异丙醇生产技术进展及投资分析

异丙醇生产技术进展及投资分析

前言

异丙醇是丙烯与水或水蒸汽生产合成的，既不消耗羰基合成气，也不使用其他化工原料，是一个不可多得的好产品。

生产异丙醇的原料丙烯在公司内部是有保障的，原料供应充足；二是炼油厂从裂解裂化气中回收的丙烯组分，纯度在95.5-97%之间，完全满足当今世界上最先进的异丙醇生产技术工艺的要求，每年回收8万多吨，可以生产10万吨异丙醇。

本课题对目前国内外异丙醇的生产技术以及生产和消费情况，进行了比较详尽的情报调研，通过对情报的分析得到：利用炼厂丙烯，采用直接水合法生产异丙醇产品，具有良好的发展前景和丰厚的利润回报。

检索词: 异丙醇利用丙烯水合法

目录

一、异丙醇的概述

二、异丙醇的用途

三、异丙醇的生产方法

四、目前世界异丙醇的生产状况

五、我国异丙醇的生产状况

六、世界异丙醇的消费情况

七、异丙醇的生产的风险分析与对策

八、建议我厂生产异丙醇项目的条件

九、参考文献

一、异丙醇的概述

异丙醇又名二甲基甲醇、2-丙醇，英文品名：iso-Propyl alcohol ；isopropanol；Dimethylcarbinol；2-Propanol俗称IPA。分子式为：C3H8O 或（CH3）2CHOH，它是正丙醇CH3-CH2-CH2OH 的同分异构体，分子摩耳质量为：60.07克/摩耳，相对密度为：0.78505(水=1)。

异丙醇外观为无色透明挥发性液体，有似乙醇和丙酮混合物的气味，其气味不大，味微苦，是世界上最早生产的石油化工产品之一。异丙醇自燃温度为455.6 ℃, 熔点—89.5℃, 沸点82.5 ℃, 闪点11.7℃(闭杯) ,粘度(20℃) 214mP a·s ,溶于水、乙醇、乙醚和四氯化碳。常温下异丙醇可引火燃烧,其蒸汽与空气混合易形成爆炸混合物,在空气中爆炸极限(体积) 上限 2.2%.下限为7.99%。其蒸汽能对眼睛、鼻子和咽喉产生轻微刺激；能通过皮肤被人体吸收。

异丙醇是重要的有机化工原料和溶剂，在溶剂、农药中间体、医药、有机化工原料、电子工业、化装护理、表面活性剂等方面有着非常广泛的用途，其衍生物甘油、丙酮、异丙胺、异丙醚、甲基异丁基酮、二异丁基甲酮、甲基异丁基甲醇、百里酚等都在国民经济的发展中越来越快速的得到发展。另外异丙醇还广泛用作合成化学中间体、油墨涂料、日用化学品、石油燃料的防冻添加剂；此外,异丙醇还可用于制造杀菌剂、杀虫剂、消毒剂及防腐剂等。近年来随着环境保护的加强,异丙醇被用于代替氯溶剂和氟氯烃作电子器件清洁剂。

我国异丙醇产品的质量标准

指标名称优级品一级品合格品

外观透明溶液无机械杂质

色度(Pt-Co) ≤5 10 15

密度0.784—0.786 0.784—0.787 0.787—0.789

纯度(%) ≥99.7 99.5 98.5

水溶性试验澄清澄清澄清

水含量(重量%) ≤0.15 0.20 0.25

初馏点(℃)≥81.8 81.5 81.5

干点(℃)≤82.8 83.0 83.5

蒸发残渣(重量%) ≤0.002 0.005 0.010

酸含量(以乙酸计,重

≤0.15 0.20 0.25

量%)

