Monoethylenglykol (MEG, Ethylenglykol, EG) wird industriell über zwei vorherrschende Wege hergestellt: Ethylenoxid (EO)-Hydrierung (globaler Mainstream) und Kohle-zu-MEG (DMO) (Chinas wichtigste Alternative).
Über 90 % der weltweiten MEG-Produktion stammen aus dem EO-Hydrierungsprozess, während die kohlebasierte DMO-Technologie über 40 % der Gesamtkapazität Chinas ausmacht.
Herstellungsverfahren für Monoethylenglykol
1. Hauptweg: Hydratation mit Ethylenoxid (EO).
Der EO-Hydratationsweg ist der weltweit gängige Prozess für die MEG-Produktion.
Es geht von Ethylen (aus Naphtha, Ethan oder MTO) aus und wandelt es durch Hydratation in Ethylenoxid (EO) und dann in MEG um.
Schritt 1: Ethylenoxidation zu EO
Ethylen (C₂H₄) reagiert mit Sauerstoff über einem Katalysator auf Silber--Basis.
Die Reaktionsbedingungen betragen 150–240 Grad und 1,5–2,0 MPa.
Die Umwandlung pro Durchgang beträgt 10–15 % und die EO-Selektivität 80–85 %.
Zu den Nebenprodukten gehören CO₂, Wasser und Spuren von Aldehyden.
Schritt 2: EO-Hydratisierung zu rohem MEG
EO wird durch Hydratationsreaktionen in MEG umgewandelt.
Es kommen zwei kommerzielle Verfahren zum Einsatz:
A. Traditionelle nicht-katalytische Hydratation (Globaler Standard)
Die Bedingungen sind 150–200 Grad und 2,0–2,5 MPa.
Das Verhältnis von Wasser-zu-EO beträgt 22–25:1 (molar).
Die Selektivität von Monoethylenglykol (cas 107-21-1) beträgt 89–92 %.
Das Hauptprodukt ist MEG, während DEG und TEG etwa 10–12 % der Nebenprodukte ausmachen.
Das Ergebnis ist eine 13–15 %ige wässrige MEG-Lösung.
B. Katalytische Hydratation (Energiesparprozess)
Bei diesem Verfahren werden Ionenaustauscherharze oder Ammoniumsalzkatalysatoren auf Trägern verwendet.
Die Bedingungen sind 80–110 Grad und 1,0–1,5 MPa.
Das Verhältnis von Wasser-zu-EO wird auf 1–6:1 reduziert.
Die EO-Umwandlung beträgt mindestens 97 % und die MEG-Selektivität beträgt 94–98 %.
Der Dampfverbrauch wird im Vergleich zur nicht-katalytischen Route um ca. 20 % reduziert.
Schritt 3: Reinigung und Verfeinerung
Rohes Monoethylenglykol wird durch 3–6-stufige Verdampfung konzentriert.
Wasser wird bis zu einer MEG-Konzentration von etwa 85 % entfernt.
Die endgültige Reinigung erfolgt durch Vakuumdestillation bei 10–20 kPa in mehreren Säulen.
Die Reinheit des Endprodukts beträgt mindestens 99,9 % (Faser/MEG in Industriequalität).
Zu den Nebenprodukten gehören DEG (~10 %), TEG (~1 %) und Polyglykole (Rückstand).
2. Chinas Alternative: Kohle-zu-MEG (DMO-Route)
Die Kohle-zu-MEG-Route ist ein Synthesegas-basiertes Verfahren, das in China entwickelt wurde.
Aufgrund der Ressourcenstruktur Chinas mit dem Motto „reiche Kohle, schlechtes Öl“ ist es weit verbreitet.
Schritt 1: Kohlevergasung zu Synthesegas
Kohle wird in Synthesegas (CO + H₂) umgewandelt.
Das Synthesegas wird auf mindestens 99 % CO gereinigt.
Schritt 2: Carbonylierung zu Dimethyloxalat (DMO)
CO reagiert mit Methylnitrit (MN) an einem Palladiumkatalysator.
Dabei entsteht Dimethyloxalat (DMO, C₄H₆O₄).
NOx wird recycelt, um Methylnitrit zu regenerieren.
Schritt 3: DMO-Hydrierung zu rohem MEG
DMO wird mithilfe eines Katalysators auf Kupfer--Basis zu MEG hydriert.
Die Reaktionsbedingungen sind 180–220 Grad und 2,5–3,0 MPa.
Zu den Produkten gehören MEG und Methanol, und Methanol wird recycelt.
Schritt 4: Destillation
Der Reinigungsprozess ist der gleiche wie bei der EO-Route.
Die endgültige Reinheit von Monoethylenglykol (Cas-Nr. 107-21-1) erreicht mindestens 99,9 %.
3. Neue grüne Route: CO₂-basiertes EO/MEG
Neue industrielle Prozesse nutzen die CO₂-Integrationstechnologie.
Ein Beispiel ist die Reaktion von EO mit CO₂ unter Bildung von Ethylencarbonat (EC), das dann in MEG umgewandelt wird.
Die EO-Umwandlung beträgt etwa 100 %.
Die Monoethylenglykol-Meg-Selektivität ist größer oder gleich 99 %.
Zu den Vorteilen gehören 30 % weniger Abwasser und 15 % geringere CO2-Emissionen.
Wichtige Produktionsdaten und Vergleich
| Parameter | EO nicht katalytisch | EO-Katalysator | Kohle-zu-MEG (DMO) |
|---|---|---|---|
| Wasser:EO-Verhältnis | 22–25:1 | 1–6:1 | N/A |
| MEG-Selektivität | 89–92% | 94–98% | 90–93% |
| Energieverbrauch | Hoch (hoher Wasseranteil) | −20 % Dampf | Mäßig |
| Rohstoff | Naphtha/Ethan | Naphtha/Ethan | Kohle/Syngas |
| Globaler Anteil | ~70% | ~20% | ~10% |
Abschluss
Die industrielle MEG-Herstellung wird von der EO-Hydrierung dominiert (hohe Reife, großer Maßstab), während Kohle-zu-MEG (DMO) Chinas kostengünstige Alternative ist. Katalytische Hydratation und CO₂-basierte Routen gewinnen zunehmend an Bedeutung, um den Energieverbrauch und die Emissionen zu senken. Das endgültige MEG-Produkt erfüllt durchgängig eine Reinheit von mindestens 99,9 %Polyester, Frostschutzmittel und industrielle Anwendungen.