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108-20-3 / 異丙醚的制備及在化工方面的應用

背景及概述[1][2]

異丙醚是一種重要的有機原料和工業溶劑,同時也是異丙醇重要的下游產品,由于其優良的性能逐漸為人們所認識,它的制備和應用越來越為人們所關注。目前國內外都在積極從事這方面的研究,其需求量也大幅增長。盡管異丙醚的應用價值已為人們普遍認識,但是異丙醚的工業化進程及應用技術的開發還停留在初級階段,國外異丙醚產品主要靠分離異丙醇裝置的副產物來得到,國內異丙醚尚未形成批量生產,僅有幾家鄉鎮企業用異丙醇脫水的方法來進行少量生產。由于異丙醚在化工、環保、煙草和醫藥等方面的應用越來越廣,其市場前景也越來越廣闊。

在現有的生產異丙醚的主要方法中,分離異丙醇裝置的副產物法由于異丙醇副產物的組成變化不定,產量較小精致困難等原因,故不是一種理想方法;醇烯法生產異丙醚質量較好,是生產溶劑級異丙醚的理想方法,但工藝相對復雜,但如果能依托異丙醇裝置則比較理想;異丙醇脫水的方法由于成本高和存在環境污染,故前景不太樂觀;采用丙烯水合的方法生產異丙醚是一種較先進的方法,但異丙醚純度不高,該技術的關鍵在于催化劑,應用開發異丙醚選擇性高并且對疊和油沒有選擇性的催化劑,就目前的情況,國內在近期用醇烯法合成異丙醚較好,遠期應著眼于開發丙烯水合方法生產異丙醚的催化劑和工藝技術。

應用[1]

異丙醚( IPE)又稱二異丙醚( DIPE)是一種無色液體,帶有類似乙醚的氣味能與多數有機溶劑混溶,其蒸氣具有麻醉性,是電的不良導體;由于其沸點高于乙醚和丙酮,因而在某些萃取作業中用它做溶劑更有利,異丙醚除可做溶劑外,在環保方面也有應用。近年來,隨著人們對環保要求的越來越高,它作為汽油添加劑具有特殊作用,這不僅解決了汽油加鉛的問題,而且能取代汽油中高辛烷值的芳烴和輕烯烴,這樣也解決了汽車尾氣中未燃燒的烯烴和NOx 以及輕烯烴的蒸發污染問題,同時避免了辛烷值的損失;它在環保上的另一個重要應用是用來處理煤氣廠的污水,以減少水污染。

1.用作汽油添加劑

異丙醚是一種極佳的汽油調和組分,實際上二戰時期它曾被用于高辛烷值汽油的調和,具有很高的不加鉛研究法辛烷值( RONC)和不加鉛馬達法辛烷值( MONC) ,分別為112和98,它的雷諾蒸汽壓低,為27. 6至34. 5Kpa,這有利于煉廠降低汽油的揮發度,其調和性能與甲基叔戊基醚(T AME)和乙基叔戊基醚( BTBE)接近,使用性能類似于甲基叔丁基醚(MTBE),具體見下表:

異丙醚的制備及在化工方面的應用

2.用做化學工業上的溶劑

異丙醚是動植物油脂、礦物油、蠟和樹脂的優良溶劑,它和異丙醇的混合物能夠很好地溶解纖維樹脂,它與其他醇、醚的混合物可以溶解硝化纖維素,因而化纖工業上廣泛采用它做溶劑。另外作為溶劑它還可用于乙酸、丁酸稀溶液的濃縮和回收,從煙草中抽取尼古丁和焦油,從魚肝油中提取維生素A 。濕法腈綸工藝中采用萃取法回收硫氰酸鈉,萃取劑就是異丙醚。目前我國提倡發展的三聯供式清潔煤氣工程中異丙醚用于處理含酚污水;某些化肥廠也將異丙醚用于環保方面。

3.用于生產相應的醇類

在一定的條件下,異丙醚可以轉化成相應的醇類。這在醇缺乏時,出于商業上的考慮可加以利用。

制備[1][2]

