Недостатками метода являются большой расход серной кислоты, необходимость применения кислотостойкого оборудования и недостаточная селективность процесса.

В то же время был разработан новый способ получения этанола – прямая гидратация этилена, который не требовал использования серной кислоты, что позволяло исключить одну из стадий процесса, сделав его тем самым более экономичным. Более того, прямая гидратация позволяет получить более высокий выход продукта и отличается высокой экологичностью.

Данный процесс может быть реализован в двух вариантах: парофазном и жидкофазном. В промышленности преимущественно используют парофазный каталитический процесс, осуществляемый по циклической схеме. Этот способ – прямая каталитическая гидратация этилена перегретым паром – является более экономичным, в отличии от сернокислотной гидратации (отсутствие расхода серной кислоты или установок по ее регенерации, более высокий выход спирта ( 95%), меньшая коррозия аппаратуры).

Химическая схема процесса

Процесс прямой гидратации основан на обратимой реакции, протекающей с уменьшением объема и выделением теплоты (экзотермическая реакция). Данный процесс считается сложным, так как наряду с основной реакцией:

С₂Н₄(г) + Н₂О(г)  С₂Н₅ОН(г) + Q; Н = – 41,87 кДж/моль; (1)

протекают и побочные реакции, приводящие к образованию диэтилового эфира (2), уксусного альдегида (3) и других соединений (4):

2С₂Н₄ + Н₂О  (С₂Н₅)₂О + Q; (2)

С₂Н₅ОН  СН₃СОН + Н₂ – Q; (3)

mС₂Н₄  (С₂Н₄)_m, где m  2; (4);

что вызывает не только загрязнение этилового спирта, но и потери сырья и целевого продукта, а также приводит к уменьшению срока службы катализатора. Полезное использование этилена составляет 94–96%.

Термодинамика процесса

Величина теплового эффекта практически не меняется с изменением температуры реакции: (Значения констант равновесия приведены на графике 1.) Константу основной реакции (1) можно вычислить по уравнению:

lgК_р = (2100/Т) – 6,195;

Как следует из уравнения реакции, термодинамических данных и, учитывая, что реакция протекает также и с уменьшением числа молей, увеличение давления благоприятно скажется на равновесном выходе этилового спирта (см. таблицу 1).

Чтобы сместить равновесие в сторону гидратации этилена, необходимо понижение температуры и повышение давления, однако при температуре ниже 280С скорость гидратации очень мала, что делает совершенно неприемлемым реализацию процесса в промышленности, а применение давления свыше 8МПа повышают себестоимость спирта, что экономически не рентабельно. Также, одним из исходных реагентов является перегретый пар, то в указанных условиях вряд ли удастся избежать конденсации водяного пара, так как при условиях получения высокого выхода этанола одновременно являются благоприятными и для процесса конденсации паров воды. Последнее приводит к снижению активности катализатора вследствие поглощения паров воды фосфорной кислотой с ее последующим разбавлением.

Таблица 1. Значение равновесного выхода () этилового спирта при стехиометрическом соотношении этилена и водяного пара

Т	Равновесный выход С2Н5ОН при давлении				(Мпа)
^0С	0,1	5	8	10	15
25	12,5	-	-	-	-
100	5	-	-	-	-
150	3,5	53	65	67	74
200	2,8	30,5	38,7	45	54
250	2	14,1	21,4	25	35
270	-	-	16,3	-	-
300	-	6,7	10,3	12,5	18,3
350	-	3,5	5,6	7	12,2