Mono-ethyleenglycol (MEG, Ethyleenglycol, EG) wordt industrieel geproduceerd via twee dominante routes: hydratatie van ethyleenoxide (EO) (wereldwijde mainstream) en steenkool-naar-MEG (DMO) (het belangrijkste alternatief van China).
Meer dan 90% van de mondiale MEG-productie is afkomstig van het EO-hydratatieproces, terwijl de op steenkool-gebaseerde DMO-technologie ruim 40% van de totale Chinese capaciteit voor zijn rekening neemt.
Productieproces van mono-ethyleenglycol
1. Reguliere route: ethyleenoxide (EO) hydratatie
De EO-hydratatieroute is het wereldwijde reguliere proces voor de productie van MEG.
Het begint met ethyleen (uit nafta, ethaan of MTO) en zet het via hydratatie om in ethyleenoxide (EO) en vervolgens in MEG.
Stap 1: Ethyleenoxidatie tot EO
Ethyleen (C₂H₄) reageert met zuurstof via een op zilver-gebaseerde katalysator.
Reactieomstandigheden zijn 150–240 graden en 1,5–2,0 MPa.
De conversie per doorgang is 10–15% en de EO-selectiviteit is 80–85%.
Bijproducten zijn onder meer CO₂, water en sporenaldehyden.
Stap 2: EO-hydratatie tot ruwe MEG
EO wordt via hydratatiereacties omgezet in MEG.
Er worden twee commerciële processen gebruikt:
A. Traditionele niet-katalytische hydratatie (wereldwijde standaard)
De omstandigheden zijn 150–200 graden en 2,0–2,5 MPa.
De verhouding water-tot-EO is 22–25:1 (molair).
De selectiviteit van mono-ethyleenglycol (cas 107-21-1) is 89-92%.
Het belangrijkste product is MEG, terwijl DEG en TEG ongeveer 10 à 12% van de bijproducten voor hun rekening nemen.
De output is een waterige oplossing van 13–15% MEG.
B. Katalytische hydratatie (energie-besparend proces)
Bij dit proces wordt gebruik gemaakt van ionenuitwisselingshars- of ondersteunde ammoniumzoutkatalysatoren.
De omstandigheden zijn 80–110 graden en 1,0–1,5 MPa.
De verhouding water-tot-EO wordt teruggebracht tot 1–6:1.
De EO-conversie is groter dan of gelijk aan 97% en de MEG-selectiviteit is 94-98%.
Het stoomverbruik wordt met ongeveer 20% verminderd vergeleken met de niet-katalytische route.
Stap 3: Zuivering en raffinage
Ruwe mono-ethyleenglycol meg wordt geconcentreerd door verdamping met 3-6 effecten.
Water wordt verwijderd tot een MEG-concentratie van ongeveer 85%.
De eindzuivering maakt gebruik van vacuümdestillatie bij 10–20 kPa in meerdere kolommen.
De zuiverheid van het eindproduct is groter dan of gelijk aan 99,9% (MEG van vezel-/industriële kwaliteit).
Bijproducten zijn onder meer DEG (~10%), TEG (~1%) en polyglycolen (residu).
2. China's alternatief: steenkool-naar-MEG (DMO-route)
De steenkool-naar-MEG-route is een op syngas-gebaseerd proces dat in China is ontwikkeld.
Het wordt veel gebruikt vanwege de Chinese hulpbronnenstructuur ‘rijke steenkool, arme olie’.
Stap 1: Kolenvergassing tot syngas
Steenkool wordt omgezet in synthesegas (CO + H₂).
Het syngas wordt gezuiverd tot meer dan of gelijk aan 99% CO.
Stap 2: Carbonylering tot dimethyloxalaat (DMO)
CO reageert met methylnitriet (MN) via een palladiumkatalysator.
Hierbij ontstaat dimethyloxalaat (DMO, C₄H₆O₄).
NOx wordt gerecycled om methylnitriet te regenereren.
Stap 3: DMO-hydrogenering tot ruwe MEG
DMO wordt gehydrogeneerd tot MEG met behulp van een op koper-gebaseerde katalysator.
Reactieomstandigheden zijn 180–220 graden en 2,5–3,0 MPa.
Producten omvatten MEG en methanol, en methanol wordt gerecycled.
Stap 4: Destillatie
Het zuiveringsproces is hetzelfde als de EO-route.
De uiteindelijke zuiverheid van mono-ethyleenglycol (cas nr. 107-21-1) bereikt een waarde groter dan of gelijk aan 99,9%.
3. Opkomende groene route: CO₂-gebaseerd op EO/MEG
Nieuwe industriële processen maken gebruik van CO₂-integratietechnologie.
Een voorbeeld is dat EO reageert met CO₂ en zo ethyleencarbonaat (EC) vormt, dat vervolgens wordt omgezet in MEG.
De EO-conversie is ongeveer 100%.
De mono-ethyleenglycol-meg-selectiviteit is groter dan of gelijk aan 99%.
Voordelen zijn onder meer 30% minder afvalwater en 15% lagere CO2-uitstoot.
Belangrijkste productiegegevens en vergelijking
| Parameter | EO Niet-katalytisch | EO Katalytisch | Kolen-naar-MEG (DMO) |
|---|---|---|---|
| Water:EO-verhouding | 22–25:1 | 1–6:1 | N/A |
| MEG-selectiviteit | 89–92% | 94–98% | 90–93% |
| Energieverbruik | Hoog (hoge waterverhouding) | −20% stoom | Gematigd |
| Grondstof | Nafta/ethaan | Nafta/ethaan | Kolen/syngas |
| Mondiaal aandeel | ~70% | ~20% | ~10% |
Conclusie
De industriële MEG-productie wordt gedomineerd door EO-hydratatie (hoge volwassenheid, grootschalige), terwijl steenkool-naar-MEG (DMO) het kosteneffectieve alternatief van China is. Katalytische hydratatie en CO₂-gebaseerde routes winnen aan populariteit en zorgen voor een lager energieverbruik en lagere emissies. Het uiteindelijke MEG-product voldoet consistent aan een zuiverheid van meer dan of gelijk aan 99,9%polyester, antivries en industriële toepassingen.