Kā cikloheksanons tiek ražots rūpnieciski? Ražošanas ceļi, procesi un lietojumprogrammas

Rūpnieciski cikloheksanonu galvenokārt iegūst, oksidējot cikloheksānu, iegūstot cikloheksanola -cikloheksanona maisījumu, kas pazīstams kā KA eļļa, kam seko atdalīšana un attīrīšana. Citi komerciāli ceļi ietver fenola hidrogenēšanu un retāk procesus, kuru pamatā ir cikloheksēns. Izpratne par cikloheksanona ražošanu ir svarīga pircējiem, jo ​​izmantotais cikloheksanona ražošanas process tieši ietekmē tīrību, izmaksas un piegādes uzticamību - maršruta izvēle ir atkarīga no izejvielu izmaksām, vēlamās tīrības un no tā, vai ražotājs ražo arī adipīnskābi vai kaprolaktāmu pa straumi.

Kas ir cikloheksanons?

• Ķīmiskais nosaukums: Cikloheksanons
• CAS numurs: 108-94-1
• Molekulārā formula: C₆H₁₀O
• Molekulmasa:98,14 g/mol
• Fiziskā forma:Bezkrāsains līdz bāli{0}}dzeltens eļļains šķidrums ar acetonam/piparmētrai{1}}līdzīgu smaržu
• Galvenās lietojumprogrammas:Kaprolaktāma (nailonam 6) un adipīnskābes (neilonam 66) prekursors, rūpnieciskais šķīdinātājs un izejviela pārklājumiem, līmēm un citiem ķīmiskiem starpproduktiem

Kā cikloheksanons tiek ražots rūpnieciski?

Komerciāli tiek izmantoti trīs galvenie ceļi, un praksē tie nav savstarpēji aizvietojami - katrs ir saistīts ar atšķirīgu izejvielu piegādes ķēdi un izmaksu struktūru.

1. Cikloheksāna oksidēšanas process (visbiežāk izmantotais ceļš)

Šī ir dominējošā rūpnieciskā metode, jo īpaši, ja cikloheksanons tiek ražots kopā ar adipīnskābi vai kaprolaktāmu integrētās neilona ražošanas vietās. Cikloheksanona ražošana no cikloheksāna, izmantojot šo oksidācijas ceļu, veido lielāko cikloheksanona sintēzes spēju pasaulē.

Procesa plūsma:

Cikloheksāns
↓
Gaisa/skābekļa oksidēšana (kobalta vai mangāna katalizators, 150–160 grādi, ~ 0,9–1,0 MPa)
↓
KA eļļa (cikloheksanola + cikloheksanona maisījums)
↓
Destilācija/atdalīšana
↓
Cikloheksanons (attīrīts)

Reakcija:

C₆H₁₂ + O₂ → C₆H₁₀O + H₂O

Praksē reakcijas rezultātā kopā tiek iegūts gan cikloheksanols, gan cikloheksanons - šo maisījumu saucKA eļļa(ketonu{0}}spirta eļļa). Oksidēšanu veic virknē šķidrās -fāzes reaktoru, izmantojot šķīstošu kobalta katalizatoru (piemēram, kobalta naftenātu vai kobalta oktoātu) ar iepriekš-uzkarsētu saspiestu gaisu, lai piegādātu skābekli. Galvenais darbības ierobežojums: cikloheksāna konversija tiek apzināti uzturēta zem aptuveni 10% vienā piegājienā, jo, palielinot konversiju, tiek pasliktināta selektivitāte -, vēlamie produkti ir mazāk termiski stabili nekā sākotnējais cikloheksāns, tāpēc pārmērīga konversija rada vairāk nevēlamu -produktu, nevis vairāk KA eļļas. Tādējādi kopējā KA selektivitāte tiek uzturēta aptuveni 80%, nereaģējušais cikloheksāns tiek reciklēts atpakaļ barībā.

