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甲基异丁基酮(MIBK)技术介绍

甲基异丁基酮(MIBK)是一种优良的中沸点溶剂,化学性能稳定,能够满足高档涂料的固体组分、挥发速度、流平性及涂料强度、外观等特殊要求,MIBK因其具有良好的溶解性和与其他溶剂极好的互溶性及适宜的沸点,成为高档涂料的主要辅助溶剂。近年来,国内MIBK几乎全部依靠进口,主要来自日本和美国。同时,国内市场对MIBK的需求量也逐年增加,因此,MIBK项目的建设有利于缓解国内MIBK的供需矛盾,进一步巩固国内MIBK 生产领域的主导地位。

1 MIBK生产工艺技术方法及特点

1.1 异丙醇法

以异丙醇为原料,Cu/Al2O3或Cu/SiO2-Al2O3为催化剂,在160~230 ℃、常压下脱氢、脱水缩合制得MIBK,主要副产品为二丙酮醇(DAA)。采用异丙醇法的生产装置有壳牌公司。由于副产经济价值较低的丙酮,所需原料异丙醇消耗高,而且能耗较高,该技术的发展受到制约。

1.2 丙酮合成法

丙酮合成法又分为丙酮三步法和丙酮一步法工艺。

1.2.1 丙酮三步法工艺

该法为20世纪70年代前的主要生产工艺,生产技术成熟,可根据市场需求生产二丙酮醇和异丙叉丙酮,目前仍有装置在用此法生产,如美国联碳公司、日本三井化学公司和日本协和公司等。但丙酮三步法工艺流程长、设备数量多、投资大等弊端制约了该工艺的进一步发展。

丙酮在碱催化剂作用下发生缩合反应,生成二丙酮醇(DAA),DAA在酸性催化剂作用下发生脱水反应生成异丙叉丙酮(MO)。分离精制的MO在加氢催化剂作用下,选择加氢生成MIBK。该工艺过程:丙酮和NaOH连续进入反应器,反应完成后(约1 h),产物用磷酸进行老化,并解吸丙酮,余下的为含80%~90%双丙酮醇的混合物。再将双丙酮醇液与更多的磷酸混合进行脱水,然后进行精馏,从顶部分离出丙酮(循环使用),底部产物为纯度98%~99%的异丙叉丙酮。将异丙叉丙酮送入加氢柱中同时进行加氢反应和精馏,反应以钯为催化剂,在110 ℃和一定的大气压下得到产品MIBK,产率达96%。

1.2.2 丙酮一步法工艺

20世纪80年代以后建成的MIBK生产装置多采用此法,如美国伊士曼化学公司、日本三菱公司等。丙酮一步法生产工艺流程较短,主要过程是丙酮和氢气在双功能催化剂的异步协同作用下,在固定床反应器中同时发生缩合、脱水和加氢反应生成MIBK。此法特别适用于以MIBK为最终产品的生产过程。

丙酮和氢气在双功能催化剂的异步协同作用下,在固定床反应器中同时发生缩合、脱水和加氢反应生成MIBK。该工艺过程:生产中所用的原料氢和丙酮(摩尔比为1∶1.7)需先进行预热,反应是在130~180 ℃,4.1~6.1 MPa的固定床反应器中进行,反应后的产物和循环气体经冷凝在50~60 ℃下分离进入一级精馏塔中,未反应的丙酮在二级分馏塔中从产品混合物中分离。轻组分水是在三级分馏塔中分离,从最后一级分馏塔的顶部得到纯MIBK 产品,其塔釜含较高的缩合物。

2 国内外生产技术比较

2.1 国内生产技术

北京化工研究院、抚顺石油化工研究院曾开发过甲基异丁基酮项目。金陵、濮阳使用的是抚顺石油化工研究院的技术,但是未获得成功。北京化工研究院的技术未产业化。他们的共同特点是使用树脂载体催化剂,催化剂稳定性差,消耗定额高。南开大学开发的是气相法,以异丙醇为原料合成甲基异丁基酮。

2000年,天津市凯瑞科技发展有限公司开发出异丙醇法常压生产MIBK工艺,进行了中

试试验。由于该项技术采用异丙醇法生产MIBK工艺路线,副产经济价值较低的丙酮,所需原料异丙醇消耗高。

2.2 国外生产技术

国外主要采用20世纪80年代以后开发的典型一步法工艺。主要技术特点:(1)主要原料丙酮的消耗定额较低,能耗低,工艺合理,运行成本较低。(2)催化剂活性高,单程转化率24%;选择性好,MIBK选择性达94%以上;寿命可达一年。(3)反应条件温和,节能措施合理。(4)产品质量高,可以满足国内外需要。(5)副产物数量少,且可合理利用。(6)反应器设计合理,效率高,操作方便。(7)只有少量设备及管道采用特殊合金,工程造价低。

3 结论与建议

丙酮一步法特别适用于以MIBK为最终产品的生产过程。20世纪80年代以后建成的MIBK生产装置多采用丙酮一步法生产工艺。其主要特点表现为工艺技术先进、工艺流程短、能耗低、产能大、产品在国际市场上竞争力很强。

国内的研究成果仅仅停留在实验室阶段,并存在诸多技术上问题,更没有万吨级工程设计和生产装置运行成熟经验,采用该技术将要承担较大技术风险和工程放大风险,不可取。

国外MIBK的生产工艺不仅技术先进、能耗低,而且具有万吨级生产的工业经验,其产品在国际市场竞争力强。尤其韩国P & ID公司,其技术先进,产品在国际MIBK行业中具有较强的竞争优势。

鉴于以上技术比较情况,韩国P & ID公司丙酮一步法生产技术,该工艺流程短,原料和公用工程消耗低,具有世界先进水平。

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