1774年,瑞典化学家C.W.舍勒以乙醇、二氧化锰和硫酸反应制得乙醛。1881年,俄国人M.G.库切罗夫[注]将乙炔通入高价汞盐的硫酸溶液也制得了乙醛,为1916年乙炔水合制乙醛工业化奠定了基础。此后在很长一段时期内,乙炔水合法曾是生产乙醛的唯一工业化方法,但所用催化剂有毒。1940年和1959年又先后成功开发乙醇氧化法和乙烯氧化法,促进乙醛的生产。
饱和一元醛,化学式CH3CHO。又称醋醛。
1774年,瑞典化学家C.W.舍勒以乙醇、二氧化锰和硫酸反应制得乙醛。1881年,俄国人M.G.库切罗夫[注]将乙炔通入高价汞盐的硫酸溶液也制得了乙醛,为1916年乙炔水合制乙醛工业化奠定了基础。此后在很长一段时期内,乙炔水合法曾是生产乙醛的唯一工业化方法,但所用催化剂有毒。1940年和1959年又先后成功开发乙醇氧化法和乙烯氧化法,促进乙醛的生产。
无色、易挥发并具有刺激性气味的液体,沸点20.8℃,可溶于水和乙醇等有机溶剂。乙醛蒸气易燃,可与空气形成爆炸混合物(体积分数为4%~57%)。在空气中易氧化,储存和运输中需充氮。主要由乙烯氧化制得,是合成多种有机化工产品的原料。
世界大型乙醛生产装置主要采用乙烯氧化法,其次是采用乙醇氧化法。此外,还有丙烷或丙烷、丁烷混合物氧化制乙醛及其他含氧化合物的方法,由于产物组成复杂,分离困难,未能得到推广。
以乙烯和氧气为原料,在由氯化钯、氯化铜、盐酸组成的催化剂水溶液中,进行液相氧化反应生成乙醛。总反应式如下:
实际反应按两步进行:
①乙烯的氧化:
②催化剂溶液的氧化再生:
工业上有一步法(直接法)和两步法两种流程。一步法以氧气为氧化剂,氧气和乙烯同时通入装有催化剂溶液的塔式反应器。通过水的蒸发和产物的移出带走反应热,维持温度为120~130℃、压力为0.4兆~0.45兆帕的反应条件使乙烯氧化为乙醛。一步法乙烯制乙醛工艺流程见图1。
两步法以空气为氧化剂,乙烯和催化剂溶液一起通入一段反应器,在温度为100~110℃、压力为1.0兆~1.2兆帕下进行氧化反应生成乙醛;分离产物后的催化剂溶液经补充损失的水后进入二段反应器,用空气进行氧化再生。两步法乙烯制乙醛工艺流程见图2。
两种方法的乙醛收率均为95%左右,但一步法流程简单、投资少,是世界上绝大多数国家采用的方法。两步法的优点是不需空气分离装置,乙烯转化率高、对乙烯纯度要求低和反应后气体不需循环等,但催化剂循环要消耗能量。
以空气为氧化剂,乙醇蒸气和空气经混合加热至300~480℃后,进入装有银、铜或银-铜合金催化剂的固定床反应器中,进行氧化脱氢反应生成乙醛,主要副反应是乙醛继续氧化为醋酸。反应式如下:
为了移走反应热,催化剂床层中设有用水冷却的盘管。反应产物经冷却、冷凝和水洗即得粗乙醛溶液,粗乙醛通过精馏分离可得各种纯度的乙醛产品。该法操作简单、乙醛收率高(95%左右),但生产能力受乙醇来源和价格的限制。
乙醛主要用于生产醋酸、季戊四醇、吡啶及其衍生物和醋酸酯等。随着甲醇羰基化制备醋酸技术的不断发展,乙醛在醋酸领域的消费量不断减少,但在吡啶、季戊四醇等其他方面的需求仍在增长。