化工巾目位 2002年第1O期
异丙醇的应用、生产方法及市
。 崔小明
一
、应用
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.用作毫搠
(1)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
工业溶剂、抽提溶剂、涂料溶剂、脱蜡溶剂、虫胶溶剂;
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。
(2)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,保证低温环境
下正常运行;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。
(3)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。
(4)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。由异丙醇硫酸脱水
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。
(5)异丙醇可用于制取脱水剂、消毒剂、棉籽油萃
取剂、汽油舔加剂、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。
(6)用异丙醇作地层酸化界面张力降低剂.能使
酸化后的残液容易排出地层。
(7)异丙醇凝固点低(一89.5℃),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。
(8)在橡胶行业.可用作硫化促进剂,塑料和树脂
的加工溶 剂。
(9)在水处理行业,可用作硬水处理剂和去垢剂。
用作医药、农药中问体
在农药方面.异丙醇主要用于制备水田除草剂西
场 分 析
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。
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。
3.用作有氟化工原井
异丙醇可用于制备丙酮、异丙胺、甲基异丁基甲
醇 (MmC)、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、5一甲
基一2一异丙基苯酚、过氧化氢二异丙醚、异丙醚以及
异丙醇的脂肪酸酯等。
4.其它方面
异丙醇还可以直接用于电子工业、矿物浮选、印
染、家庭个人t'b'bk品护理、日化和表面活性剂等方面。
二、生产方法
目前国内外工业上生产异丙醇的方法主要是丙
烯水合法。根据是否生成中间产品,其工艺路线又可
分为丙烯间接水合法和丙烯直接水合法两种工艺。
1.丙一目接术合法工艺
丙烯间接水合法又名丙烯硫酸水合法,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。水解所得的稀硫酸,经浓缩并除
去固体或胶状物后可回收利用。主要的反应方程式为:
CH3-CH=CH2+H2S o._+(c ) HOSOaH
硫酸氢异丙酯
c —CH=CH2+(CH3) HOSO _+
(CH3)zCHOSOzOCH(CH5):(硫酸二异丙酯)
(CH3hCHOSO~H +H2o H H(oH)cH +H2So.
(CH,)a~HOSO2OCH(CH3)2+2H 卜呻
2CHjCH(OH)CHj+H o|
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2002年第10期 化工巾橱位
由于硫酸的存在,丙烯易发生低聚、中间产品热
解等副反应,反应生成的中间体与异丙醇反应生成异
丙醚。
采用丙烯硫酸间接水合法生产异丙醇,因所采用
硫酸浓度的不同有两种方法,一种是浓硫酸两步法,
另一种是稀硫酸法。两种方法的主要区别在于酯化过
程 的不同。浓硫酸两步法采用浓度>80%(一般为
92%)的硫酸 ,在反应温度 20-30'tE、反应压 力1—
1.2MPa下,采用两个反应器吸收丙烯,得到硫酸异丙
酯;稀酸一步法采用 60%'--80%的低浓度硫酸 .在 6
65't2以及 2 5MPa下进行吸收酯化反应。虽然两种过
程异丙醇的选择性均大于90%,但由于浓硫酸两步法
酸提浓及本身损失以及冷冻能耗较高.因此一般情况
