丙烯水合法联产异丙醇和二异丙醚的研究

2017-08-30张绍志浙江新化化工股份有限公司

科学中国人 2017年17期

关键词：单程丙烯转化率

张绍志浙江新化化工股份有限公司

丙烯水合法联产异丙醇和二异丙醚的研究

张绍志
浙江新化化工股份有限公司

随着人们环保意识的不断增强，异丙醇作为氟氯烃和三氯乙烷等电子工业清洗剂的替代品，有着非常好的发展潜力，而且我国对异丙醇的需求也在不断增加。因此，本文就丙烯水合法联产异丙醇和二异丙醚展开研究。

丙烯水合法；异丙醇；二异丙醚

一、工艺技术现状

（1）丙烯间接水合法

此法是传统的异丙醇生产技术，丙烯用硫酸吸收形成硫酸异丙酯∶

水解反应除了形成异丙醇外，还有许多副产物，比如二异丙醚等。应用汽提法将粗异丙醇从稀硫酸中分出，再送去碱洗、丙烷脱除，所得产品通过再次处理得到精异丙醇。

该法技术较成熟，对原材料要求不高，操作方便，不过因为采用了硫酸作催化剂，所以在生产中会排出许多的酸性废水，对设备的腐蚀较严重，所用的材质要求高，再加上污染问题，这一方法在国外已逐步淘汰。

（2）直接水合法

丙烯直接水合法有三类：气相、液相以及气-液相丙烯直接水合法。

汽相丙烯直接水合法，它是将氧化钨/活性硅藻土当作催化剂，或载于SiO2上的磷酸作为催化剂，使用气相固定床反应器,丙烯的总选择性为95%，丙烯单程转化率为5%-6%，异丙醇的选择性为96%。

液相丙烯直接水合法，它是使用水溶性的硅钨酸盐如Na3H（Si（W3O10）4）当作催化剂，应用化学纯丙烯为材料，丙烯单程转化率为60%-70%，异丙醇的选择性为98%，反应液脱除丙烯后，再处理获得异丙醇。

鄂东古城蕲州镇东，有一绿林掩映的村舍，名曰油铺。相传明末清初朱姓皇族为避清军杀戮，改名换姓逃难至此安家落户，屈指算来已历两百多个春秋。

丙烯汽-液相直接水合法，用丙烯在强酸性离子交换树脂存在下，在相应的压力、温度等环境下与水直接生成异丙醇：

同时伴有一定量的二异丙醚等物质。未反应的丙烯返回，再次进行反应，得到的粗异丙醇通过脱除杂质获得精异丙醇。

通过对三种直接水合法制异丙醇工艺的比较，能够较为明显的发现各技术方法的优劣。比较发现，三类工艺技术各有自身特点，气相丙烯直接水合法的优点是，选择性好，副产品少，没有严重的腐蚀问题；缺点是单程转化率低，需将大部分丙烯再次循环；丙烯气-液相直接水合法制异丙醇除具有以上优点之外，单程转化率能够达到70%，不需要很多丙烯再次循环，其不足之处在于催化剂成本较高，生命期较短；液相丙烯直接水合法尽管转化率与选择性较高，不过所需条件较严苛，对原料的要求也很高。总的来讲，气-液相直接水合法有着转化率高、损耗低等特点，是未来重点发展方向。

二、丙烯水合法联产异丙醇和二异丙醚

通过分析已有各技术方法的优点与不足，本文研究了丙烯气-液相直接水合法，通过研发新的工艺以及新的催化剂，实现创新发展。本研究的主要内容包括：

（1）工艺流程

将丙烯气和工艺水升压到7.5～8.5Mpa，经过换热、加热到130～150℃，送入装有催化剂的反应器中进行反应，形成异丙醇，并获得二异丙醚等副产品，并将没有反应的丙烯气、工艺水送回到反应物中再次进行反应，产品通过精馏提纯处理之后获得异丙醇以及副产品二异丙醚等。

本技术整体上考虑到了生产成本、安全性、环保性等多项因素，单程转化率能够达到70%以上，并不需要很多的丙烯再次循环，选择性较好，反应条件也比较温和，减少了生产运行中的风险，降低了生产成本以及废弃物的排放。

（2）催化剂

本文研发了全新的离子型交换树脂水合催化剂，有效提升了水合反应的转化率、选择性，还大大提升了催化剂的使用有效期，减少了催化剂更替的频率以及代价，降低了对生态环境造成的污染。

（3）自动控制

依照对检测点以及工艺流程的运行要求，应用分散型控制系统（DCS）对整个设计进行过程检测、数据处理、过程控制、能量平衡衡算、计量管理、安全联锁保护、可燃气体报警监视、用电设备的状态显示等，从而改善生产自动化水平、降低劳动强度，减少运行成本。

考虑到安全性、可靠性，以及保障生产、正常作业的要求，对关键的温度、压力、液位以及流量等数值配置了信号报警与联锁系统。联锁接点使用直接型与间接型，联锁为故障安全型。每个联锁都设有报警显示，对关键安全联锁，在相关数据恢复正常时设定手动复位。

大多数情况下，信号联锁报警在DCS中呈现、声响告之，对于关键的安全联锁系统再设定硬报警，接有报警器。

（4）精馏分离

本文选取高效精馏技术及设施，增强产品质量以及运行稳定性，减少能耗。研发人员在实际研发过程中发现，产品与水具有共沸问题，在常压下难以实现分离，会导致材料的损伤、产品质量的降低。因此，研发人员经过多次试验、研究，比较萃取精馏和负压真空精馏和正压加压精馏、间歇精馏和连续精馏的成效，对于各材料的不同特性，研发出了加压或负压连续精馏分离工艺，这一技术再加上DCS控制，有效的提升了运行过程的平稳性以及产品质量，并能减少产品的能耗。