羰基物(以丙酮计,重

0.02 0.05 0.10

量%)含量

二、异丙醇的用途

异丙醇是一种重要的有机化工原料和有机溶剂,用途十分广泛。

1、溶剂

异丙醇与水、脂肪类化合物以及许多有机物具有互溶性,可用作油漆、油墨、农药、合成树脂;电子工业、抽提、涂料、脱腊、虫胶等的溶剂；也是涂料、油漆的悬浮液和分散液,汽车抛光涂料、塑料彩印油墨的最好稀释剂。由异丙醇用硫酸脱水制得的异丙醚,是动、植物油脂、矿物油、蜡和树脂类等的优良溶剂,用途广泛。异丙醇可用于制取脱水剂、消毒剂、棉籽油萃取剂、汽油添加剂、采油驱油剂和缓蚀剂的分散剂,代替氯溶剂和氟氯烃用作电子器件清洁剂。用异丙醇作地层酸化界面张力降低剂,能使酸化后的残液能容易排出地层。

异丙醇凝固点低( —89.5℃) ,并且有使水的冰点下降的性质,可用来防止冰的生成或冰生成后除水。在橡胶行业,异丙醇可用作硫化促进剂,塑料和树脂的加工溶剂。在水处理行业,异丙醇可用作硬水处理剂和去垢剂。

2、农药中间体

在农药方面,异丙醇主要用于制备水田除草剂西草净和扑草净；制备水旱田除草剂特草净以及农药的配制液；由异丙醇经氨化、再经催化加氢制得的异丙胺,在农药行业可用于生产阿特拉津、扑草净、苯达松、草甘膦异丙胺盐等除草剂。

3、医药

在医药工业,异丙醇可用作生产心得安、吲哚心安、肝乐、氯喘等药物的原料,也可用作维生素萃取剂、药品胶囊清洗剂、医药中的涂抹剂和杀菌剂等。4、有机化工原料

异丙醇可用于制备丙酮、异丙胺、甲基异丁基甲醇(MIBC) 、二异丁基甲酮(DIBK) 、甲基异丁基酮(MIBK) 、异丙酮、醋酸异丙酯、异丙磷、百里酚、52甲基22 异丙基苯酚、过氧化氢二异丙醚、异丙醚、异丙醇的脂肪酸酯等。由异丙醇一步合成的甲基异丁基酮(MIBK) ,是一种优良的中沸点溶剂,广泛用于医药、涂料、染料、选矿、化工、炼油等各个行业。异丙醇与棕榈酸经催化酯化生成的棕榈酸异丙酯，可用作口红、洗面奶、粉底霜、眼影膏等化妆品的润滑剂和乳化剂。

5、其它

异丙醇还可以直接用于电子工业、矿物浮选、印染。异丙醇可用作石油燃料添加剂,以防止汽车、飞机的化油器在寒冷气候条件下结冰,保证在低温环境下的正常运行；还可作为飞机场、铁路的脱水剂；可取代乙二醇作为冷冻系统的抗冻剂；在工业热交换器和航空工业方面广泛应用。异丙醇在胶片工业中用作洗涤剂和干燥剂。在日用化学品中,异丙醇可用作清洁剂、消毒剂、玻璃清洗剂、化妆品和其它卫生用品。

三、异丙醇的的生产方法

最早生产异丙醇的方法是以粮食为原料,通过粮食发酵制丙酮,丙酮加氢制得异丙醇,每吨异丙醇约需消耗粮食16吨，此法已被淘汰。1855年Berthelot用丙烯和硫酸反应生成异丙基氢硫酸酯，水解后得到异丙醇；1920年美国新泽西州Standard Oil以石油裂解的丙烷-丙烯馏分为原料，用硫酸水合法建成异丙醇工业生产装臵；1951年英国ICI公司以氧化钨为催化剂建成首套直接水合生产异丙醇装臵，装臵生产能力为4万吨/年；1966年德国Veba公司建成了1.2万吨/年以磷酸为催化剂的异丙醇生产装臵；1977年德国Deutche Texaco公司用强酸型聚苯乙烯阳离子交换树脂为催化剂建成了异丙醇工业生产装臵。

