新一代绿色技术促化工行业清洁生产

中国科学院过程工程研究所和山东易达利化工有限公司合作完成的“以异丁烯/叔丁醇为原料的甲基丙烯醛、酯和醇系列产品清洁生产新工艺”, 不久前顺利通过了中国石油和化学工业联合会组织的成果鉴定。新技术具有原创性和自主知识产权, 已获多项国际和国内授权技术发明专利, 在山东菏泽建立了国内外首套万吨级甲基丙烯酸甲酯 (MMA) 联产甲基丙烯醇 (MAO) 工业示范装置, 形成了甲基丙烯醛、酯和醇系列产品的新一代绿色技术。

甲基丙烯醛、酯和醇系列产品是重要的基础化工产品。甲基丙烯醛 (MAL) 是生产香料、医药等化学品的重要中间体, 可进一步氧化生成酸和酯, 可还原生成醇。目前主要以丙醛为原料羟醛缩合、以异丁烯为原料氧化或以异丁烯醇为原料氧化制备, 大多限于实验室或小规模制备, 没有工业化商品, 限制了下游产业链的发展。甲基丙烯酸甲酯是生产有机玻璃、特种光纤、高档涂料等的核心单体, 目前MMA国际年需求量超过400万吨, 我国约70万吨, 其中2/3主要依靠国外进口和外企提供, 国内企业普遍采用传统丙酮氰醇法生产, 规模小、污染重、安全隐患大, 且受丙烯腈生产的限制, 难以扩大规模。以石油裂解副产碳四为原料的专利技术则由国外公司垄断, 对我国严格封锁。甲基丙烯醇是生产第三代高性能混凝土减水剂的聚醚封端剂, 目前均采用异丁烯氯化—水解工艺, 安全性差、设备要求高、水解过程使用强碱、三废排放大、环境污染严重。因此迫切需要研究开发具有自主知识产权的MAL、MMA和MAO新一代绿色技术。

中科院过程工程研究所“离子液体清洁过程与节能创新团队”在科技部、中科院、国家自然基金委等项目支持下, 与山东易达利化工有限公司合作, 研究开发了以石油裂解副产异丁烯/叔丁醇为原料催化氧化生产MAL、氧化酯化生产MMA和催化加氢生产MAO的新工艺。通过对反应机理和动力学的深入研究, 成功设计开发了异丁烯/叔丁醇选择性氧化生产MAL、MAL氧化酯化生产MMA、MAL加氢生产MAO的系列新型高活性、高稳定性催化剂;通过对多相催化反应体系中反应—传递耦合规律的系统研究, 设计开发了强化传热传质的新型高效反应器;通过对吸收、萃取、精馏等过程中分子间相互作用的研究, 设计开发了新型分离介质及低能耗分离纯化新技术;通过对聚合和阻聚机理的研究, 开发了系列新型阻聚剂及组合阻聚技术;通过对全系统反应、分离各单元能耗的分析和集成, 形成了以异丁烯/叔丁醇为原料生产甲基丙烯醛、酯和醇系列产品的工艺包, 建立了万吨级工业示范装置。该装置已成功累计运行7200小时, 产品质量达到行业和企业标准, 产生了良好的经济效益。

新技术的成功应用, 标志着我国拥有了具有自主知识产权的替代有毒有害原料/介质生产甲基丙烯醛、酯和醇系列产品的绿色技术, 有望彻底摆脱我国MMA行业长期依赖进口和传统丙酮氰醇技术的局面, 推动我国MAO绿色技术在水泥行业的大规模应用, 促进MAL下游衍生产品的发展, 具有显著的社会经济效益和广阔的技术推广应用前景, 为实现我国化工行业清洁生产和节能减排的目标提供了重要的科技支撑。