丁辛醇
合成精細化工產品的重要原料
丁醇(butyl alcohol)和辛醇(異辛醇俗稱辛醇,2-乙基己醇;2-ethyl hexanol)由於可以在同一套裝置中用羥基合成的方法生產,故習慣稱為 丁辛醇。丁辛醇均為無色透明、易燃的油狀液體,具有特殊的氣味,能與水及多種化合物形成共沸物,均有中等毒性。
糧食或其他澱粉質農產品,經水解得到發酵液,在丙酮-丁醇菌的作用下發酵得到丙酮-丁醇和乙醇的混合物,然後經精餾分離即得到相應產品。該法設備簡單、投資少,但消耗糧食多,生產能力小,因而限制了該方法的發展。
隨著生物技術工程的發展,採用固定化細胞生產丁醇、丙酮的生產能力已有很大的提高。預計未來,原料將會更加多樣化,各種木質纖維素原料將在丙酮、丁醇生產中大量使用,丁醇的產量將會有更大的提高。
乙醛在鹼性條件下進行液相縮合製得2-羥基丁醛,然後經脫水成為丁烯醛(俗稱巴豆醛),丁烯醛再經催化加氫製得正丁醇。此法操作壓力低,無異構生產,但流程長、步驟多、設備腐蝕嚴重,生產成本較高,只有少數廠家採用此法生產。
此法又分為高壓法和低壓法。高壓法是烯烴和一氧化碳、氫氣在催化劑作用下,反應壓力為20-30Mpa,並在一定溫度下,進行羰基合成反應生成脂肪醛,再經催化加氫、蒸餾分離製得產品丁醇。該法較前兩種方法有較大進步,但也有不少缺點,如副產物多,由於壓力高而投資和操作費用高,操作困難,維修量大等。
低碳羰基合成的核心技術是採用銠催化劑,從而反應壓力大大大降低。因而,工廠的投資及維修費用低,丙烯生成正丁醛的選擇性高,反應速率快,產品收率高,原料消耗少,催化劑用量省,操作容易,腐蝕性小,環境污染少(接近無害工藝)。因此,這種生產方法在世界範圍內以顯著地優勢而迅速發展,是生產丁醇和辛醇的主要方法。
高壓羰基合成技術由於選擇性較差、副產品(丙烷和高沸物)多,已被以銠為催化劑的低壓羰基合成技術所取代。具有競爭力的羰基合成技術有魯爾化學的中壓技術以及伊士曼、三菱化成和戴維的低壓技術。
世界新建丁辛醇裝置均採用改性銠系催化劑低壓法,具有溫度低、壓力低、速率高、正異構比高、副反應少、銠催化劑用量少、壽命長、催化劑可回收使用、設備少、投資省以及丁醇和辛醇可切換生產等優點。
丁辛醇羰基合成工藝以丙烯、合成氣和氫氣為原料,在催化劑作用下生成混合丁醛,分離出催化劑循環使用,分離出正/異丁醛經加氫生成正丁醇和異丁醇,經精餾分離得到正丁醇和異丁醇產品:正丁醛在氫氧化鈉的催化作用下縮合脫水生成辛烯醛,辛烯醛加氫生產出粗辛醇,經過精餾得到產品辛醇。
研究結論及建議
2010年我國是世界上主要的丁辛醇進口國家,正丁醇和辛醇的凈進口量分別為62.3萬t和46.1萬t,預計2015年我國正丁醇和辛醇的市場供需缺口分別約為24.8萬t和11.2萬t,我國仍將是世界上主要的丁辛醇進口國,產品具有較好的市場發展潛力。
我國丁辛醇產業“十二五”期間的發展趨勢主要包括:
(1)生產規模大型化。我國丁辛醇生產裝置趨於大型化、經濟規模化、上下游一體化(依託丙烯和造氣裝置),向綜合節能型方向發展。因此,“十二五”期間我國新建或規劃丁辛醇生產裝置必須具有一定的經濟規模,否則難以取得較強的市場競爭力。
(2)深入開展工藝技術開發。我國丁辛醇裝置生產技術是在引進技術的基礎上改造的,國內自主研發的丁辛醇氣相加氫催化劑綜合指標達到國際先進水平,可以逐步實現丁辛醇催化劑的國產化,降低丁辛醇生產成本。在設備方面,天津鹼廠丁辛醇項目(2010年建成投產)兩台超大型加氫反應器採用國產化設備。國內丁辛醇生產工藝綜合水平達到國際先進水平。
“十二五”期間,我國丁辛醇生產企業以及相關科研機構將進一步開發研究成套自主工藝技術,保持與世界丁辛醇先進技術同步的水平。工藝技術的研究重點集中在催化劑領域,主要包括高效銠催化劑、非銠催化劑或高效新型配位體、辛烯醛液相加氫鎳系催化劑、辛烯醛氣相加氫銅系催化劑和鎳/銅系催化劑的配合使用,使丁辛醇產品向效益型方向轉變。
(3)優化下游產品結構。我國丁辛醇下游附加值高、技術含量高的衍生物產品的開發與國外存在較大差距。例如,特種增塑劑大多需要依賴進口產品滿足國內消費需求。“十二五”期間我國丁辛醇上下遊行業將加大開發下游高附加值產品的力度,以進一步提高丁辛醇行業的整體經濟效益。