Kāpēc šis maršruts dominē rūpnieciski:

• Lētas izejvielas- Cikloheksāns ir salīdzinoši zemas-izmaksas, liela{2}}apjoma naftas ķīmijas izejviela, ko parasti iegūst, hidrogenējot benzolu.
• Liela mēroga{0}}ražošana- Process ir labi mērogojams un ir labi-piemērots nepārtrauktai, augstas{2}}caurlaidības darbībai.
• Esošā infrastruktūra- Desmitiem gadu ilga uzstādītā jauda, ​​jo īpaši vietās, kas jau ražo adipīnskābi vai kaprolaktāmu, padara šo ceļu par vismazāko pretestību paplašināšanai vai jaunai jaudai integrētās neilona piegādes ķēdēs.

2. Fenola hidrogenēšanas ceļš

Procesa plūsma:

Fenols
↓
Hidrogenēšana (pallādija{0}}katalizators, ~140 grādi)
↓
Cikloheksanols (vai tieši uz cikloheksanonu vienpakāpes konfigurācijās)
↓
Dehidrogenēšana (ja divos{0}}pakāpēs)
↓
Cikloheksanons

Atkarībā no katalizatora un reaktora konstrukcijas šo ceļu var palaist kā viena{0}}pakāpju procesu (fenols tiek hidrogenēts tieši līdz cikloheksanonam) vai kā divpakāpju process (fenols → cikloheksanols → dehidrogenēšana → cikloheksanons). Katalizatori, kuru pamatā ir pallādijs-, var sasniegt cikloheksanona iznākumu virs 90%, hidrogenējot vienā-reaktorā, un optimālā ūdeņraža-/-fenola molārā attiecība ir aptuveni 2,1 KA-eļļas{10}}ekvivalentai ražošanai.

Priekšrocības:

Augsta tīrība- Parasti tiek uzskatīts par tīrāku procesu ar lielāku selektivitāti nekā cikloheksāna oksidēšana, jo tas novērš plašāku blakusproduktu izplatīšanos, kas rodas no radikālas -mediētas cikloheksāna oksidācijas.

Ierobežojumi:

Augstākas izejvielu izmaksas- Fenols parasti ir dārgāks nekā cikloheksāns, un tā cena ir saistīta ar kumēna procesu (benzols + propilēns → kumēns → fenols + acetons, izmantojot Hoka procesu), tādējādi radot tādu izejvielu tirgus iedarbības slāni, kas cikloheksāna oksidācijai nav tādā pašā mērā.

3. Cikloheksēna-maršruts

Procesa plūsma:

Cikloheksēns (no benzola selektīvās hidrogenēšanas)
↓
Hidratācija
↓
Cikloheksanols
↓
Dehidrogenēšana
↓
Cikloheksanons

Šis ceļš sākas ar cikloheksēnu, ko pats iegūst, daļēji (selektīvi) hidrogenējot benzolu -, kas ir sarežģītāks pirmais solis nekā vienkārša benzola pilnīga hidrogenēšana līdz cikloheksānam, taču tas paver citu reakcijas ceļu. Cikloheksēnu hidratē par cikloheksanolu, kas pēc tam tiek dehidrogenēts līdz cikloheksanonam.

Raksturlielumi:

• Alternatīvs maršruts- Mazāk plaši izmantots visā pasaulē nekā cikloheksāna oksidēšana, taču tiek izmantots komerciāli, jo īpaši procesos, kas izstrādāti tiešai neilona starpproduktu ražošanai.
• Labāka selektivitāte- Var piedāvāt uzlabotus selektivitātes profilus salīdzinājumā ar tiešu cikloheksāna oksidēšanu, jo tas novērš dažas no šim procesam raksturīgām radikālām -ķēdes blakusreakcijām.

