異丙醇又名仲丙醇、二甲基甲醇，外觀為無色透明液體，是一種性能優(yōu)良的有機(jī)溶劑，主要應(yīng)用在油墨和涂料等領(lǐng)域中，在醫(yī)藥、有機(jī)化工中間體原料及電子工業(yè)清洗劑等方面也有著廣泛應(yīng)用^[1-2] 。目前文獻(xiàn)中對制備異丙醇的催化劑研究較多。  

目前異丙醇生產(chǎn)技術(shù)主要有三種，即：丙烯間接水合法、丙烯直接水合法和丙酮加氫法。其中丙烯直接水合法又因其反應(yīng)原料狀態(tài)不同分為：氣相水合法、液相水合法、汽液混相水合法。目前，市場上應(yīng)用的生產(chǎn)技術(shù)主要為丙烯直接加氫法以及丙酮加氫法。

1.1 丙烯間接水合法

間接水合法該生產(chǎn)過程分為酯化和水解兩步：首先，丙烯與硫酸溶液發(fā)生酯化反應(yīng)，生成硫酸氫異丙酯和硫酸二異丙酯，然后再經(jīng)過水解反應(yīng)制得異丙醇。由于反應(yīng)存在硫酸，丙烯更容易發(fā)生聚合，或中間產(chǎn)品熱解等副反應(yīng)。水合后得到的酯類經(jīng)水解(用水蒸氣處理)制得粗異丙醇。然后精制得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)99％的異丙醇產(chǎn)品。水解得到稀硫酸，經(jīng)除水并除去固體或膠狀物回用。硫酸濃度一般為70％-85％以上．反應(yīng)溫度控制在45-55℃，反應(yīng)壓力一般為2.0-2.8MPa，此時反應(yīng)物在反應(yīng)器內(nèi)處于液相狀態(tài)，以利于硫酸吸收和水合反應(yīng)的化學(xué)平衡。

間接水合法的優(yōu)點(diǎn)是對原料丙烯的純度要求不高，丙烯轉(zhuǎn)化率可達(dá)90％以上，得到的粗異丙醇濃度高達(dá)60％左右，因而可以減少精制費(fèi)用；缺點(diǎn)是流程復(fù)雜，選擇性較低。水解酯類和硫酸再生都需消耗大量的蒸汽，使設(shè)備腐蝕嚴(yán)重，而且存在廢硫酸的治理難題。

直接水合法是使丙烯在催化劑作用下，直接發(fā)生水合反應(yīng)生成異丙醇，副產(chǎn)正丙醇、異丙醚、丙酮等。該法克服了間接水合法的缺點(diǎn)，具有高效、低耗、流程簡短等優(yōu)點(diǎn)，是當(dāng)今水合生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展方向。直接水合法可分為氣相直接水合法、液相直接水合法和氣液混相法3種。

2.1 氣相法

氣相法以德國維巴公司開發(fā)的 Veba 法為代表，維巴法是目前世界上生產(chǎn)異丙醇的主要方法之一，也是最早進(jìn)入我國的異丙醇生產(chǎn)技術(shù)。

該法采用磷酸或硅藻土為催化劑，催化劑含磷酸20％～30％，反應(yīng)時主要是催化劑表面上磷酸起主要作用，丙烯先經(jīng)分餾塔提濃至99％后進(jìn)入反應(yīng)器，與水混合通過固定床反應(yīng)器并在磷酸催化劑表面及孔道內(nèi)進(jìn)行氣相反應(yīng)，反應(yīng)溫度為210℃，反應(yīng)壓力3.0Mpa。反應(yīng)生產(chǎn)粗異丙醇溶液，濃度約為20wt％，未轉(zhuǎn)化的丙烯經(jīng)壓縮機(jī)進(jìn)入反應(yīng)器內(nèi)循環(huán)使用。粗異丙醇溶液經(jīng)NaOH溶液洗滌除雜、共沸物塔、脫水塔處理后可得成品異丙醇。該法也存在一定的缺點(diǎn)：①直接水合法適用于低溫高壓，但為防止磷酸溶出，需把水轉(zhuǎn)為氣態(tài)，故采用了對平衡不利的高溫低壓條件，致使轉(zhuǎn)化率較低；②大量未反應(yīng)的丙烯需循環(huán)使用，耗能較大；③磷酸少量流失，影響催化劑使用壽命。

2.2 液相法

液相法以日本德山曹達(dá)公司溶液催化法為代表，采用鎢系多陰離子的水溶液。該工藝催化劑溶于循環(huán)水，在反應(yīng)器內(nèi)與混合物料接觸進(jìn)行反應(yīng)。產(chǎn)物異丙醇溶于水后，進(jìn)入分離器。反應(yīng)物混合物料在分離塔內(nèi)將丙烯分離回收后送精制工序精制。液相直接水合法反應(yīng)溫度為240～280℃，反應(yīng)壓力為25MPa，分離出的丙烯循環(huán)使用。

該法優(yōu)點(diǎn)是催化劑活性高、性能穩(wěn)定、壽命長、丙烯單程轉(zhuǎn)化率高(70％)、選擇性達(dá)96％^[3]；該法的缺點(diǎn)是：反應(yīng)壓力高、設(shè)備投資大、耗電量大、粗產(chǎn)物含水量大(90％)、精餾時能耗高。

 東北師范大學(xué)開發(fā)丙烯液相直接水合制異丙醇工藝技術(shù)。反應(yīng)條件為：溫度 170-230℃、壓力10.0-12.0MPa，丙烯單程轉(zhuǎn)化率大于60％，異丙醇選擇性大于97％。同上工藝相比，降低了反應(yīng)壓力，由25.0MPa降至10.0-12.0MPa，另外該技術(shù)丙烯轉(zhuǎn)化率高，異丙醇選擇性好，催化劑具有良好的穩(wěn)定性，工藝對設(shè)備腐蝕輕微的特點(diǎn)。 

