Како се циклохексанон прави индустријски? Производни путеви, процеси и примене

Индустријски, циклохексанон се углавном производи оксидацијом циклохексана, чиме се добија мешавина циклохексанола-циклохексанона позната као КА уље, након чега следи одвајање и пречишћавање. Други комерцијални путеви укључују хидрогенацију фенола и, ређе, процесе засноване на циклохексену{2}}. Разумевање начина производње циклохексанона важно је за купце јер процес производње циклохексанона који се користи директно утиче на чистоћу, цену и поузданост снабдевања - избор пута зависи од цене сировине, жељене чистоће и да ли произвођач такође производи адипинску киселину или капролактам низводно.

Шта је циклохексанон?

• Хемијско име: Цицлохеканоне
• ЦАС број: 108-94-1
• Молекуларна формула: C₆H₁₀O
• Молекуларна тежина:98,14 г/мол
• Физички облик:Безбојна до бледо-жута уљаста течност са мирисом на ацетон/пепермин-
• Главне апликације:Прекурсор капролактама (за најлон 6) и адипинске киселине (за најлон 66), индустријског растварача и сировина за премазе, лепкове и друге хемијске интермедијере

Како се циклохексанон прави индустријски?

Три главна рута се користе комерцијално и у пракси нису заменљива - сваки је везан за другачији ланац снабдевања сировинама и структуру трошкова.

1. Процес оксидације циклохексана (најчешћи пут)

Ово је доминантна индустријска метода, посебно када се циклохексанон производи заједно са адипинском киселином или капролактамом на интегрисаним локацијама за производњу најлона. Производња циклохексанона из циклохексана путем овог пута оксидације чини већину глобалног капацитета синтезе циклохексанона.

Ток процеса:

Цицлохекане
↓
Оксидација ваздуха/кисеоника (катализатор кобалта или мангана, 150–160 степени, ~0,9–1,0 МПа)
↓
КА уље (мешавина циклохексанола + циклохексанона)
↓
Дестилација/Одвајање
↓
Циклохексанон (пречишћен)

Реакција:

C₆H₁₂ + O₂ → C₆H₁₀O + H₂O

У пракси, реакција производи и циклохексанол и циклохексанон заједно - ова смеша се зовеКА уље(кетон{0}}алкохолно уље). Оксидација се спроводи у низу реактора у течној{2}}фази помоћу растворљивог кобалтног катализатора (као што је кобалт нафтенат или кобалт октоат), са претходно-загрејаним компримованим ваздухом који се убацује за снабдевање кисеоником. Кључно радно ограничење: конверзија циклохексана се намерно одржава испод отприлике 10% по пролазу, јер повећање конверзије више деградира селективност - жељени производи су мање термички стабилни од почетног циклохексана, тако да вишак конверзије генерише више нежељених-производа, а не више КА уља. Ово одржава укупну селективност КА на око 80%, са неизреагованим циклохексаном који се рециклира назад у храну.

Зашто ова рута индустријски доминира:

• Јефтина сировина- Циклохексан је релативно ниска-цена, велика-петрохемијска сировина, која се обично производи хидрогенизацијом бензена.
• Велика{0}}производња- Процес се добро скалира и добро је-погодан за континуиране,-операције велике пропусности.
• Постојећа инфраструктура- Деценијама инсталираног капацитета, посебно на локацијама које већ производе адипинску киселину или капролактам, ово је пут најмањег отпора за проширење или нове капацитете у интегрисаним ланцима снабдевања најлоном.

2. Пут хидрогенације фенола

Ток процеса:

фенол
↓
Хидрогенација (катализатор на бази паладијума{0}}, ~140 степени)
↓
Циклохексанол (или директно на циклохексанон у конфигурацијама у једном{0}}корак)
↓
Дехидрогенација (у два-корака)
↓
Цицлохеканоне

Овај пут може да се води као процес у једном-степеном (фенол хидрогенизован директно у циклохексанон) или двостепени процес (фенол → циклохексанол → дехидрогенација → циклохексанон), у зависности од дизајна катализатора и реактора. Катализатори на бази паладијума- могу постићи приносе циклохексанона изнад 90% у једном-хидрогенацији у једном реактору, са оптималним моларним односом водоника-према-фенолу од око 2,1 за производњу КА-уља{10}}еквивалента.

Предности:

Висока чистоћа- Генерално се сматра чистијим процесом са већом селективношћу од оксидације циклохексана, јер избегава шире ширење-производа које долази од радикалне-посредоване оксидације циклохексана.

Ограничења:

Већа цена сировина- Фенол је генерално скупљи од циклохексана, а његова цена је везана за процес кумена (бензен + пропилен → кумен → фенол + ацетон путем Хоцк процеса), додајући слој изложености тржишту сировина који оксидација циклохексана нема у истом степену.