Cikloheksanona ražošanas procesa plūsmas diagramma

Visizplatītākais komerciālais ceļš, cikloheksāna oksidēšana, seko šai vispārējai secībai:

Cikloheksāns
|
Oksidācijas reaktors
(Co/Mn katalizators, 150-160 grādi, gaiss/O2)
|
KA eļļa
(cikloheksanols + cikloheksanons)
|
Atdalīšana
|
Destilācija
|
Cikloheksanons
(attīrīts produkts)

Ja cikloheksanons ir galaprodukts (nevis starpprodukts ceļā uz adipīnskābi), KA eļļas cikloheksanola frakcija parasti tiek katalītiski dehidrogenēta, lai pārvērstu to papildu cikloheksanonā, tādējādi palielinot vēlamā ketona iznākumu, nevis apstrādājot cikloheksanolu kā {0}līdzproduktu.

Rūpniecisko cikloheksanona ražošanas ceļu salīdzinājums

Šīs tabulas lasīšana kontekstā ir svarīgāka par atsevišķām šūnām:labākā cikloheksanona ražošanas metode ir pilnībā atkarīga no tā, ko vēl ražotājs ražo.Vieta, kas integrēta ar adipīnskābes vai kaprolaktāma ražošanu, gandrīz vienmēr dos priekšroku cikloheksāna oksidācijai, jo KA eļļa ir kopīga izejviela gan cikloheksanonam, gan adipīnskābei, un kapitāls jau ir izveidots. Atsevišķs cikloheksanona ražotājs bez šīs pakārtotās integrācijas vai viena tīrības prioritātes farmācijas vai speciālu šķīdinātāju lietojumiem, visticamāk, apsvērs fenola hidrogenēšanu, neskatoties uz augstākām izejvielu izmaksām.

Kāpēc cikloheksāna oksidēšana ir dominējošā rūpnieciskā metode?

Papildus jau aprakstītajām procesa{0}}līmeņa priekšrocībām daži strukturāli faktori izskaidro, kāpēc šim maršrutam pieder lielākā daļa pasaules ražošanas jaudas:

• Izmaksas- Cikloheksāns ir lielapjoma naftas ķīmija ar labi-noteiktu, konkurētspējīgu cenu atšķirībā no fenola, kura izmaksas ir saistītas ar kumēna/acetona kop-ražošanas ekonomiku.
• Pieejamība- Cikloheksāns tiek ražots plašā mērogā, lai barotu šo ķēdi ar uzticamu globālu piegādi.
• Mērogs- Process ir pierādīts ar ļoti lielu viena-vilciena ietilpību, kas lielākajiem ražotājiem samazina vienas-vienības kapitāla izmaksas.
• Esošā Nylon 6/Nylon 66 nozare- Lielākā daļa globālās cikloheksanona jaudas atrodas integrētās vietās vai to tuvumā, kas jau patērē KA eļļu adipīnskābei (Nylon 66) vai virza cikloheksanonu tālāk uz kaprolaktāmu (Nylon 6), tāpēc oksidācijas ceļš pastiprina esošos kapitālieguldījumus, nevis prasa atsevišķu fenola piegādes ķēdi.

Cikloheksanona loma neilona 6 ražošanā

Šis ir vienīgais lielākais cikloheksanona pieprasījuma virzītājspēks visā pasaulē, un ir vērts izprast visu ķēdi:

Cikloheksāns
↓
Cikloheksanons
↓
Cikloheksanona oksīms (reakcija ar hidroksilamīnu)
↓
Bekmaņa pārkārtošanās
↓
Kaprolaktāms
↓
Neilons 6

Cikloheksanons vispirms tiek pārveidots par cikloheksanona oksīmu, reaģējot ar hidroksilamīnu (vai hidroksilamīna sāli). Pēc tam oksīms tiek pakļautsBekmaņa pārkārtošanās- skābes-katalizēta reakcija, kas reorganizē oksīmu septiņu-locekļu gredzena laktāmā, kaprolaktāmā. Pēc tam kaprolaktāms tiek polimerizēts, lai ražotu gredzenu{4}}Neilons 6, viena no pasaulē visplašāk ražotajām sintētiskajām šķiedrām un inženierplastmasām.

