Kako se cikloheksanon proizvodi industrijski? Proizvodni putevi, procesi i primjene

Industrijski, cikloheksanon se uglavnom proizvodi oksidacijom cikloheksana, što daje mješavinu cikloheksanola-cikloheksanona poznatu kao KA ulje, nakon čega slijedi odvajanje i prečišćavanje. Drugi komercijalni putevi uključuju hidrogenaciju fenola i, rjeđe, procese bazirane na cikloheksenu{2}}. Razumijevanje načina proizvodnje cikloheksanona važno je za kupce jer proces proizvodnje cikloheksanona koji se koristi direktno utiče na čistoću, cijenu i pouzdanost snabdijevanja - izbor puta ovisi o cijeni sirovine, željenoj čistoći i da li proizvođač također proizvodi adipinsku kiselinu ili kaprolaktam nizvodno.

Šta je cikloheksanon?

• Hemijski naziv: Cikloheksanon
• CAS broj: 108-94-1
• Molekularna formula: C₆H₁₀O
• Molekularna težina:98,14 g/mol
• Fizički oblik:Bezbojna do blijedo-žuta uljasta tečnost sa mirisom na aceton/pepermintu-
• Glavne aplikacije:Prekursor kaprolaktama (za najlon 6) i adipinske kiseline (za najlon 66), industrijskog otapala i sirovina za premaze, ljepila i druge kemijske intermedijere

Kako se cikloheksanon proizvodi industrijski?

Tri glavne rute se koriste komercijalno i nisu zamjenjive u praksi - svaki je vezan za drugačiji lanac snabdijevanja sirovinama i strukturu troškova.

1. Proces oksidacije cikloheksana (najčešći put)

Ovo je dominantna industrijska metoda, posebno kada se cikloheksanon proizvodi zajedno s adipinskom kiselinom ili kaprolaktamom na integriranim lokacijama za proizvodnju najlona. Proizvodnja cikloheksanona iz cikloheksana putem ovog puta oksidacije predstavlja većinu globalnog kapaciteta sinteze cikloheksanona.

Tok procesa:

Cikloheksan
↓
Oksidacija vazduha/kiseonika (kobalt ili mangan katalizator, 150–160 stepeni, ~0,9–1,0 MPa)
↓
KA ulje (mješavina cikloheksanola + cikloheksanona)
↓
Destilacija/Odvajanje
↓
cikloheksanon (pročišćeni)

reakcija:

C₆H₁₂ + O₂ → C₆H₁₀O + H₂O

U praksi, reakcija proizvodi i cikloheksanol i cikloheksanon zajedno - ova smjesa se nazivaKA ulje(keton{0}}alkoholno ulje). Oksidacija se izvodi u nizu reaktora u tečnoj-fazi pomoću rastvorljivog kobaltnog katalizatora (kao što je kobalt naftenat ili kobalt oktoat), sa prethodno-zagrijanim komprimiranim zrakom koji se upuštava u dovod kisika. Ključno radno ograničenje: konverzija cikloheksana se namjerno održava ispod otprilike 10% po prolazu, jer povećanje konverzije više degradira selektivnost - željeni proizvodi su manje termički stabilni od početnog cikloheksana, tako da višak konverzije stvara više neželjenih-proizvoda umjesto više KA ulja. Ovo održava ukupnu selektivnost KA na oko 80%, s neizreagiranim cikloheksanom koji se reciklira natrag u hranu.

Zašto ova ruta industrijski dominira:

• Jeftina sirovina- Cikloheksan je relativno niska-cena, petrohemijska sirovina velike količine-koje se obično proizvodi hidrogenizacijom benzena.
• Velika{0}}proizvodnja- Proces se dobro skalira i dobro je-prikladan za kontinuirane,-operacije velike propusnosti.
• Postojeća infrastruktura- Decenijama instaliranog kapaciteta, posebno na lokacijama koje već proizvode adipinsku kiselinu ili kaprolaktam, ovo je put najmanjeg otpora za proširenje ili nove kapacitete u integriranim lancima snabdijevanja najlonom.