下采用稀酸法进行生产。
丙烯间接水合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,丙烯转化率达 90%以
上,粗异丙醇质量分数可达60%。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,废水和废气处理较为困难,对
环境有一定的污染,且原料消耗和生产成本较高。20
世纪 80年代后该法逐渐被淘汰。
2.丙|.}土其水合辫工艺
丙烯直接水合法是目前工业上生产异丙醇的主
要方法,它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。反应方程式为:
主反应:cH H=CH2+Hp_+(CH3)2CHOH
副反应:CHiCH=C +H20_+cH H H H
丙烯直接水合法可分为气相直接水合法、液相直
接水合法和气一液混相水合法 3种。气相直接水合法
以德国维巴公司开发的维巴法为代表,液相直接水合
法以日本德山曹达公司溶液催化法为代表,气一液混
相法以美国德士古德国分公司的离子交换埘脂法为
代表。
(1)气相直接水合法(维巴法)
维巴气相直接水合法是目前世界上生产异丙醇
的主要方法之一,我国锦州石化公司即采用此法进行
生产。该法采用磷酸催 藻土为催化剂,催化剂含磷酸
2O盼 0%(wc),反应时催化剂表面上的磷酸饱和蒸气
压起主要作用。
该法与间接水合法相比,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%一
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
直接水台法适宜于低温,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
质量分数要求在99%以上;磷酸不断流失,故生产上
需补加磷酸。
(2)液相直接水合法
液相直接水合法由日本德山曹达公司在 20世纪
70年代开发成功。该法采用钨系多阴离子的水溶液
(如钨硅酸)为催化剂(pH=2~3),其中[Si(W~O 。) 在
水中的浓度为(1/4000~1/100)mol/L。
该法的优点是催化剂活性高,丙烯和多阴离子活
性络台.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 ,反应过程虽需高压,但设备并不需要特殊材
质,且无腐蚀性问题。缺点是耗电量大,粗产物含大量
水,蒸馏时热量消耗量大。
(3)气一液混相法
气一液混相法以美国德士古德国分公司离子交换
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进行反应 与维
巴、德山曹达两种方法相比,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。我国
在这方面的研究方面也取得了较大进展。抚顺石油化
工研究院在 1993就开发出了树 法丙烯直接水台制
异丙醇的催化剂及相关工艺。这种采用牌号为xP型
的树脂型催化剂,其工艺特点是反应条件温和,低温
(130~170"C)、中压(7"-OMPa1),适中水烯配比(12.5—
15.0:1(too1)),采用滴流床反应器。丙烯单程转化
率≥70%(too1),总转化率≥90%(mo1)。与国外同类技
术相比,反应压力降低 2.0MPa,具有更高的产品时空
收率,分离过程无需另外引入第三组分 .分离流程更
简便、高效;水烯比适宜,催化剂和工艺配套,流程简
单,操作方便。
目前,世界异丙醇的总生产能力约为230万吨/
年,其中美国约占37%,加拿大约占4%,拉美约占
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化工【ll幔位 2002年第10期
3%.西欧约占38%,日本约占8%,亚太地区约占10%。
世界异丙醇的主要生产厂家情况见表1所示。
裹 1 世界弄秀●的主蔓生产广囊帆 (万吨/年)
在目前世界上建成的异丙醇主要生产装置中,采
用丙烯直接水合法的装置共有11套.约占世界异丙
醇装置总数的1/2,合计生产能力98 3万吨/年,约占
世界异丙醇装置生产能力的42.7%。采用丙烯硫酸氧
化法的装置有3套,主要集中在美国,总生产能力为
82.7万吨/年,约占世界总产能的 36%。采用丙烯间接
水台法的装置有6套,合计生产能力为38.1万吨/