Ir vērts atzīmēt Nylon 66 paralēlo ķēdi: tādā gadījumā pilns KA eļļas maisījums (gan cikloheksanols, gan cikloheksanons) tiek tālāk oksidēts, parasti ar slāpekļskābi, līdz.adipīnskābe, kas pēc tam tiek apvienots ar heksametilēndiamīnu, lai iegūtu neilonu 66. Tāpēc integrētās cikloheksāna -oksidācijas vietās bieži tiek ražots gan cikloheksanons (Nilona 6 ķēdei), gan adipīnskābe (Nailona 66 ķēdei) no vienas KA eļļas plūsmas, pielāgojot sadalījumu, pamatojoties uz tirgus pieprasījumu katram neilona veidam.

Cikloheksanona rūpnieciskie pielietojumi

• Neilona ražošana- Primārais pielietojums kā kaprolaktāma (Nylon 6) un, izmantojot KA eļļu, adipīnskābes (Nylon 66) prekursoru.
• Šķīdinātājs- Izmanto kā spēcīgu šķīdinātāju sveķiem, lakām un dažādiem polimēriem, īpaši gadījumos, kad nepieciešama laba maksātspēja gan polāriem, gan nepolāriem materiāliem.
• Pārklājumi- Izplatīta šķīdinātāja sastāvdaļa rūpnieciskajos pārklājumos un krāsu sastāvos, kas novērtēta tā iztvaikošanas ātruma un maksātspējas profila dēļ.
• Līmes- Izmanto adhezīvos sastāvos, jo īpaši, ja tas palīdz izšķīdināt vai aktivizēt polimēru sastāvdaļas.
• Ķīmiskie starpprodukti- Izejviela dažādām pakārtotajām ķīmiskajām sintēzēm ārpus neilona ķēdes.

Cikloheksanona kvalitātes prasības rūpnieciskajiem pircējiem

Tīrībai un konsistencei ir liela nozīme pakārtotajā apstrādē, jo piemaisījumi var traucēt oksimācijas un polimerizācijas reakcijas. Tipiskās rūpnieciskās specifikācijas ietver:

Cikloheksanons ir klasificēts kā degošs šķidrums (uzliesmošanas temperatūra aptuveni 44 grādi), un to parasti piegādā 55{4}}galonu (208 L) tērauda mucās, autocisternās vai autocisternās. Tas nav kodīgs, un inertās{5}}gāzes segums parasti nav nepieciešams transportēšanai vai uzglabāšanai, taču tas joprojām ir jāmarķē kā uzliesmojošs/degošs materiāls un jāuzglabā prom no karstuma, dzirkstelēm un atklātas liesmas.

Kā izvēlēties uzticamu cikloheksanona piegādātāju?

Rūpnieciskajiem pircējiem, jo ​​īpaši tiem, kas piegādā pakārtotos neilona vai speciālos ķīmiskos procesus, piegādātāju pārbaudei vajadzētu pārsniegt cenu.

• Analīzes sertifikāts (COA)- Katrai partijai ir jānosūta COA, kas apstiprina tīrību, ūdens saturu, skābumu un krāsas specifikācijas, kas atbilst jūsu nepieciešamajai kategorijai.
• Drošības datu lapa (SDS)- Pašreizējā SDS dokumentācija par apstrādi, uzglabāšanu un transportēšanu.
• Tehnisko datu lapa (TDS)- Detalizēti fizikālo/ķīmisko īpašību dati, kas raksturīgi piegādātāja produkta kategorijai.
• ISO sertifikācija- ISO 9001 (vai līdzvērtīga) kvalitātes pārvaldības sertifikācija norāda uz konsekventāku partiju{2}}uz-pakešu kvalitātes kontroli.
• Eksporta pieredze- Starptautisko sūtījumu, muitas dokumentācijas un atbilstības galamērķa-tirgus ķīmisko vielu noteikumiem (piem., REACH ES) pieredze.
• Iepakojums- Pārbaudiet, vai tvertnes, IBC, ISO tvertnes vai lielapjoma opcijas atbilst jūsu tilpuma prasībām un uzglabāšanas/apstrādes iespējām.