異丙醚的制備方法大體可以分為兩類,即分離法和合成法。

1.分離法

分離法生產異丙醚是一種傳統方法,在以丙烯和水為原料,采用液體或固體酸做催劑生產異丙醇的過程中,能夠得到含有異丙醚的副產物。該副產物再經過蒸餾、酸洗等工藝加以精制就可以得到異丙醚產品,但該方法存在以下不足: A由于異丙醇副產物的組成不是一成不變的,所以異丙醚的產品和質量都受到限制。B異丙醇副產品中還含有許多別的雜質(疊和油如碳六油等)這就使異丙醚的精制十分困難,想得到質量較高的產品不太容易。C精制過程中存在環保問題。

2.合成法

用合成法生產異丙醚方興未艾,到目前為止主要有醇烯合成法、異丙醇脫水法、丙烯水和法等,但工業化進展較慢,醇烯合成法最大的裝置為年產800噸。96智利購買的UO P公司丙烯水合生產異丙醚技術,由于催化劑技術不十分成熟及其它方面原因,遲遲拿不到合格產品,下面對合成法生產異丙醚的方法作一簡述。

1)醇烯合成法:日本石油公司1977年在美國申請了其用醇烯合成法生產異丙醚的專利技術,其原則工藝流程圖如下

異丙醚的制備及在化工方面的應用

該方法采用的原料丙烯(純度大于55% WT)和異丙醇(純度大于99% WT)為原料,催化劑為低溫樹脂,丙烯和異丙醇單獨或混合加熱至反應溫度,然后通過固定床反應器,反應后的物流分為兩部分,一部分循環至反應器入口,另一部分進入中和塔,再經閃蒸、精餾、水洗、精餾等過程得到異丙醚產品。

2)丙烯水合法

文獻報道了以丙烯(純度為70% WT 左右)和水為原料,采用沸石或高溫樹脂為催化劑,合成異丙醚,該方法成本較低,產品分離中避免了共沸精餾,但產品質量不高。迄今為止,丙烯水合法主要有兩種工藝方法: 一步法和反應精餾法(或叫兩步法)。

A. 一步法:一步法合成異丙醚是以丙烯(典型的煉廠碳三組分)和水為原料,采用沸石或高溫樹脂為催化劑合成異丙醚,其合成工藝過程為:丙烯和水從上部進入反應器,反應器中的催化劑為高溫樹脂或酸性沸石(包括γ- 沸石、β - 沸石、

ZSM35、ZSM22等) ,反應產物經擴張器后,進入蒸餾塔,異丙醚產品從塔頂采出,塔底流股進入水洗塔,塔頂為異丙醚產品,塔底的異丙醇和水進入塔,進行蒸餾異丙醇和水和水的共沸物從塔頂餾出進入反應器循環使用,塔底的水供水洗塔使用。

B.反應精餾法:丙烯(典型的煉廠碳三組分)和水首先進入預反應器,之后在沸石或高溫樹脂催化劑上進行反應,生成的異丙醇和異丙醚加以分離后,前者一部分循環至反應器,后者進入反應精餾塔,在強酸催化劑的作用下,發生兩分子的異丙醇脫水反應,生成異丙醚。

3)異丙醇脫水法:用兩個異丙醇制異丙醚是一種開發較早的方法,該種方法以異丙醇(純度大于99% WT)為原料,以濃硫酸濃磷酸或樹脂為催化劑,反應生成物再經過共沸蒸餾水洗精餾等工藝精制得到異丙醚產品,該種方法生產的異丙醚質量較好,但成本較高,對設備的腐蝕及對環境的污染都較嚴重。近十年內未見這方面的研究工作,上海江蘇等地有幾家鄉鎮企業采用此法生產異丙醚,但規模不大。另外日本有用鈦和鎬交換的白土做催化劑,用異丙醇脫水做異丙醚,

國內撫順石油學院也開展了用分子篩做催化劑,兩個異丙醇脫水制異丙醚。但用該種方法進行大規模生產異丙醚的可能性不大。另外也有用異丙醇和鹵代烴在均相催化劑作用下合成異丙醚,操作方式為間歇式。

主要參考資料

[1] 李樹凱, 張成中. 合成異丙醚的研究進展[J]. 錦州師范學院學報: 自然科學版, 2000, 21(4): 20-23.

[2] 葉蔓莉. 合成異丙醚研究進展. 科技視界

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