Современное производство изопропилового спирта (ИПС) методом прямой гидратации пропилена опирается на использование твёрдых кислотных катализаторов, что позволяет исключить агрессивные жидкости и снизить экологическую нагрузку. Наибольшее распространение получили фосфорнокислые катализаторы (ортофосфорная кислота, нанесённая на силикагель или кремнезём) и сульфокатионитные смолы (например, Amberlyst-15). Выбор между ними определяет не только технологическую схему, но и экономическую эффективность всего производства [1].
Фосфорнокислые катализаторы устойчивы при температурах до 200 °C, что позволяет вести процесс с более высокой интенсивностью. Они допускают использование пропан-пропиленовой фракции (ППФ) с содержанием пропилена всего 80 %, что особенно важно для предприятий, интегрированных в нефтеперерабатывающие комплексы [2]. Однако H₃PO₄, хоть и менее агрессивна, чем серная кислота, всё же вызывает коррозию углеродистой стали, поэтому реакторы требуют футеровки красной медью, что увеличивает капитальные затраты на 10 % – 15 % [3].
В отличие от них, сульфокатиониты представляют собой полимерные материалы с -SO₃H-группами. Они абсолютно не коррозионны, что позволяет использовать стандартное оборудование из углеродистой стали без защиты. Кроме того, при отравлении примесями (например, катионами металлов) их можно химически или термически регенерировать, продлевая срок службы [4]. Однако такие катализаторы термически нестабильны выше 160 °C и требуют высокочистого пропилена (≥92 %), так как примеси быстро дезактивируют активные центры [1].
С экономической точки зрения, фосфорнокислые системы выгодны при ограниченном бюджете на сырьё, но требуют инвестиций в оборудование. Сульфокатиониты – наоборот: дешевле в монтаже, но дороже в обеспечении качеством сырья. При конверсии 70 % – 75 % и селективности 98,5 % у обоих типов [5], разница в себестоимости ИПС составляет 5% – 8 %, в пользу сульфокатионитов при наличии очищенного пропилена [6].
В современных российских реалиях, где наблюдается дефицит импортных катализаторов и стремление к переработке собственных нефтегазовых потоков, большинство предприятий (включая ПАО «Нижнекамскнефтехим») отдают предпочтение фосфорнокислым катализаторам, несмотря на необходимость защиты оборудования [2]. В то же время АО «Химтэк Инжиниринг» успешно применяет сульфокатиониты благодаря собственной технологии очистки ППФ [6].
Таким образом, «полезнее» и «выгоднее» – понятия контекстные. В условиях импортозамещения и работы с побочными фракциями НПЗ – фосфорнокислые катализаторы. Для автоматизированных, экологически ориентированных установок с доступом к очищенному сырью – сульфокатиониты. Оптимальный выбор требует технико-экономического обоснования, учитывающего как капитальные, так и эксплуатационные издержки.
Список литературы
- 1. Liu Y., Zhang H., Wang S. Catalytic hydration of propylene to isopropanol over sulfonated solid acid catalysts // Industrial & Engineering Chemistry Research. 2021. Vol. 60, № 12. P. 4325–4334.
- 2. Производство изопропилового спирта гидратацией пропилена // Chem21.info.
- 3. Пат. 2128158 Рос. Федерация, МПК C07C 29/04. Способ получения изопропилового спирта / заявитель и патентообладатель: НПО «Нефтехим»; опубл. 27.03.1999.
- 4. Хакимов Д. Ш. [и др.]. Исследование теплопроводности и показателя преломления системы бензола и диизопропилового эфира // Вестник технологического университета Таджикистана. 2022. № 4–2. С. 50–58.
- 5. Технология производства технического и обезвоженного изопропилового спирта из пропилена // АО «Химтэк Инжиниринг».
- 6. Глушко В. П. (ред.). Термодинамические свойства индивидуальных веществ: справочник.