年,约占世界异丙醇总生产能力的16.6%。另外.美国
和巴西各有1套采用粗丙酮加氢副产异丙醇的小型
生产装置.产能约占世界总产能的 1.7%。从发展趋势
来看,除丙烯直接水合法外,其余工艺将陆续退出异
丙醇生产领域。
美国是世界上异丙醇生产能力和产量最大的国
家。1976年产量创历史最高记录,达到87.89万吨,20
世纪80年代由于异丙醇法丙酮生产陷人困境,产量锐
减,1983年产量降至 54.91万吨,20世纪 90年代后产
量一直在 65万吨/年左右徘徊,开工率约为72%。
西欧异丙醇生产主要集中在法国、德国、荷兰及
英国等国家,目前总生产能力约76万吨/年,产量约
62万吨/年。开工率约为 82%。
日本是亚洲最早建成异丙醇工业化生产装置的
国家,生产能力和产量一直为地区最大 1987年产量
突破 10万吨大关。但是在 1993年以前,日本异丙醇
的生产能力一直没有增加,1993年日本石油化学公
司新建3万吨/年异丙醇装置后.才使日本异丙醇的
生产能力达到目前的 17.6万吨/年,生产负荷超过北
美、西欧等主要国家。
20世纪 8O年代末 9o年代初,东亚、中南美一些
国家异丙醇市场需求旺盛,东南亚地区异丙醇市场
需求量以2位数的速度增长,这些地区相继建设了
一 批工业化装置。1990年壳牌东方化学品公司在新
加坡建成一套 7万吨/年生产装置 ;与此同时 .韩国
建成了一套3万吨/年异丙醇生产装置;1992年 10
月中国锦州石油化学工业公司将 2万吨/年装置扩
建至 5万吨/年.1999年又扩建至 10万吨/年;日本
石油化学公司 1993年新增生产能力 1万吨/年。另
外,泰国 Bida集团也将新建一套3万吨/年的异丙醇
生产装置。
美国、日本和西欧是世界上异丙醇的主要消费国
家和地区 ,其消费量约 占世界异丙醇总消费量的
70%。在这些国家和地区的消费结构中,主要消费领
域是溶剂和丙酮,两者共占世界异丙醇总消费量的
60~Ar~70%。在异丙醇的衍生物中,清洗剂的需求增长
最快。在亚洲,日本、中国及东南亚需求增长势头较
猛 .日本近几年以年均 10%以上的速度增长。化学中
闻体的需求增长速度也较快,预计美国到2003年将
以年均 槲 的速度增长。医药、表面活性剂、油墨等消
费领域近几年走势平稳,涂料、农药的需求量呈下降
的趋势。
美国是世界上异丙醇消费量最大的国家,其消费
量始终占世界总消费量的 25~Ar~30%。1970年以前,异
丙醇一直是美国丙烯衍生物中最大的品种,此后 由
于聚丙烯、环氧丙烷、丙烯腈等产品的迅速发展.其增
长率相对减少。预计异丙醇在近几年的需求量将以年
均 1. 的速度增长,到2003年消费量将达到约 50万
吨。美国生产的异丙醇主要用于溶剂、化学中间体、日
用化学品、丙酮、医药等领域。
溶剂是美国异丙醇最大的消费领域.主要用作木
器抛光剂、汽车修补用涂料及表面涂料稀释剂等,其
他用途还有油墨(作水基涂料的助荆)、杀虫荆、树脂
加工溶剂、电子器件清洗荆及试剂等,不过,严格的
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2002年第10期 化工巾目位
VOC(挥发性有机化合物)法规将大大抑制这些溶剂
的需求增长.其中受冲击最大的是表面涂层的应用。
大幅度降低溶剂的含量将使用户使用水基或高固含
量的涂料 。
化学中间体是美国异丙醇第二大消费领域。其最
大的用途是用于生产异丙胺、甲基异丁基酮(MINK)、
甲基异丁基甲醇(MIBC)、二异丁基甲酮(nmK)和异
丙酮。一异丙胺用在除草剂阿拉特津和草甘膦上,两
者的需求量几乎相等。MIBC、DIBK和醋酸异丙酯主
要用在油墨、涂料及油漆上。MIBC用于润滑油添加
剂和有色金属矿山浮选的捕集剂和起泡剂。异丙醚类
产品主要用于润滑舔加剂、化妆品及个人防护用品。
预计美国今后几年化学中间体对异丙醇的需求将以
年均 4%的速度增长.到 2003年消费量将达到 17.50
万吨。
与化学中间体直接或间接相关的溶剂大约超过
美国异丙醇总消费量的75%,然而,与VOC法规有关
的条款及传播将对异丙醇的进一步需求产生巨大的
影响。
在西欧异丙醇的消费中,溶剂和丙酮是其两大消
费领域 ,法国、德国、英国位居消费量的前3名。
20世纪 舯 年代中期以后 ,日本异丙醇的消费增
长很快.由1987年的 10万吨增加到 1989年的 14.46
万吨。90年代以来,异丙醇的消费量增长趋缓。涂料