目前国内外制取异丙醇有二种商业化工艺，均以丙烯为原料。较老的方法采用炼厂级丙烯利用硫酸催化间接脱水生成异丙基硫酸盐，再用蒸汽水解生成硫酸和IPA，粗IPA用蒸馏提纯，这种方法由于生产中间产物硫酸氢异丙酯和硫酸二异丙酯，所以被称为丙烯间接水合法。较新的路线采用化学级（90%~99%）丙烯直接水合，生产出异丙醇产品，避免使用硫酸，这种方法被称为丙烯直接水合法。

间接水合法和直接水合法相比,其最大优点是可以利用廉价的低质量分数的丙烯以及廉价的硫酸,效果也比较满意,90%以上的丙烯可转化为异丙醇；其最大的缺点是对设备有腐蚀,废水和废气也难以处理,污染环境,且原料消耗和生产成本都比直接水合法高,因此80年代后日趋淘汰,近年新建工厂已不再采用。

直接水合法基本上克服了间接法存在的缺点,得到了一定的发展,新建装臵,特别是规模较大的生产装臵,一般均采用直接水合法。在直接水合法中维巴法选择性好,副产品少,无严重的腐蚀问题,且经改进可用于乙醇生产,因此被广泛用。其缺点是丙烯单程转化率低,需将大量未反应的丙烯进行循环。德士古法除具有维巴法的上述优点外,单程转化率可达75% ,无需高纯度丙烯及大量未反应丙烯

循环,缺点是催化剂的价格昂贵,寿命较短,同时由于空速过低,生产能力很低。德山曹达法生产成本较其它方法低,且对原料纯度要求不苛刻,催化剂是半永久的,对环境污染程度较小,缺点是操作压力较高。下面就四种生产方法进行比较：

1、丙烯间接水合法

丙烯间接水合法是将丙烯溶解在硫酸溶液中发生酯化反应生成硫酸氢异丙酯和硫酸二异丙酯，再经水解制得粗异丙醇，最后经精制得高纯度的异丙醇产品。水解所得稀硫酸，经浓缩并除去固体或胶状物后回收利用。该法的优点是可以利用廉价低质量分数的丙烯以及廉价的硫酸，效果也比较满意，90%以上的丙烯可转化为异丙醇，得到的粗异丙醇可达60%，因而可以减少精制费用。不足之处是流程复杂，选择性较低，水解酯类和硫酸再生需要消耗大量的蒸汽，设备腐蚀严重，废水和废气难处理，污染环境，且原料消耗和生产成本比较高。80年代后该法被逐渐淘汰。

CH3CH = CH2 + H2SO4 ———→(CH3)2CHOSO3H

硫酸氢异丙酯

CH3CH = CH2 + ( CH3 )2CHOSO3H ———→(CH3)2CHOSO2OCH(CH3)2

硫酸二异丙酯

(CH3)2CHOSO3H + H2O ———→CH3CH(OH)CH3 + H2SO4

(CH3)2CHOSO2OCH(CH3) 2 + 2H2O———→2CH3CH(OH)CH3 + H2SO4

丙烯间接水合法生产异丙醇工艺流程如下

回收用

由第一反应器出来的物料在分离器中分出粗酯和未反应的丙烷和丙烯馏分，

粗酯进入水解塔，未反应的丙烷和丙烯馏分进入第二反应器继续进行酯化反应。第二分离器中分出的粗酯也进入水解塔。经水解塔、水解汽提塔、中和塔后得到约60%的异丙醇,送精制工序精制。粗醇在轻组分塔中分出异丙醚,在共沸塔中分出废水和聚合物,经脱色和脱臭后,送去生产丙酮或送脱水塔脱水。该塔用苯或环己烷作脱水剂它与水形成共沸物从塔顶排出,塔底物即为无水异丙醇。为了得到高纯度异丙醇再将无水异丙醇在拔头塔中精馏除去少量轻组分,在尾塔中除去少量重组分,最后制得质量分数大于99%的异丙醇成品。

