Как производят изопропиловый спирт: химия и промышленный синтез

Изопропиловый спирт (пропан-2-ол, ИПС) производят двумя основными методами: косвенной гидратацией пропилена через сернокислотный эфир и прямой гидратацией пропилена на твёрдом кислотном катализаторе. Второй метод сегодня доминирует в крупнотоннажном производстве, так как даёт меньше отходов и снижает расход серной кислоты.

Откуда берётся сырьё

Главное сырьё для синтеза ИПС — пропилен, углеводород с формулой C3H6. Его получают как побочный продукт при крекинге нефтяных фракций (прежде всего на установках каталитического крекинга и пиролиза) или при переработке попутного нефтяного газа. Для промышленного синтеза спирта подходит пропилен с чистотой не менее 70%, хотя на современных установках прямой гидратации предпочтительна концентрация от 92% и выше. Второй необходимый реагент — вода, которую очищают до деминерализованного состояния.

Прямая гидратация пропилена

В реакторе прямой гидратации пропилен и водяной пар смешиваются и подаются на катализатор при температуре 130–160 градусов и давлении 25–80 атмосфер. В качестве катализатора используют ионообменные смолы или нанесённую фосфорную кислоту на кремнезёме. Реакция: CH2=CH-CH3 + H2O → (CH3)2CHOH. Процесс обратим: при избытке воды равновесие смещается в сторону спирта, поэтому молярное соотношение воды к пропилену поддерживают в диапазоне 3:1–5:1. Степень конверсии пропилена за один проход составляет около 75%. Непрореагировавший пропилен отделяют в сепараторе и возвращают на рецикл. Суммарный выход ИПС от теоретического достигает 95–97%.

Косвенная гидратация через сернокислотный эфир

Этот метод исторически предшествовал прямому. Пропилен поглощают концентрированной серной кислотой (75–85%) при температуре 20–50 градусов и давлении 3–10 атмосфер. Образуются изопропилсерная кислота и диизопропилсульфат. На втором этапе полученные эфиры гидролизуют водой при нагреве до 70–90 градусов. Выделяется изопропиловый спирт и регенерируется серная кислота. Недостаток метода: образование побочных продуктов (пропилового эфира, олигомеров) и необходимость регенерации или нейтрализации кислоты.

Ректификация и получение товарных марок

Сырой ИПС, выходящий из реактора, содержит воду, ацетон (образуется как побочный продукт дегидрирования), диизопропиловый эфир и остатки пропилена. Очистку ведут на ректификационных колоннах. Первая колонна отделяет лёгкие фракции и пропилен. Вторая проводит основную ректификацию: снизу уходит вода, сверху отбирают азеотроп ИПС с водой (87,7% спирта, 12,3% воды, температура кипения 80,4 градуса). Для получения обезвоженного спирта чистотой 99,5% и выше используют азеотропную ректификацию с добавлением разделяющего агента (обычно циклогексана или бензола) или молекулярные сита. Товарный ИПС выпускают в нескольких марках: технический (95–99%), «для электроники» (99,8%+) и «для фармацевтики» с нормированным содержанием примесей.

Применение и масштабы производства

Изопропиловый спирт занимает третье место среди алифатических спиртов по объёму мирового производства. Основные направления использования: растворитель в производстве лаков, красок, чернил и покрытий; экстрагент при производстве растительных масел и ароматизаторов; сырьё для синтеза ацетона (дегидрирование ИПС); антисептик и дезинфектант в медицине и косметике; топливная добавка. В России изопропиловый спирт производят на нефтехимических комбинатах Поволжья и Западной Сибири, где развита переработка попутного газа и нефтяных фракций с богатым содержанием олефинов.