孟祥明1，2
（1黄山学院化学化工学院，安徽 黄山245041；2池州市华伟模具制造有限公司，安徽 池州247100）
［摘 要］工业上异丙醇有多种生产工艺，对比分析丙烯间接水合法、丙烯直接水合法（含气相直接水合法、液相直接水合法、气-液混相水合法）、丙酮加氢法等传统技术及生物发酵法、醋酸异丙酯氢化法、合成气法等新兴技术在原料、安全环保、生产效率与技术经济指标等方面的差异，认为传统异丙醇合成技术普遍存在使用硫酸作为原料、转化率较低、成本较高等问题，丙酮加氢法工业上常用且表现较好但丙酮原料成本相对较高；新兴异丙醇合成技术则存在生物发酵法效率低、醋酸异丙酯氢化法副产物较多、合成气法所用催化剂性能不佳等问题。通过对合成气法进行深入研究，认为该法适配有氮肥、甲醇及下游产品等的生产企业，但需对合成催化剂及合成气净化环节等进行优化，以推动其工业化应用，助力企业探寻产品结构调整与优化升级路径，提升市场竞争力等。
［关键词］异丙醇生产技术；丙烯间接水合法；丙烯直接水合法；丙酮加氢法；生物发酵法；醋酸异丙酯氢化法；合成气法；对比分析
［中图分类号］TQ223.12+3 ［文献标志码］A ［文章编号］1004-9932（2025）05-0064-06
0 引 言
异丙醇（IPA），分子式C3H8O，为一种无色、有独特气味的液体[1]。由于具有良好的溶解性和挥发性，在涂料、油墨、电子、医药、化妆品等领域有着广泛的应用[2]。随着经济社会的不断发展，对异丙醇的需求持续增长，这促使人们不断探索与改进异丙醇的合成技术[3]。为了解传统异丙醇生产技术的优缺点与新兴技术的发展方向，笔者广泛查阅文献，梳理丙烯间接水合法、丙烯直接水合法、丙酮加氢法等传统技术及生物发酵法、醋酸异丙酯氢化法、合成气法等新兴技术之工艺原理及工艺流程，对比分析各异丙醇生产技术在原料、安全环保、生产效率与技术经济指标等方面的差异，尝试全面解析异丙醇合成技术，尤其是对合成气法进行深入研究——
合成气法与氮肥、甲醇及下游产业的关联，可助力传统氮肥、甲醇生产企业探寻产品结构调整与优化升级的路径，提升市场竞争力等。以下作相关分析与探讨。
1 传统异丙醇合成技术
1.1 丙烯间接水合法
丙烯间接水合法，又称硫酸水合法，是早期较为常用的异丙醇合成方法[4]。其工艺原理为，丙烯先与硫酸发生加成反应生成硫酸氢异丙酯[C3H6+H2SO4→（CH3）2CHOSO3H]，硫酸氢异丙酯再水解生成异丙醇[(CH3)2CHOSO3H+H2O→(CH3)2CHOH+H2SO4][5]。丙烯间接水合法对原料丙烯的纯度要求相对不高，丙烯转化率可达50%～60%，且反应生成的异丙醇较易分离，可降低精制费用。然而，丙烯间接水合法存在明显的弊端。首先，硫酸的用量较大，会使生产成本增加；其次，由于硫酸具有很强的腐蚀性，生产系统须采用耐腐蚀材料，会使设备投资大幅增加；此外，废酸产生量占原料硫酸总量的40%左右，废酸处置费用高，且会对环境造成危害[6]。为解决这些问题，可研发新型的固体酸催化剂来替代硫酸，这类催化剂应具有高活性和选择性，能够在温和条件下促进丙烯与水的反应，减少对设备的腐蚀，并避免大量废酸的产生；同时，探索高效的废酸回收与循环利用技术，降低硫酸的使用量与废酸处理成本，如通过开发基于膜分离或离子交换的废酸处理工艺实现废酸中硫酸的浓缩与净化，使硫酸能够重新参与反应。
1.2 丙烯直接水合法
1.2.1 气相直接水合法
气 相直接水合法以德国维巴公司的维巴法为代表，该方法采用磷酸/硅藻土作为催化剂，丙烯和水在高温低压条件下通过固定床反应器中的固体磷酸催化剂直接进行反应[7]。该法丙烯单程转化率较低[8]，一般为5%～6%，但选择性较高，可达98%～99%。该反应适宜在低温高压条件下进行，但为防止磷酸溶出，实际采用高温低压条件，导致丙烯转化率低，大量未反应的丙烯需循环使用，能耗大幅增加。此外，该法对原料丙烯的纯度要求较高，一般要求丙烯纯度在95%以上。