丙烯间接水合法的优点是对原料丙烯的纯度要求不高,丙烯转化率可达90%以上,得到的粗异丙醇质量分数高达60%左右,因而可以减少精制费用。缺点是流程复杂，选择性较低,只有95%,水解酯类和硫酸再生都需消耗大量的蒸气,设备腐蚀严重,而且存在废硫酸的处理问题。

2、丙烯直接水合法

丙烯直接水合法是使丙烯在催化剂存在下直接发生水合反应生成异丙醇，同时副产正丙醇。反应方程式如下:

主反应：CH3CH=CH2 + H2O=(CH3)2CHOH

副反应：CH3CH=CH2 + H2O=CH3CH2CH2OH

与间接水合法相比，它克服了间接法存在的缺点，新建装臵，特别是规模较大的生产装臵，一般均采用直接水合法进行生产。直接水合法又可以分为气相直接水合法、液相直接水合法和气-液混相水合法三种。

2.1气相直接水合法

气相直接水合法以德国维巴法为代表，采用磷酸/硅藻土为催化剂，是目前世界上生产异丙醇的方法之一。该法的优点是选择性好，副产物少，丙烯总转化

率达97%，生成异丙醇的选择性达98%-99%，设备的腐蚀和污染问题大为改善，同时流程短，设备简单，且经过改进可用于生产乙醇。不足之处是丙烯单程转化率低，需要将大量未反应的丙烯进行循环；对丙烯纯度要求高，要求在99%以上；另外，能耗量大，磷酸不断流失，生产上需补加磷酸。

维巴法的生产工艺流程如下

循环丙烯

原料丙烯进反应器之前先经C3分馏塔提浓至99.6%～99.7% ,以免在反应中生成过多的副产物。气化的丙烯和水按摩尔比1∶0.65 ,在180～200℃、2.0MPa 下,通过固定床反应器中的固体磷酸催化剂进行气相直接反应,生成粗异丙醇溶液,同时副产少量异丙醚、丙酮和正丙醇,粗异丙醇液中含异丙醇20%,未转化的丙烯经压缩机再循环使用。洗涤并用NaOH溶液中和的粗异丙醇溶液进入轻组分塔,从塔顶除去醚类及其他轻组分。汽提掉轻组分的稀异丙醇进异丙醇共沸物塔,异丙醇共沸物从塔顶流出,送至脱水塔,正丙醇从塔下部侧线引出。在脱水塔用苯(或环己烷)作萃取剂。脱水后塔底得成品异丙醇,塔顶出的苯和水共沸物去回收系统回收苯,再循环利用。反应按通入的丙烯计,丙烯单程转化率5%～6% ,选择性98%。催化剂的寿命在一年以上。

催化剂中的磷酸在反应过程中会被反应物流带出,为保持催化剂的反应活性,需补加磷酸。补加的方法有三种:直接喷洒法,在反应器上部装一喷头,磷酸以细

雾状从上向下均匀喷洒；注入法，将磷酸注入原料混合气中，借原料气的线速度使磷酸均匀散在载体上；间歇浸渍法,反应器暂停生产,排除全部物料后,从底部送进磷酸,磷酸淹没整个催化剂床层,浸渍一段时间后再从下部将磷酸残液放出,并用氮气吹扫反应器后再投入运行。气相水合法丙烯总转化率可达97% ,生成异丙醇的选择性达98%～99%。固定床反应器一般衬铜,防止腐蚀。该法与间接水合法相比,设备腐蚀、污染问题大为改善,同时流程短、设备简单。因此当该法出现后,被普遍采用,特别在1970年前后发展尤为迅速。美国、加拿大、日本、荷兰相继建厂,1980年前的新建厂大多采用此法。但该法也存在一定的缺点:直接水合法适宜于低温高压,但该法为防止磷酸溶出,需要把水转为气态,故采用了对平衡不利的高温低压反应条件,致使转化率较低；大量未反应的丙烯需循环使用,耗能量大；为了减少副产物的生成量,原料丙烯纯度要求在99%以上;磷酸不断流失,故生产上需补加磷酸。