Bieži uzdotie jautājumi

Kā cikloheksanons tiek ražots rūpnieciski?

Galvenokārt cikloheksāna katalītiskā gaisa oksidēšana, kas rada cikloheksanola -cikloheksanona maisījumu (KA eļļu), kas pēc tam tiek atdalīts un attīrīts. Fenola hidrogenēšanas un cikloheksēna{2} ceļi tiek izmantoti kā alternatīvas komerciālas metodes, jo īpaši gadījumos, kad prioritāte ir augstāka tīrība vai atšķirīga izejvielu ekonomija.

Kāda ir galvenā cikloheksanona izejviela?

Cikloheksāns ir dominējošā izejviela pasaulē, izmantojot oksidācijas ceļu. Fenols ir galvenā izejviela alternatīvajam hidrogenēšanas ceļam.

Vai cikloheksanons ir izgatavots no benzola?

Netieši jā. Dominējošā ceļā benzols vispirms tiek hidrogenēts līdz cikloheksānam, kas pēc tam tiek oksidēts, lai iegūtu cikloheksanonu (caur KA eļļu). Izmantojot cikloheksēnu-, benzols tiek daļēji (selektīvi) hidrogenēts par cikloheksēnu, nevis pilnībā par cikloheksānu, pēc tam hidratēts un dehidrogenēts līdz cikloheksanonam. Fenola ceļā benzols parasti tiek pārvērsts kumenā, pēc tam par fenolu pirms hidrogenēšanas par cikloheksanonu.

Kas ir KA eļļa cikloheksanona ražošanā?

KA eļļa ("ketonu-spirta" eļļa) ir jaukta cikloheksanola/cikloheksanona produktu plūsma, ko rada cikloheksāna katalītiskā gaisa oksidēšana. Tas tiek atdalīts destilējot tā sastāvdaļu savienojumos, un jebkurš cikloheksanols, kas paredzēts cikloheksanona ražošanai, parasti tiek tālāk dehidrogenēts, lai palielinātu kopējo cikloheksanona iznākumu.

Kāda ir saistība starp cikloheksanonu un kaprolaktāmu?

Cikloheksanons ir tiešais kaprolaktāma prekursors. Tas tiek pārveidots par cikloheksanona oksīmu (reakcijā ar hidroksilamīnu), kas pēc tam tiek pakļauts Bekmaņa pārkārtošanai, veidojot kaprolaktāmu - monomēru, kas tiek polimerizēts, lai iegūtu neilonu 6.

Kuru metodi visbiežāk izmanto cikloheksanona ražošanai?

Cikloheksāna oksidēšana līdz KA eļļai ir pasaulē visplašāk izmantotā komerciālā metode, galvenokārt zemāku izejvielu izmaksu un tās integrācijas ar esošo adipīnskābes un kaprolaktāma ražošanas infrastruktūru dēļ.

Vai cikloheksanona ražošana ir videi draudzīga?

Tāpat kā vairums liela mēroga{0}}naftas ķīmijas procesu, cikloheksanona ražošana ir saistīta ar vides apsvērumiem, kas saistīti ar enerģijas patēriņu, GOS emisijām un blakusproduktu pārvaldību (jo īpaši no oksidācijas ceļa zemākās per-pārejas selektivitātes). Ražotāji tos pārvalda, izmantojot katalizatoru pārstrādi, -produktu reģenerāciju un emisiju kontroli, taču neviens nozīmīgs komerciālais ceļš nav "nulles-ietekmes" - pircējiem, kuriem ir noteiktas vides ieguves prasības, vajadzētu tieši jautāt piegādātājiem par savu procesa ceļu un emisiju datiem, nevis pieņemt, pamatojoties uz vispārīgiem nozares apgalvojumiem.