Синтез изопропанола

Изопропанол СН₃СНОНСН₃ — жидкость (т. кип. 82,5 ^oС), смешивающаяся с водой. Его пары дают с воздухом взрывоопасные смеси в пределах концентраций 2-12 % (об.). Образует с водой азеотропную смесь, содержащую 88 % спирта и кипящую при 80,3 ^оС. Изопропанол нашел применение в качестве растворителя, заменяющего во многих случаях этанол. Кроме того, из него получают сложные эфиры, ацетон и т.д. Получают исключительно синтетическим путем, а именно гидратацией пропилена.

Способы прямой гидратации пропилена более разнообразны, чем для этилена. Существует газофазная гидратация с фосфорнокислотным катализатором, аналогичная для синтеза этанола. Ввиду более высокой реакционной способности пропилена температура реакции составляет ~200 ^оC, когда равновесие более благоприятно для гидратации. Поэтому давление при синтезе можно снизить до 2-3 МПа. При этом, чтобы предотвратить чрезмерное образование диизопропилового эфира, приходится ограничивать степень конверсии водяных паров уровнем 4-5 %, что позволяет после конденсации получать 15-20 %-ный спирт. Наоборот, степень конверсии пропилена может быть существенно более высокой, что достигается регулированием состава исходной смеси: при синтезе изопропанола, в отличие от гидратации этилена, используют избыток водяного пара и доводят степень конверсии пропилена до 10-12 %. Все это улучшает технико-экономические показатели производства по сравнению с прямой гидратацией этилена и тем более с сернокислотным методом.

При жидкофазной гидратации пропилена в качестве катализатора применяют сульфокатионит (сульфированный сополимер стирола с дивинилбензолом; размер частиц 0,2-0,9 мм). Он активен для гидратации пропилена уже при 130-150 ^оС. При 6-10 МПа и мольном отношении Н₂О:С₃Н₆ равным (12,5-15):1 степень конверсии пропилена достигает 75-80 %. На одной из крупных установок в ФРГ выход спирта и эфира достигает соответственно 94 и 3,5 % при сроке службы катализатора 8 месяцев. Синтез осуществляют в колонном реакторе с четырьмя слоями катализатора при прямоточном движении (сверху вниз) газообразного пропилена и воды, омывающей зерна катализатора. Для регулирования температуры снимают выделяющееся тепло за счет подачи части воды в недостаточно подогретом состоянии между слоями катализатора. Одновременно это позволяет создать близкий к оптимальному для обратимой экзотермической реакции профиль температуры, понижающейся по мере протекания реакции.

Другой жидкофазный процесс основан на применении в качестве катализатора поливольфрамовой кислоты при 240-270 ^оС и 15-20 МПа, когда степень конверсии пропилена составляет 60-70 %, а селективность по изопропанолу доходит до 98 %.

Охрана окружающей среды в производстве низших спиртов

Производство спиртов с точки зрения ООС и рационального использо-вания природных ресурсов является достаточно совершенным, что прежде всего определяется высокой степенью использования сырья (при проведении процесса на высокоэффективных катализаторах она достигает 95 %) Синтез на высокоэффективных катализаторах характеризуется существенным снижением потребления воды на охлаждение.

В производстве этилового спирта наиболее совершенной (с точки зрения охраны окружающей среды) является схема с испарением химически очищенной воды, получаемой из фузельной воды, и подогревом циркулирующей парогазовой смеси в трубчатой печи. Этим достигается существенное снижение сточных вод на установке ректификации спирта.

Сернокислотная гидратация олефинов по сравнению с прямой гидратацией менее совершенна, так как получаемая разбавленная серная кислота является отходом и её трудно утилизировать или концентрировать.

Отходами в производствах спиртов являются также продувочные газы; их количество тем больше, чем больше инертных примесей в сырье. Для улучшения показателей необходимо использовать сырье с минималь-ным содержанием примесей. Выделяемые на стадии ректификации фракции следует максимально утилизировать и возвращать в процесс (и только в крайнем случае подвергать термическому обезвреживанию или очистке перед выбросом в атмосферу и сливом в водоемы).

Так, в производстве метилового спирта выделенный на стадии ректификации диметиловый эфир после дополнительной очистки используется для производства диметиламина или диметилсульфата. На стадии очистки выделяются фракции изобутилового спирта и высших спиртов, которые также могут быть использованы. И только фракции, которые не могут быть использованы, сжигают (с утилизацией тепла). Образующиеся на стадии очистки метилового спирта сточные воды направляют на биохимическую очистку совместно со сточными водами других производств и города.

В производстве этилового спирта продувочные газы возвращают на получение этилена, газы из колонны отгонки эфиров направляют на сжигание и только наименее токсичные газы со второй колонны, содержащие небольшое количество этанола, отводят в атмосферу. Сточные воды, загрязненные небольшим количеством спирта и полимеров, направляют на биохимическую очистку.