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安徽异丙醇合成工艺综述

文章出处:本站 人气:2682 发表时间:2022-12-01 14:38:05

异丙醇是一种广泛使用的有机溶剂和化学原料,介绍了合成异丙醇的生产工艺路线,比较了几种合成异丙醇工艺的优缺点和经济性。

概述

异丙醇,又称仲丙醇和二甲基甲醇,外观为无色透明液体,是一种性能优异的有机溶剂,主要应用于油墨和涂料,广泛应用于医药、有机化工中间体原料和电子工业清洗剂。目前,文献中有许多关于制备异丙醇的催化剂的研究。

目前,异丙醇生产技术主要有三种,即丙烯间接水法、丙烯直接水法和丙酮加氢法。其中,丙烯直接水法根据其反应原料状态分为气相水法、液相水法、汽液混合水法。目前市场上使用的生产技术主要是丙烯直接加氢法和丙酮加氢法。

安徽异丙醇合成工艺综述

一、间接法

1.丙烯间接水合法

间接水合法的生产过程分为酯化和水解两个步骤:首先,丙烯与硫酸溶液发生酯化反应,产生硫酸氢异丙酯和硫酸二异丙酯,然后通过水解反应产生异丙醇。由于反应中含有硫酸,丙烯更容易聚合,或中间产品热解等副反应。水合后得到的酯通过水解(水蒸气处理)产生粗异丙醇。然后精制得到质量分数达到99%的异丙醇产品。水解得到稀硫酸,去除水,去除固体或胶体。硫酸浓度一般在70%-85%以上。反应温度控制在45-55℃,反应压力一般在2.0-2.8兆帕。此时,反应物在反应器中处于液相状态,有利于硫酸吸收和水合反应的化学平衡。

间接水法的优点是对原料丙烯纯度要求不高,丙烯转化率可达90%以上,粗异丙醇浓度可达60%左右,可降低精制成本;缺点是工艺复杂,选择性低。水解酯和硫酸再生需要消耗大量蒸汽,严重腐蚀设备,存在废硫酸处理问题。

二、直接水合法

直接水是使丙烯在催化剂的作用下,直接发生水合反应,产生异丙醇,副产正丙醇,异丙醚,丙酮等。该方法克服了间接水合法的缺点,具有高效率、低消耗、工艺短等优点,是当今水合法的发展方向。直水法可分为气相直水法、液相直水法和气液混合法三种。

(1)气相法

气相法以德国维巴公司开发的Veba法为代表,维巴法是目前世界上生产异丙醇的主要方法之一,也是最早进入生产工艺。

本方法以磷酸或硅藻土为催化剂,催化剂含磷酸20%~30%,反应时以磷酸为主,丙烯先经分馏塔提浓至99%,然后进入反应器,与水混合,通过固定床反应器,在磷酸催化剂表面和孔内进行气相反应,反应温度为210℃,反应压力为3.0Mpa。粗异丙醇溶液的生产浓度约为20wt%,未转化的丙烯通过压缩机进入反应器内循环使用。粗异丙醇溶液经NaOH溶液清洗除杂、共沸物塔、脱水塔处理后,可得到成品异丙醇。本方法还存在一些缺点:①直接水法适用于低温高压,但为了防止磷酸溶出,需要将水转化为气态,因此采用了对平衡不利的高温低压条件,导致转化率较低;②大量未反应的丙烯需要循环使用,能耗较大;③磷酸少量流失,影响催化剂的使用寿命。

(2)液相法

以日本德山曹达公司溶液催化法为代表,采用钨系多阴离子水溶液。该工艺催化剂溶于循环水,与反应器中的混合物接触反应。产品异丙醇溶于水后进入分离器。反应物混合物在分离塔中分离回收丙烯,然后送精制工艺进行精制。液相直接水的合法反应温度为240~280℃,反应压力为25兆帕,分离出来的丙烯循环使用。

该方法具有催化剂活性高、性能稳定、使用寿命长、丙烯单程转化率高(70%)、选择性高96%[3]等优点。该方法的缺点是反应压力高、设备投资大、功耗大、粗产品含水量高(90%)、精馏时能耗高。

东北师范大学开发了丙烯液直接水合制异丙醇技术。反应条件为:温度170-230℃,压力10.0-12.0兆帕,丙烯单程转化率60%以上,异丙醇选择性97%以上。与上述工艺相比,反应压力从25.0兆帕降低到10.0-12.0兆帕。此外,该技术丙烯转化率高,异丙醇选择性好,催化剂稳定性好,工艺对设备腐蚀轻微。

(3)气液混合法

气液混合法以美国德士古德国分公司的离子交换树脂法为代表,多采用阳离子交换树脂催化剂。在反应过程中,压力相对较高,反应物部分液化,因此化学平衡常数比气相法增加,从而有效地提高了反应速度和丙烯转化率。要求丙烯纯度在92%以上,反应温度在130~150℃,压力在6-10兆帕之间。使用脱盐水,水和丙烯酸比为(12.5~15.0):

由于采用高压、低温和高水烯比,可以获得较高的平衡转化率,但只能获得6%稀有丙醇水溶液,难以精制产品。

在德士古工艺中,原料丙烯和水同时从反应器顶部加入,流经催化剂床层时,气-液两相与催化剂接触发生反应。丙烯转化率在适当的反应条件下约为75%,选择性在97%以上[5]。因为气-液相水合技术具有工艺条件相对较慢、转化率相对较高的特点,所以具有潜在的工业应用价值。该方法的优点是丙烯单程转化率高,酸流失少;缺点是催化剂寿命短,不耐高温,选择性差,醇厚浓度低,精制能耗高。

三、丙酮加氢法

在催化剂的作用下,将丙酮还原为异丙醇,是异丙醇脱水的逆反应[6]采用铜或锌氧化物作为载体催化剂或镍基催化剂,在70~200℃、常压条件下,丙酮加氢产生异丙醇。该方法的选择性为97%,丙酮转化率为85%~90%[4],能耗低,设备腐蚀轻,与传统的丙烯水相比,该方法对设备的腐蚀小,工艺流程简单,是目前国内异丙醇设备应用的主要方法,产能占70%左右。从理论上看,每生产1t异丙醇需要0.967t丙酮

在异丙醇生产过程中,丙酮加氢法不如直接水合法应用广泛,主要原因是采用这种方法生产时对原材料的要求较高,需求量较大。折旧量大大增加了异丙醇的生产成本,不利于其经济效益。但这种方法仍然有其优点,低能耗是其重要优点。与硫酸间接水合法相比,丙酮加氢法对生产设备的腐蚀程度较低。丙酮加氢法生产异丙醇有两种技术催化剂:铜、锌、钨载体催化剂和镍催化剂[7]。在常压170-200℃下,异丙醇的选择性为97%,丙酮的转化率为85.90%。

丙酮加氢工艺路线常用的催化剂有镍基等非贵金属催化剂7。北化院开发的丙酮加氢系列催化剂具有催化性能优异、稳定性好等优点,已成功应用于国内多种丙酮加氢制备异丙醇装置,取得了良好的经济效益。

四、醋酸异丙酯氢化法

醋酸异丙酯加氢法可以同时生产乙醇和异丙醇。

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