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异丙醚的制备及在化工方面的应用

发布日期:2018/12/24 10:06:16

背景及概述[1][2]

异丙醚是一种重要的有机原料和工业溶剂,同时也是异丙醇重要的下游产品,由于其优良的性能逐渐为人们所认识,它的制备和应用越来越为人们所关注。目前国内外都在积极从事这方面的研究,其需求量也大幅增长。尽管异丙醚的应用价值已为人们普遍认识,但是异丙醚的工业化进程及应用技术的开发还停留在初级阶段,国外异丙醚产品主要靠分离异丙醇装置的副产物来得到,国内异丙醚尚未形成批量生产,仅有几家乡镇企业用异丙醇脱水的方法来进行少量生产。由于异丙醚在化工、环保、烟草和医药等方面的应用越来越广,其市场前景也越来越广阔。

在现有的生产异丙醚的主要方法中,分离异丙醇装置的副产物法由于异丙醇副产物的组成变化不定,产量较小精致困难等原因,故不是一种理想方法;醇烯法生产异丙醚质量较好,是生产溶剂级异丙醚的理想方法,但工艺相对复杂,但如果能依托异丙醇装置则比较理想;异丙醇脱水的方法由于成本高和存在环境污染,故前景不太乐观;采用丙烯水合的方法生产异丙醚是一种较先进的方法,但异丙醚纯度不高,该技术的关键在于催化剂,应用开发异丙醚选择性高并且对叠和油没有选择性的催化剂,就目前的情况,国内在近期用醇烯法合成异丙醚较好,远期应着眼于开发丙烯水合方法生产异丙醚的催化剂和工艺技术。

应用[1]

异丙醚( IPE)又称二异丙醚( DIPE)是一种无色液体,带有类似乙醚的气味能与多数有机溶剂混溶,其蒸气具有麻醉性,是电的不良导体;由于其沸点高于乙醚和丙酮,因而在某些萃取作业中用它做溶剂更有利,异丙醚除可做溶剂外,在环保方面也有应用。近年来,随着人们对环保要求的越来越高,它作为汽油添加剂具有特殊作用,这不仅解决了汽油加铅的问题,而且能取代汽油中高辛烷值的芳烃和轻烯烃,这样也解决了汽车尾气中未燃烧的烯烃和NOx 以及轻烯烃的蒸发污染问题,同时避免了辛烷值的损失;它在环保上的另一个重要应用是用来处理煤气厂的污水,以减少水污染。

1.用作汽油添加剂

异丙醚是一种极佳的汽油调和组分,实际上二战时期它曾被用于高辛烷值汽油的调和,具有很高的不加铅研究法辛烷值( RONC)和不加铅马达法辛烷值( MONC) ,分别为112和98,它的雷诺蒸汽压低,为27. 6至34. 5Kpa,这有利于炼厂降低汽油的挥发度,其调和性能与甲基叔戊基醚(T AME)和乙基叔戊基醚( BTBE)接近,使用性能类似于甲基叔丁基醚(MTBE),具体见下表:

2.用做化学工业上的溶剂

异丙醚是动植物油脂、矿物油、蜡和树脂的优良溶剂,它和异丙醇的混合物能够很好地溶解纤维树脂,它与其他醇、醚的混合物可以溶解硝化纤维素,因而化纤工业上广泛采用它做溶剂。另外作为溶剂它还可用于乙酸、丁酸稀溶液的浓缩和回收,从烟草中抽取尼古丁和焦油,从鱼肝油中提取维生素A 。湿法腈纶工艺中采用萃取法回收硫氰酸钠,萃取剂就是异丙醚。目前我国提倡发展的三联供式清洁煤气工程中异丙醚用于处理含酚污水;某些化肥厂也将异丙醚用于环保方面。

3.用于生产相应的醇类

在一定的条件下,异丙醚可以转化成相应的醇类。这在醇缺乏时,出于商业上的考虑可加以利用。

制备[1][2]