2.3 氣液混相法

氣液混相法以美國德士古德國分公司的離子交換樹脂法為代表，多使用陽離子交換樹脂催化劑。該催化劑在反應(yīng)時，壓力相對氣相法較高，反應(yīng)物被部分液化，因此化學(xué)平衡常數(shù)較氣相法增大，進(jìn)而有效提高了反應(yīng)速度和丙烯轉(zhuǎn)化率。要求丙烯純度在92％以上，反應(yīng)溫度為130～150℃，壓力為6-10MPa，使用脫鹽水，水與丙烯摩爾比為(12.5～15.0)： 

1^[4]。因采用高壓、低溫和高水烯比，能得到較高的平衡轉(zhuǎn)化率，但僅能獲得6％稀異丙醇水溶液，給產(chǎn)品的精制帶來困難。

德士古工藝中原料丙烯和水同時由反應(yīng)器的頂部加入，流經(jīng)催化劑床層時氣-液兩相與催化劑接觸發(fā)生反應(yīng)。在適宜反應(yīng)條件下丙烯轉(zhuǎn)化率約為75％，選擇性達(dá)97％以上^[5]。由于氣-液相法水合技術(shù)具有工藝條件相對液相法較為緩和、轉(zhuǎn)化率相對氣相法高等特點(diǎn)，因此具有潛在工業(yè)應(yīng)用價值。該法優(yōu)點(diǎn)是丙烯單程轉(zhuǎn)化率高，酸流失少；缺點(diǎn)是催化劑壽命短，不耐高溫，選擇性差，粗醇濃度低，精制能耗高。

丙酮加氫工藝是在催化劑的作用下，將丙酮在氫氣還原成異丙醇，是異丙醇脫水的逆反應(yīng)^［6］采用銅或鋅氧化物為載體催化劑或鎳基催化劑，在70～200℃、常壓條件下，丙酮加氫生成異丙醇。該法選擇性為97％，丙酮轉(zhuǎn)化率為85％～90％^[4]，能耗低、設(shè)備腐蝕輕，相比傳統(tǒng)的丙烯水合法對設(shè)備腐蝕小、工藝流程簡單，是當(dāng)前國內(nèi)異丙醇裝置中應(yīng)用的主要方法，產(chǎn)能占比約70%。理論計算可得，每生產(chǎn)1t異丙醇需要0.967t丙酮。

丙酮加氫法在異丙醇的生產(chǎn)工藝中不如直接水合法應(yīng)用廣泛，主要原因是采用該方法進(jìn)行生產(chǎn)時對原材料的要求較高，且需求量大。折舊額大大增加了異丙醇的生產(chǎn)成本，不利于其經(jīng)濟(jì)效益。但是這種方法仍存在可取之處，較低的能耗是其重要的優(yōu)點(diǎn)，同時相比于硫酸間接水合法來說，丙酮加氫法對生產(chǎn)設(shè)備的腐蝕程度較低。丙酮加氫法生產(chǎn)異丙醇技術(shù)催化劑有兩種：銅、鋅氧化鎢載體催化劑以及鎳催化劑^[7]。反應(yīng)在常壓170-200℃條件下生產(chǎn)異丙醇選擇性為97％，丙酮轉(zhuǎn)化率為85.90％。

丙酮加氫工藝路線常用的催化劑有鎳基等非貴金屬催化劑^［7］ 。北化院開發(fā)的丙酮加氫系列催化劑具有催化性能優(yōu)良、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，已成功應(yīng)用于國內(nèi)多套丙酮加氫制備異丙醇裝置，均取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

醋酸異丙酯加氫法可同時生產(chǎn)乙醇和異丙醇，還會生成一些副產(chǎn)物，因此，此法生產(chǎn)的異丙醇產(chǎn)品品質(zhì)不僅取決于加氫過程生成的副產(chǎn)物的數(shù)量，而且取決于后續(xù)精餾過程的分離效果。江蘇凱凌化工于 2015 年期間投產(chǎn)了醋酸異丙酯氫化法裝置，雖能聯(lián)產(chǎn)無水乙醇，但乙醇與異丙醇分離較為困難，加上脫水過程也較為復(fù)雜，目前處于停產(chǎn)狀態(tài)。

[1] 燕豐.異丙醇的生產(chǎn)技術(shù)及國內(nèi)外市場前景[J]. 醫(yī)藥化工，2007(10):12-15. 

[2] 李銀彥.異丙醇生產(chǎn)技術(shù)及市場展望[J].精細(xì)與專用化學(xué)品，2011，19(12):8-11 

[3] 劉中民，朱書魁，張世剛，等．丙烯直接水合法生產(chǎn)異丙醇技術(shù)田．精細(xì)與專用化學(xué)品，2005，(15).

[4] 程光劍，等.已二酸二甲酯加氫制備1，6-己二醇工藝研究[J].精細(xì)化工中間體，2006，36(5)：67-69． 

[5] 喬凱，呂連海，翟慶銅，程國香．丙烯催化水合制異丙醇工藝研究[J].當(dāng)代化工，2006，05：303-306． 

[6] 白文君，等. Ni基催化劑上丙酮加氫制備異丙醇的工藝研究.[D]太原：太原理工大學(xué)，2016.

[7] 白文君，李文懷，高蕊蕊，等. 助劑對Ni基催化劑上丙酮高壓氣相加氫制異丙醇的影響[J].能源化工，2016，37(3):6 - 10.

作者：圍、傳奇、太陽在山頂上、太陽花開

編輯：孟想