Методы получения. 
Производство этанола прямой гидратацией этилена

В России процесс производства синтетического этанола посредством гидратации этилена осуществляется двумя способами: сернокислотной и прямой гидратацией. Первый способ внедрен в промышленном масштабе с 1952 г., второй получил широкое распространение в последние десятилетия.

При получении синтетического этилового спирта первым способом концентрированная серная кислота реагирует с этиленом, образуя монои диалкилсульфат:

С2Н4 + H2SO4 ————-> C2H5SO2OH моноалкилсульфат.

2С2Н4 + H2SO4 ————-> (C2H5O)2SO2 диалкилсульфат В дальнейшем эти эфиры при взаимодействии с водой превращаются этиловый спирт, выделяя серную кислоту:

C2H5SO2OH + H2O ————-> C2H5OH + H2SO4.

(C2H5O)2SO2 + 2H2O ————-> 2C2H5OH + H2SO4.

Второй способ — метод получения синтетического этанола путем прямой гидратации этилена.

Прямой гидратацией этилена называется обратимый экзотермический процесс непосредственного (без образования промежуточных продуктов) присоединения воды к этилену в присутствии катализатора с образованием этилового спирта:

CH2=CH2 + H2O ————-> C2H5OH + 10,5 ккал.

Способность этилена присоединять элементы воды была известна ещё в конце ХVIII века. А. М. Бутлеров в 60-тых годах прошлого столетия применил реакцию гидратации при помощи серной кислоты к различным этиленовым углеводородам.

На ход реакции большое влияние оказывает концентрация этилена в исходном газе. При уменьшении концентрации соляной кислоты, t реакции, парционального давления этилена и интенсивности перемешивания реагирующих веществ. С повышением концентрации кислоты скорость поглощения этилена увеличивается (93%-ная кислота поглощает в 10раз медленнее, чем 97,5%-ная), так как увеличивается скорость образования диэтилсульфата. В таком же направлении действует и повышение температуры до определённого предела.

Недостатками сернокислотного метода является большой расход серной кислоты (на 1 кг спирта берётся 1,8−2 кг серной кислоты в пересчёте на моногидрат) и сильная коррозия многих частей аппаратуры.

Непосредственное присоединение воды к этилену давно являлось заманчивым делом, но на пути к осуществлению этой реакции стоял целый ряд затруднений. Реакция является обратимой и идёт с выделением теплоты.

В результате исследований и промышленных испытаний установлены следующие основные условия взаимодействия газообразного этилена и водяных паров:

Температура 275−300С;

Давление при гидратации 65−75 атм;

Концентрация этилена в циркулирующем газе 85% (объёмных);

Молярное отношение воды к этилену 0,7:1;

Концентрация применяющейся здесь фосфорной кислоты в плёнке катализатора не ниже 83%;

За 1 час проходит 1800 м³ газа через кубометр катализатора.

Для сдвига равновесия в сторону гидратации этилена необходимо понижение температуры и повышение давления. Процесс прямой гидратации этилена состоит из несколько непрерывно протекающих стадий:

• 1. Компрессия исходного этилена до давления, необходимого для гидратации, и возвращение не прореагировавшего этилена;
• 2. Приготовление исходной парогазовой смеси;
• 3. Гидратация этилена;
• 4. Нейтрализация фосфорной кислоты, уносимой из зоны реакции;
• 5. Охлаждение парогазовой смеси и конденсация паров спирта и воды;
• 6. Очистка циркулирующего газа.

Парофазная каталитическая гидратация этилена является более перспективным методом, и наша промышленность сейчас ориентируется на этот более прогрессивный метод.

Катализатором процесса служит ортофосфорная кислота на шариковом носителе — силикагеле.

Наряду с указанными реакциями при гидратации этилена (как сернокислотной, так и прямой) протекают многочисленные побочные реакции, приводящие к образованию значительного количества примесных соединений.