和油墨是其主要应用领域 .约占异丙醇总消费量的
50%,其它方面的应用还有抗菌素萃取剂、药品胶囊
清洗剂、农药溶剂、表面活性剂等。日本除清洗剂等少
数应用领域将继续保持高速增长外.其它用途市场已
过高速增长期.近年来进口量超过出口量,因此需求
量大幅度增长的可能性不大。预计今后几年 日本异丙
醇需求量将以年均 29矗的速度增长,到 2003年需求量
将达到 16.65万吨。
1.生产情况
我国异丙醇的研究开发始于 20世纪 60年代初
期,1977年7月锦帅l石化公司炼油厂(原锦州石油六
厂)建成投产一套2万吨/年丙烯气相直接水合法生
产装置 ,1992年 10月扩至 5万吨/年,1999年又扩至
10万吨/年。兰外炼¨油化工总厂炼油一厂曾采用丙烯
硫酸水合法建成一套6OO吨/年装置,因工艺落后,生
产成本高.没有竞争力,于1994年6月停产。目前,我
国异丙醇的总生产能力约为 11万吨/年,其中锦州石
油化工公司炼油厂是我国唯一的异丙醇大型生产装
置,其它生产厂家还有上海溶剂厂、济南化工厂、锦西
石油五厂、上海人民制药厂、北京化工厂、北京化学试
剂研究所以及天津试验三厂等.但装置规模均较小,
生产能力大多在1000吨/年左右。
随着我国异丙醇生产能力的不断增加,产量也不
断增加。1997年我国异丙醇的产量只有 4.92万吨,
1999年增加到 5.51万吨,2001年产量约为 6万吨。
虽然我国异丙醇的生产能力不小.但产量仍不能
满足国内实际生产的需要,因而每年都要向美国等国
家进口相当数量的异丙醇。在进口的同时.我国的异
丙醇也有少量的出口.产品主要出口到新加坡、中国
台湾和西班牙等地。近几年我国异丙醇的进出口情况
见表 2所示。
寰2 最几年羲■弄丙●的进出口情况 (万吨/年
z消夤情况
近年来,我国异丙醇消费一直保持高速增长势
头。1992年我国异丙醇的消费量只有 3.86万吨,1999
年增加到 l1 40万吨.2000年为 12.20万吨,2001年
消费量约为 13_10万吨。目前我国异丙醇主要用作油
墨和制药工业的溶剂,其消费量约占异丙醇总消费量
的 52%。但异丙醇在该领域将受到乙醇的竞争,今后
几年增长幅度不会很大;异丙醇在4b-~-中间体方面的
应用也较多,主要用于生产异丙胺和异丙醚 ,消费量
约占异丙醇总消费量的 27%.其中仅用于生产除草剂
异丙胺就需消耗异丙醇约 6000吨/年,在其它方面的
需求量约 占 21%。
由于目前我国异丙醇产品在纯度方面与国外相
比尚有一定的差距.因而在电子工业方面应用尚未
开发.预计今后此领域将是异丙醇十分重要的发展
领域之一。另外异丙醇在日化、表面活性剂等方面的
需求量也会有较大的增加。预计 1997-2002年我国
异丙醇的需求量将以年均 7%左右的速率增加 ,
2002--2007年需求量将以年均 6%左右的速率增加。
大庆油田化学助剂厂
计划
项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载
在 2002年新上的一套 20
万吨/年表面活性剂作为三次采油助剂中.每年就需
消耗异丙醇约 7万吨 ,可见我国异丙醇发展前景十
分广阔。
专簟窖7页
夕
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2002年第10期 化工中同诹
生产能力平均为0.4"0.6m ·h。由于微孔管可用压
缩空气反吹再生.使用寿命一般可达 2年以上。
(2)生产用水的精密嫩孔过滤
PG型精密过滤机已大量用于生产用水的精密过
滤。可使水的浊度降到 lmg/L左右。由于微孔管去除
率高.又易于反吹再生,使用寿命长。可大大延长后处
理工艺中如电渗析膜.离子交换树脂,微孔膜.超滤膜
及反渗透膜等介质的使用寿命。
2.在三度处基中的应用
(1)在废水处理上的应用
(1)各种形态的金属离子废水中,如 Ni”、pb2 、
Cu 、Cd2+~Zn2+、c 及 c 等金属离子以及它们的化
合物 MnSO 、CuO、PbSO 等 。均可应用 PG型精密微
孔过滤机进行有效处理.这些处理技术已在国内大规
模推广应用,且连续应用了 10年以上;(2)废水中的
非金属有害元素如氟 、硫等元素。先化学预处理,使之
形成不溶性沉淀 ,然后采 PG型精密微孔过滤机。一
次过滤就可达到排放要求;(3)除尘洗涤废水温法除
尘后。一些厂采用自然沉淀池处理.占地面积大,投资
大 。采用 PG型过滤机。过滤效率高,水质清澈透明.
