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己二酸生产工艺及国内外现状展望

2021-11-26周小涛刘奇峰

魅力中国 2021年22期
关键词:苯酚尼龙原料

周小涛 刘奇峰

(1.河南神马尼龙化工有限责任公司,河南 平顶山 467000;2.河南平煤神马聚碳材料有限责任公司,河南 平顶山 467000)

己二酸在常温下为白色单斜晶体,是一种重要 的有机化工原料,同时也是脂肪族二元酸中最具应 用价值的二元酸。己二酸可以和多官能团的化合物 发生缩合反应生成高分子聚合物,因此己二酸的应 用非常广泛,主要应用在尼龙和聚氨酯两大领域。尼龙领域主要是己二酸产品和己二胺发生缩合反应 生产尼龙 66 盐,尼龙 66 盐再进一步缩聚生成尼龙 66 纤维和尼龙 66 树脂。聚氨酯领域是己二酸和多 元醇发生酯化反应生成聚酯多元醇,进而生成各种 聚氨酯类的产品,如聚氨酯鞋底树脂和聚氨酯胶黏 剂等,其他还可应用于增塑剂、润滑脂、食品添加 剂等。从 1973 年开始,美国的杜邦公司就开始了工业化生产,而我国则是从 20 世纪 70 年代开始规模化生产,己二酸产品早已具有了成熟的生产工艺。目前己二酸的生产工艺方法主要有 4 种方法,即苯酚法、丁二烯法、环己烷法和环己烯法。

一、己二酸生产工艺

(一)苯酚法

苯酚法是以苯与丙烯反应生成异丙苯,异丙苯氧化生成苯酚并副产出丙酮,苯酚在 Ni-Al2O3的催化作用下加氢生成环己醇,环己醇再进一步脱氢生成环己酮,环己酮再氧化生成己二酸。该方法优点是产品纯度高,但该工艺需要原料丙烯,并且副产品丙酮也需要有较大的市场。如果直接采用苯酚作为原料,就会受到苯酚供应的制约,因此一般不采用这种工艺路线。

(二)丁二烯法

丁二烯法是德国巴斯夫公司开发的,以 C4 烯烃为原料,进行羰基化反应。例如巴斯夫工艺是利用裂解 C4 烯烃中的丁二烯进行羰基化反应,要经过两次羰基化反应后水解得到己二酸,整个过程需要五步完成。此法产率较高,原料丁二烯也较便宜,经济上是比较可行的。但据有关资料介绍,此法生产工艺流程较为复杂,步骤多,产品收率低,副产物也较多,反应条件要求较为严格,目前还在研究阶段,暂时不具备大规模工业生产的条件。

(三)环己烷法

环己烷法[7-10]是目前世界上己二酸生产中主要采用的方法,该工艺方法是以苯为原料,经加氢反应生成环己烷,环己烷和空气反应制取环己醇和环己酮的混合物(简称 KA 油),醇酮混合物可以用于生产己二酸。此工艺方法原料较为单一,生产技术也很成熟,原材料消耗少,且能耗低,是世界上大多数生产己二酸厂家采用的主要工艺方法。但缺点是工艺过程较为复杂,副产物较多,产生工业三废污染较多,同时硝酸用量较大,会腐蚀设备,并且硝酸所产生的氮氧化物污染空气,会导致全球变暖和臭氧减少。

(四)环己烯法

环己烯法是 20 世纪 80 年代新开发的工艺路线。此法是以苯和氢气为原料,控制一定的温度和压力,对苯进行部分加氢生成环己烯,苯的转化率为 40%~50%,环己烯的选择性为 80%左右,然后经水合生成环己醇,通过精馏得到精制环己醇,最后再与硝酸氧化生成己二酸。

此法的工艺特点是降低了能耗和原料消耗,产品质量好,且收率较高,生成环己醇的过程几乎不产生三废污染,从而也降低了处理废物的装置费用。同时,部分加氢和水合反应都是在水相中进行的温和反应,反应过程缓慢,工艺上也更加安全。整个过程不产生污垢和残渣,不会腐蚀和堵塞设备管道,具有更高的操作稳定性。但其缺点是催化剂一般是昂贵的过渡金属的复杂化合物,所以生产成本也较高。综上所述,无论是从工艺路线的优化,产品质量的优良,生产成本和能耗的降低,还是对环境清洁友好的程度来说,以苯为原料的工艺路线在己二酸生产中有着不可动摇的地位。

二、国内外生产技术概况

目前,世界上生产己二酸的众多方法中,苯酚法已基本被淘汰,而丁二烯法仍在开发研究中,现在主要是环己烷法和环己烯法。此工艺的原料均为苯、氢气和硝酸,这两种工艺路线的主要区别在于中间产品的不同,环己烷法的中间产品是环己醇和环己酮的混合物,而环己烯法的中间产品是环己醇,但后续的己二酸生产工艺基本上都是相同的。全球生产己二酸的厂家主要有英威达、巴斯夫、罗地亚、旭化成等,这些生产企业都是大型跨国公司,规模大,竞争力强。国内的己二酸产业起步比较晚,从 20 世纪 70 年代开始从法国和日本引进了己二酸生产装置和工艺设备。至今,国内外大多数己二酸生产厂家采用的也是环己烷法,其己二酸产量占全球总产量的90%以上。国内环己烷法的主要代表性企业是辽阳石化公司。环己烯法的主要代表性企业是国内河南省的平顶山神马集团,其引进了此工艺路线并生产己二酸以及下游产品尼龙 66 盐。

结语:随着国内己二酸厂家的不断增加,以及己二酸生产装置的新建和扩建,己二酸下游产品已经广泛应用在人们的衣食住行中。同时,随着尼龙盐和聚氨酯等产品需求量的不断增加,己二酸的生产量也会随之增加,因此己二酸的合成工艺技术需要我们不断优化创新,进一步开发出高产率、低能耗、环境友好型的己二酸绿色生产新工艺。

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