氯醇化反應，其中TS-1分子篩與乙烯的質量比為0.05:1，35wt％濃度的雙氧水H2O2、20wt％濃度的HCl溶液和乙烯三者的加入量應使得H2O2與HCl與乙烯的摩爾比為大約1.5:1.1:1。得到滷醇，即2-氯代乙-1-醇和1-氯代乙-2-醇的混合物。

3)皂化：將步驟2)獲得的滷醇與氫氧化鈉進行皂化反應，分離而獲得環氧乙烷有機相和氯化鈉溶液。皂化反應在鋼製的塔式反應器中進行,上部設計為篩板塔。蒸汽從塔底進入使生成的粗環氧乙烷從塔頂吹出。皂化溫度控制在40～50℃。

4)電滲析：將步驟3)獲得的氯化鈉溶液經過雙極膜電滲析，得到氫氧化鈉和HCl。

5)環氧乙烷的精製：

將步驟3)中獲得的環氧乙烷粗產物進行精餾，獲得高純度(99.9wt％)的環氧乙烷。

實施例5

重複實施例3，只是將催化劑浸泡在質量分數為60％的鹽酸中浸泡12h，用去離子水洗滌，在60℃下烘乾5h。

實施例6

重複實施例3，只是用HBr溶液代替HCl溶液。

實施例7

重複實施例3，只是用TS-2的催化劑床層替代TS-1分子篩。TS-2合成方法參照CN200910013070.X的具體實施方式(只有一個實施例)

實施例8

重複實施例3，只是在管式反應器的管內填裝了固定的Ti-MWW催化劑床層替代TS-1分子篩。Ti-MWW合成方法參照CN200710037012.1的實施例1。

實施例9

重複實施例3，只是用Ti-Beta的催化劑床層替代TS-1分子篩。

實施例10

重複實施例3，只是用Ti-SBA-15的催化劑床層替代TS-1分子篩。Ti-SBA-15合成方法參照CN201110211854.0的實施例1。

實施例11

重複實施例3，只是用HTS-1分子篩的催化劑床層替代TS-1分子篩。

實施例12

重複實施例3，只是用HTS-2分子篩的催化劑床層替代TS-1分子篩。

實施例13

重複實施例3，只是用HTS-3分子篩的催化劑床層替代TS-1分子篩。

實施例14

重複實施例3，只是用ZSM-5分子篩的催化劑床層替代TS-1分子篩。ZSM-5分子篩參照專利200510029462.7中實施例1-3的方法製備。

實施例15

重複實施例3，只是用Silicalite-1分子篩的催化劑床層替代TS-1分子篩。Silicalite-1分子篩參照專利201010220796.3中實施例1的方法製備。

實施例16

重複實施例3，只是步驟(2)中的氫氧化鈉用氫氧化鉀替代。

實施例17

重複實施例3，只是步驟(1)中65wt％濃度的雙氧水H2O2、35wt％濃度的HCl溶液和乙烯三者的流量應使得H2O2與HCl與乙烯的摩爾比為大約0.8:0.3:1。

實施例18

重複實施例3，只是步驟(1)中65wt％濃度的雙氧水H2O2、35wt％濃度的HCl溶液和乙烯三者的流量應使得H2O2與HCl與乙烯的摩爾比為大約0.9:1.1:1。

實施例19

重複實施例3，只是步驟(1)中的反應溫度為20℃，停留時間為2分鐘。

實施例20

重複實施例3，只是步驟(2)中的溫度控制在50℃。

表1實施例1-20與對比例1-4反應條件與反應結果

催化劑用量為「床層」是指催化劑以固定的催化劑床層的方式布置在反應器中，如串聯的多個反應器，管式反應器或微通道反應器中。催化劑床層中，烯屬不飽和化合物與催化劑的重量比為1：0.001-0.99，優選為1：0.3。