3. Рута заснована на циклохексену{1}}

Ток процеса:

Циклохексен (из селективне хидрогенације бензена)
↓
Хидратација
↓
Цицлохеканол
↓
Дехидрогенација
↓
Цицлохеканоне

Овај пут почиње од циклохексена, који се и сам производи парцијалном (селективном) хидрогенизацијом бензена -, што је сложенији први корак од једноставног хидрогенисања бензена у потпуности у циклохексан, али који отвара другачији пут реакције. Циклохексен се хидрира до циклохексанола, који се затим дехидрогенише до циклохексанона.

карактеристике:

• Алтернативни пут- Мање широко прихваћено у свету од оксидације циклохексана, али се користи комерцијално, посебно у процесима развијеним за директну међупроизводњу најлона.
• Боља селективност- Може да понуди побољшане профиле селективности у поређењу са директном оксидацијом циклохексана, пошто избегава неке од радикалних-ланчаних споредних реакција својствених том процесу.

Дијаграм тока процеса производње циклохексанона

Најчешћи комерцијални пут, оксидација циклохексана, прати овај општи низ:

Цицлохекане
|
Реактор за оксидацију
(Цо/Мн катализатор, 150-160 степени, ваздух/О2)
|
КА Оил
(циклохексанол + циклохексанон)
|
Раздвајање
|
Дестилација
|
Цицлохеканоне
(пречишћени производ)

Тамо где је циклохексанон крајњи циљни производ (уместо међупроизвода на путу ка адипинској киселини), фракција циклохексанола КА уља се обично каталитички дехидрогенише да би се претворила у додатни циклохексанон, чиме се максимизира принос жељеног кетона уместо да се циклохексанол третира као копроизвод.

Поређење индустријских путева производње циклохексанона

Читање ове табеле у контексту важније је од појединачних ћелија:најбољи начин производње циклохексанона у потпуности зависи од тога шта још произвођач производи.Локација интегрисана са производњом адипинске киселине или капролактама ће скоро увек фаворизовати оксидацију циклохексана, јер је КА уље заједничка сировина за циклохексанону и адипинску киселину, а капитал је већ на месту. Самостални произвођач циклохексанона без те низводне интеграције, или онај који даје приоритет чистоћи за фармацеутске или специјалне{1}}примену растварача, вероватније ће размотрити хидрогенацију фенола упркос вишој цени сировине.

Зашто је оксидација циклохексана доминантна индустријска метода?

Осим предности на нивоу процеса{0}}које су већ описане, неколико структуралних фактора објашњава зашто овај пут држи већину глобалног производног капацитета:

• Цост- Циклохексан је петрохемикалија у расутом стању са добро-установљеним, конкурентним ценама, за разлику од фенола, који носи премију у вези са економиком копроизводње кумен/ацетон.
• Доступност- Циклохексан се производи у великим количинама посебно за напајање овог ланца, уз поуздано глобално снабдевање.
• Скала- Процес је доказан на веома великим појединачним-капацитетима, што снижава-трошкове капитала по јединици за главне произвођаче.
• Постојећа индустрија најлона 6/најлона 66- Већина глобалних капацитета циклохексанона налази се на или близу интегрисаних локација које већ троше КА уље за адипинску киселину (најлон 66) или усмеравају циклохексанон даље до капролактама (најлон 6), тако да пут оксидације појачава постојеће капиталне инвестиције, а не захтева посебан ланац снабдевања фенолом.

Улога циклохексанона у производњи најлона 6

Ово је највећи покретач потражње за циклохексаноном на глобалном нивоу, и вреди разумети цео ланац:

Цицлохекане
↓
Цицлохеканоне
↓
Циклохексанон оксим (реакција са хидроксиламином)
↓
Бецкманн Реаррангемент
↓
Цапролацтам
↓
Најлон 6

Циклохексанон се прво претвара у циклохексанон оксим реакцијом са хидроксиламином (или сољу хидроксиламина). Оксим се тада подвргаваБекманово преуређење- реакција-катализована киселином која реорганизује оксим у седмочлани-лактам у прстену, капролактам. Капролактам се затим полимеризује-отварањем прстена да би се произвеоНајлон 6, једно од најшире произведених синтетичких влакана и инжењерске пластике на свету.

Вреди напоменути паралелни ланац за најлон 66: у том случају, пуна мешавина КА уља (и циклохексанол и циклохексанон) се даље оксидује, обично са азотном киселином, доадипинску киселину, који се затим комбинује са хексаметилендиамином да би се произвео најлон 66. Због тога интегрисана циклохексанска- оксидациона места често производе и циклохексанон (за најлон 6 ланац) и адипинску киселину (за најлон 66 ланац) из истог тока уља КА, прилагођавајући поделу потражње за сваки тип тржишта на основу сваког типа.