鉴于此，可通过优化催化剂的组成与结构来提高丙烯转化率，即研究添加稀土元素或其他助剂对磷酸/硅藻土催化剂性能的影响，增强催化剂对丙烯的吸附和活化能力，以提高反应速率和转化率；同时，可改进反应器设计，采用高效的传质传热设备，如微通道反应器或流化床反应器，以提高反应效率、降低系统能耗。
1.2.2 液相直接水合法
日本德山曹达公司的溶液催化法是异丙醇液相直接水合法的典型代表[9]。该法采用钨系多阴离子的水溶液作为催化剂，反应条件相对温和，相较于气相直接水合法，对设备的要求较低，但该法催化剂成本高，且催化剂的回收与再利用较为困难，限制了其大规模应用[10]。鉴于此，一方面，需加大对低成本、高性能催化剂的研发力度，寻找新的催化体系或对现有催化剂进行改性，降低催化剂的制备成本；另一方面，开发高效的催化剂回收技术，如基于超临界流体萃取或磁性分离的方法，实现催化剂的简便高效回收与循环利用，提高催化剂的利用率，从而降低生产成本。
1.2.3 气-液混相水合法
美国德士古德国分公司开发的离子交换树脂法是异丙醇气-液混相水合法的代表[11]。该方法中，丙烯和水在气-液混相状态下与离子交换树脂催化剂接触进行反应[12]。虽然该法综合了气相和液相水合法的部分优点，但丙烯单程转化率仍不高，未反应的丙烯需循环利用，导致流程繁琐、能耗高、设备投资大。鉴于此，可借鉴气相和液相水合法的优点，进一步优化气-液混相反应条件，如调整丙烯与水的进料比例、反应温度和压力等参数，提高丙烯转化率；同时，简化工艺流程，采用一体化的反应-分离设备，如反应精馏塔，以减少设备投资与能耗。
1.3 丙酮加氢法
丙酮加氢法采用铜氧化物或锌氧化物为载体催化剂或镍基催化剂[13]，在温度70～200 ℃、常压条件下，丙酮与氢气发生加氢反应生成异丙醇[(CH3)2CO+H2→(CH3)2CHOH][14]。该法具有能耗低、设备腐蚀轻的优点，工艺流程相对简单，丙酮转化率可达85%～90%，选择性可达97%，但缺点是丙酮原料成本相对较高，当丙酮与异丙醇价格倒挂时成本优势丧失，经济效益受到影响。为降低生产成本，可探索开发新的丙酮加氢生产工艺，或寻找低成本的丙酮替代原料，如研究利用生物质或工业废气等可再生资源制备丙酮的方法，以此来拓宽丙酮的来源渠道，降低原料成本；同时，加强对丙酮市场的监测与分析，优化生产计划，据丙酮和异丙醇的价格趋势合理调整生产策略，提高经济效益。
2 常用异丙醇工业生产方法对比分析
丙烯间接水合法因“三废”污染、设备腐蚀严重和生产成本较高等问题，20世纪80年代后已逐渐被淘汰[15]。丙烯直接水合法（气相直接水合法、液相直接水合法、气-液混相水合法）与丙酮加氢法是目前国内外异丙醇的主要生产方法[16]。
2.1 原料方案比较
制定生产原料方案时，需根据国家产业政策及产业发展计划，并兼顾国内外市场情况及市场容量。异丙醇未列入《产业结构调整指导目录（2024年本）》[17]中的限制类或淘汰类，综合发展趋势、市场供应、产业融合性等因素，在原料供应稳定的前提下对原料方案进行对比，其结果见表1。总体而言，异丙醇生产原料选择丙酮可行性好，生产规模适宜。
2.2 本质环保及安全比较
几种异丙醇生产工艺本质环保及安全比较见表2。可以看到：这四种工艺方案中都需要使用到一定量的危险物质，而气相直接水合法和液相直接水合法会产生大量的副产物，后续处理困难；丙酮加氢法的操作条件较为温和，在一定程度上可减少安全隐患。就本质安全而言，安全至较不安全的排序为丙酮加氢法＞气相直接水合法≈液相直接水合法＞气-液相直接水合法（气-液混相水合法）。
更多内容详见《中氮肥》2025年第5期