异丙醚的制备方法大体可以分为两类,即分离法和合成法。

1.分离法

分离法生产异丙醚是一种传统方法,在以丙烯和水为原料,采用液体或固体酸做催剂生产异丙醇的过程中,能够得到含有异丙醚的副产物。该副产物再经过蒸馏、酸洗等工艺加以精制就可以得到异丙醚产品,但该方法存在以下不足: A由于异丙醇副产物的组成不是一成不变的,所以异丙醚的产品和质量都受到限制。B异丙醇副产品中还含有许多别的杂质(叠和油如碳六油等)这就使异丙醚的精制十分困难,想得到质量较高的产品不太容易。C精制过程中存在环保问题。

2.合成法

用合成法生产异丙醚方兴未艾,到目前为止主要有醇烯合成法、异丙醇脱水法、丙烯水和法等,但工业化进展较慢,醇烯合成法最大的装置为年产800吨。96智利购买的UO P公司丙烯水合生产异丙醚技术,由于催化剂技术不十分成熟及其它方面原因,迟迟拿不到合格产品,下面对合成法生产异丙醚的方法作一简述。

1)醇烯合成法:日本石油公司1977年在美国申请了其用醇烯合成法生产异丙醚的专利技术,其原则工艺流程图如下

该方法采用的原料丙烯(纯度大于55% WT)和异丙醇(纯度大于99% WT)为原料,催化剂为低温树脂,丙烯和异丙醇单独或混合加热至反应温度,然后通过固定床反应器,反应后的物流分为两部分,一部分循环至反应器入口,另一部分进入中和塔,再经闪蒸、精馏、水洗、精馏等过程得到异丙醚产品。

2)丙烯水合法

文献报道了以丙烯(纯度为70% WT 左右)和水为原料,采用沸石或高温树脂为催化剂,合成异丙醚,该方法成本较低,产品分离中避免了共沸精馏,但产品质量不高。迄今为止,丙烯水合法主要有两种工艺方法: 一步法和反应精馏法(或叫两步法)。

A. 一步法:一步法合成异丙醚是以丙烯(典型的炼厂碳三组分)和水为原料,采用沸石或高温树脂为催化剂合成异丙醚,其合成工艺过程为:丙烯和水从上部进入反应器,反应器中的催化剂为高温树脂或酸性沸石(包括γ- 沸石、β - 沸石、

ZSM35、ZSM22等) ,反应产物经扩张器后,进入蒸馏塔,异丙醚产品从塔顶采出,塔底流股进入水洗塔,塔顶为异丙醚产品,塔底的异丙醇和水进入塔,进行蒸馏异丙醇和水和水的共沸物从塔顶馏出进入反应器循环使用,塔底的水供水洗塔使用。

B.反应精馏法:丙烯(典型的炼厂碳三组分)和水首先进入预反应器,之后在沸石或高温树脂催化剂上进行反应,生成的异丙醇和异丙醚加以分离后,前者一部分循环至反应器,后者进入反应精馏塔,在强酸催化剂的作用下,发生两分子的异丙醇脱水反应,生成异丙醚。

3)异丙醇脱水法:用两个异丙醇制异丙醚是一种开发较早的方法,该种方法以异丙醇(纯度大于99% WT)为原料,以浓硫酸浓磷酸或树脂为催化剂,反应生成物再经过共沸蒸馏水洗精馏等工艺精制得到异丙醚产品,该种方法生产的异丙醚质量较好,但成本较高,对设备的腐蚀及对环境的污染都较严重。近十年内未见这方面的研究工作,上海江苏等地有几家乡镇企业采用此法生产异丙醚,但规模不大。另外日本有用钛和镐交换的白土做催化剂,用异丙醇脱水做异丙醚,

国内抚顺石油学院也开展了用分子筛做催化剂,两个异丙醇脱水制异丙醚。但用该种方法进行大规模生产异丙醚的可能性不大。另外也有用异丙醇和卤代烃在均相催化剂作用下合成异丙醚,操作方式为间歇式。

主要参考资料

[1] 李树凯, 张成中. 合成异丙醚的研究进展[J]. 锦州师范学院学报: 自然科学版, 2000, 21(4): 20-23.

[2] 叶蔓莉. 合成异丙醚研究进展. 科技视界