Индустријска примена циклохексанона

• Производња најлона- Примарна примена, као прекурсор капролактама (најлон 6) и, преко КА уља, адипинске киселине (најлон 66).
• Солвент- Користи се као јак растварач за смоле, лакове и разне полимере, посебно тамо где је потребна добра растворљивост и за поларне и за не-поларне материјале.
• Премази- Уобичајена компонента растварача у индустријским премазима и формулацијама боја, цењена због брзине испаравања и профила солвентности.
• Адхесивес- Користи се у формулацијама лепка, посебно тамо где помаже у растварању или активирању компоненти полимера.
• Хемијски интермедијари- Сирови материјал за различите низводне хемијске синтезе изван најлонског ланца.

Захтеви за квалитет циклохексанона за индустријске купце

Чистоћа и конзистенција су значајно важни за даље процесирање, пошто нечистоће могу ометати реакције оксимације и полимеризације. Типичне индустријске спецификације укључују:

Циклохексанон је класификован као запаљива течност (тачка паљења око 44 степена), и обично се испоручује у челичним бачвама од 55-галона (208 Л), цистернама или камионима. Није корозиван и покривање инертним-гасом генерално није потребно за транспорт или складиштење – али ипак мора бити означено као запаљив/запаљив материјал и чувано даље од топлоте, варница и отвореног пламена.

Како одабрати поузданог добављача циклохексанона?

За индустријске купце, посебно оне који хране низводно најлон или специјалне хемијске процесе, провера добављача би требало да иде даље од цене:

• Сертификат о анализи (ЦОА)- Свака серија треба да се испоручи са ЦОА-ом који потврђује спецификације чистоће, садржаја воде, киселости и боје у односу на вашу тражену оцену.
• Безбедносни лист (СДС)- Актуелна СДС документација за руковање, складиштење и усаглашеност са транспортом.
• Технички лист (ТДС)- Детаљни подаци о физичким/хемијским својствима специфични за класу производа добављача.
• ИСО сертификат- ИСО 9001 (или еквивалентан) сертификат управљања квалитетом указује на доследнију контролу квалитета од-до{3}}серије.
• Искуство у извозу- Евиденција међународне испоруке, царинске документације и усклађености са хемикалијама одредишног{1}}тржишта (нпр. РЕАЦХ за ЕУ).
• Паковање- Потврдите да опције бубња, ИБЦ, ИСО резервоара или расуте количине одговарају вашим захтевима за запремину и могућношћу складиштења/руковања.

Често постављана питања

Како се циклохексанон производи индустријски?

Углавном кроз каталитичку ваздушну оксидацију циклохексана, која производи мешавину циклохексанола-циклохексанона (КА уље) која се затим одваја и пречишћава. Хидрогенација фенола и путеви засновани на циклохексену- користе се као алтернативне комерцијалне методе, посебно тамо где су приоритет већа чистоћа или другачија економичност сировине.

Која је главна сировина за циклохексанон?

Циклохексан је глобално доминантна сировина, путем оксидације. Фенол је главна сировина за алтернативни пут хидрогенизације.

Да ли је циклохексанон направљен од бензена?

Индиректно, да. На доминантном путу, бензен се прво хидрогенише у циклохексан, који се затим оксидује да би се добио циклохексанон (преко КА уља). На путу заснованом на циклохексену-, бензен је делимично (селективно) хидрогенизован у циклохексен, а не у потпуности у циклохексан, затим се хидрира и дехидрогенише у циклохексан. На путу фенола, бензен се типично претвара у кумен, затим у фенол, пре хидрогенизације у циклохексанон.

Шта је КА уље у производњи циклохексанона?

КА уље („кетон-алкохол“ уље) је мешани ток производа циклохексанола/циклохексанона настао каталитичком ваздушном оксидацијом циклохексана. Одваја се дестилацијом на саставна једињења, а сваки циклохексанол намењен за производњу циклохексанона се обично даље дехидрогенише да би се повећао укупан принос циклохексанона.

Какав је однос између циклохексанона и капролактама?

Циклохексанон је директни прекурсор капролактама. Конвертује се у циклохексанон оксим (преко реакције са хидроксиламином), који се затим подвргава Бекмановом преуређивању да би се формирао капролактам - мономер који је у прстену-полимеризован да би се добио најлон 6.

Који метод се најчешће користи за производњу циклохексанона?

Оксидација циклохексана у КА уље је најшире коришћена комерцијална метода у свету, углавном због ниже цене сировине и њене интеграције са постојећом инфраструктуром за производњу адипинске киселине и капролактама.

Да ли је производња циклохексанона еколошки прихватљива?

Као и већина петрохемијских процеса{0}}великих размера, производња циклохексанона носи еколошка разматрања везана за коришћење енергије, емисије ВОЦ и-управљање нуспроизводом (нарочито због ниже селективности пута оксидације по{2}}проласку). Произвођачи управљају њима кроз рециклажу катализатора,-опоравак производа и контролу емисија, али ниједан главни комерцијални пут није „нулти-утицај“ - купци са специфичним захтевима за изворе животне средине треба директно да питају добављаче о свом процесу процеса и подацима о емисијама уместо да претпостављају на основу општих тврдњи индустрије.