从PG型过滤机就可直接排出较干的渣。本方法已用
于烟尘废水的过滤;(4)PG型过滤机还大量用于其它
如乳胶漆。硫酸或磷酸。颜料等废水的过滤;此外。微
孔PE管是非常理想的气体鼓泡器。用于曝气法中,处
理后水中油浓度只有 2 x10 ,COD也符合排放
标准。
(2)气流消声处理
由于徽孔 PE管消声效果极好.压缩气体从储气
柜直接向大气排放时 .噪音达 100~120dB。如果通过
微孔 PE管排放,一般只有 20~30dB,此技术已大量用
于气动元件排气时的消声器及压缩气体向大气排放
时的消声。
(3)气体除尘
微孔 PE管除尘效率非常高,如 0.3b~rn的微粒,
除尘效率超过 99%,通气速度 可达 4m3/m2·h,压差
只有9.81kPa左右。气体温度不超过 120%2时。可用微
孔 PA管进行除尘过滤。
3.在精■化工生产中的应用
(1)产品的过滤与洗涤:PG型过滤机应用于垃径
为 1p,m左右的化工产品过滤与洗涤。如硫化钡、硫酸
钡、氧化铝、 o 等。(2)催化剂过滤:催化剂为很细
的鹭金属颗粒,用 PG型精密微孔过滤机可以做到
100%分离 。排滤饼与微孔管再生操作简便。目前已大
量用于各种催化剂的过滤和载体氢氧化铝的过滤与
洗涤。(3)液体原料的过滤,可提高产品的质量。如制
备硫酸钡的原料氯化钡与硫酸钠 ,采用精密微孔过滤
后.硫酸钡产品质量明显提高。(4)粉末活性炭与脱色
液的过滤 :粉末活性炭最细微粒只有 1-2b~rn,用 PG
精密微孔过滤机可使 1“.m的炭微粒高效滤出。该类
设备已成功应用于许多化工产品的粉末活性炭过滤。
(5)液体产品的过滤。
四、结论
微米级高分子精密微孔过滤技术是一种先进的
液固与气固精密过滤技术,能过滤 lp,m左右的细颗
粒,能快速简便地排除干滤饼。能方便地对微孔过滤
管进行再生,能长期反复使用。精密徽孔过滤机结构
较简单。占地面积较小,动力消耗少,已成功应用于精
细化工、水处理及工业三废处理等领域。
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五、发展建议
1.由于我国异丙醇市场在近期内有较大的缺口,
发展前景十分广阔。因此建议国内有丙烯原料的石油
化工厂和炼油厂积极筹建几套万吨级异丙醇生产装
置,以满足国内市场不断增长的需求,减少进口。
: 建邀新建昱西醛生产装置的生产规模最小应
在 3万吨/年以上。以获得规模经济效益。
3.建议生产工艺采用我国抚顺石油化工研究院
自行开发的树脂法丙烯直接水合制异丙醇生产工艺。
4.建议国内石油化工厂或炼油厂利用含量在40%
,-600,6的丙烯来发展异丙醇的生产。因为采用此法.不
仅可用于生产异丙醇,而且还可联产丙酮 。可根据市
场需求提供两种紧俏化工产品。同时为炼厂气的应用
开辟一条有效途径。
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