2.2液相直接水合法

液相直接水合法以日本德山曹达溶液催化法为代表，采用钨系多阴离子的水溶液（如钨硅酸）为催化剂。

液相直接水合法工艺流程图

原料丙烯压缩至规定压力,再用加热器预热至反应温度。水也同样压缩至规

定压力,与反应液进行热交换后进入反应器。催化剂溶于从精制工序来的循环水中,在反应器内与溶于水相中的丙烯接触进行反应。生成的异丙醇溶于水相,从反应器流出,在分离器中分出溶解于水中的残余丙烯后,送精制工序精制。在精制工序中,首先在共沸塔顶蒸出89%的异丙醇,然后在低沸塔除去轻馏分后送入脱水塔用苯脱水,塔底得无水异丙醇,必要时再蒸出高沸物,获得99%以上的高纯度异丙醇。从脱水塔顶出来的水和苯共沸物再到苯回收塔回收苯,回收苯循环使用。从共沸塔底出来的含催化剂的水,再回到反应工序循环使用。

德山曹达法的优点是:催化剂活性高,丙烯和多阴离子活性络合,与通常采用的在硫酸等酸性水溶液中进行水合相比较,在同一氢离子浓度的情况下,反应速度增大2～3 倍；丙烯单程转化率高,选择性高,改进了催化剂的流失问题；催化剂较稳定,可循环使用,寿命长；无公害,该公司采用完全没有有机物和有害物质排放的闭合流程,废气及副产物可作燃料处理;反应过程虽需高压,但设备并不要求特殊材质,并无腐蚀问题。该法缺点是:耗电量大,粗产物含大量水,蒸馏时热量浪费大。

2.3气-液混相法

气-液混相法是以美国德士古离子交换树脂法为代表。采用活性阳离子交换树脂作催化剂。由于催化剂具有良好的活性和耐水性，故可在较低的反应温度和较大的水烯配比条件下反应。与维巴、德山曹达两方法相比，无需高纯度丙烯及大量未反应的丙烯循环，反应条件相对缓和，丙烯转化率高，能耗低。缺点是催化剂价格昂贵，寿命较短。

低沸组分

丙烯和水同时由反应器的顶部加入,以相同方向流经催化剂床层,气、液两相与催化剂接触发生充分混合,在最佳条件下丙烯转化率约为75%。反应用水来自异丙醇提纯工段,这种循环水先经离子交换以除去可能存在的硫酸根、钠离子和铁离子。循环水分为二股,一小部分冷却后作为反应器的急冷水,剩余部分与丙烯换热之后进入反应器。每个反应器有四个催化床层,每个床层有独立的冷却系统,以便容易控制反应温度。异丙醇水溶液与尾气在反应器底部排出,进入高压分离器,高压分离器的液相(含异丙醇约12%～15%)换热冷却后进入贮槽,用氢氧化钠溶液中和。高压分离器分出未反应的气体,经冷却后送至丙烯浓缩工段。粗异丙醇进入提纯工段,先在轻组分塔塔顶蒸出二异丙基醚,釜液在共沸蒸馏塔内分出异丙醇和水共沸物。二元共沸物亦是用苯脱水,后续工序与以上几种流程基本相同。

上面四种不同生产方法的比较

1：生产工艺条件的比较

生产工艺反应条件间接水合法直接水合法

硫酸酯化法维巴法德士古法

德山曹达

法

反应形式液相气相气、液混相液相反应物C3+硫酸C3+H2O C3+H2O C3+H2O

催化剂无磷酸/硅藻土离子交换树

脂

钨化合物