2. Put hidrogenacije fenola

Tok procesa:

fenol
↓
Hidrogenacija (katalizator na bazi paladija, ~140 stepeni)
↓
Cyclohexanol (ili direktno na Cyclohexanon u konfiguracijama u jednom-korak)
↓
Dehidrogenacija (u dva-koraka)
↓
Cikloheksanon

Ovaj put se može izvoditi kao proces u jednom-stupanju (fenol hidrogeniziran direktno u cikloheksanon) ili proces u dva-stepena (fenol → cikloheksanol → dehidrogenacija → cikloheksanon), ovisno o dizajnu katalizatora i reaktora. Katalizatori na bazi paladija-mogu postići prinose cikloheksanona iznad 90% u jednom-hidrogeniranju sa jednim reaktorom, sa optimalnim molarnim omjerom vodonika-prema-fenolu od oko 2,1 za proizvodnju KA-ulja{10}}ekvivalenta.

Prednosti:

Visoka čistoća- Općenito se smatra čistijim procesom sa većom selektivnošću od oksidacije cikloheksana, jer izbjegava šire širenje-proizvoda koje dolazi od radikalne-posredovane oksidacije cikloheksana.

Ograničenja:

Veći trošak sirovina- Fenol je generalno skuplji od cikloheksana, a njegova cijena je vezana za proces kumena (benzen + propilen → kumen → fenol + aceton putem Hock procesa), dodajući sloj izloženosti tržištu sirovina koji oksidacija cikloheksana nema u istom stepenu.

3. Ruta zasnovana na cikloheksenu{1}}

Tok procesa:

Cikloheksen (iz selektivne hidrogenacije benzena)
↓
Hidratacija
↓
Cyclohexanol
↓
Dehidrogenacija
↓
Cikloheksanon

Ovaj put počinje od cikloheksena, koji se i sam proizvodi parcijalnom (selektivnom) hidrogenacijom benzena -, što je složeniji prvi korak od jednostavnog potpunog hidrogeniranja benzena u cikloheksan, ali koji otvara drugačiji put reakcije. Cikloheksen se hidrira do cikloheksanola, koji se zatim dehidrogenira u cikloheksanon.

karakteristike:

• Alternativni put- Manje široko prihvaćeno u svijetu od oksidacije cikloheksana, ali se koristi komercijalno, posebno u procesima razvijenim za direktnu međuproizvodnju najlona.
• Bolja selektivnost- Može ponuditi poboljšane profile selektivnosti u poređenju sa direktnom oksidacijom cikloheksana, jer izbjegava neke od radikalnih-lančanih sporednih reakcija svojstvenih tom procesu.

Dijagram toka procesa proizvodnje cikloheksanona

Najčešći komercijalni put, oksidacija cikloheksana, slijedi ovaj ukupni niz:

Cikloheksan
|
Reaktor oksidacije
(Co/Mn katalizator, 150-160 stepeni, vazduh/O2)
|
KA Oil
(cikloheksanol + cikloheksanon)
|
Odvajanje
|
Destilacija
|
Cikloheksanon
(pročišćeni proizvod)

Tamo gdje je cikloheksanon krajnji ciljni proizvod (a ne međuprodukt na putu do adipinske kiseline), cikloheksanolna frakcija KA ulja se obično katalitički dehidrogenira kako bi se pretvorila u dodatni cikloheksanon, čime se maksimizira prinos željenog ketona umjesto da se cikloheksanol tretira kao koproizvod.

Usporedba industrijskih puteva proizvodnje cikloheksanona

Čitanje ove tabele u kontekstu važnije je od pojedinačnih ćelija:najbolja metoda proizvodnje cikloheksanona u potpunosti ovisi o tome šta još proizvođač proizvodi.Lokacija integrirana s proizvodnjom adipinske kiseline ili kaprolaktama će skoro uvijek favorizirati oksidaciju cikloheksana, jer je KA ulje zajednička sirovina za cikloheksanonu i adipinsku kiselinu, a kapital je već na mjestu. Samostalni proizvođač cikloheksanona bez te nizvodne integracije, ili onaj koji daje prioritet čistoći za farmaceutske ili specijalne{1}}primjene otapala, vjerojatnije će razmotriti hidrogenaciju fenola uprkos višoj cijeni sirovine.

Zašto je oksidacija cikloheksana dominantna industrijska metoda?

Osim prednosti -nivoa procesa koje su već opisane, nekoliko strukturnih faktora objašnjava zašto ova ruta drži većinu globalnih proizvodnih kapaciteta:

• Troškovi- Cikloheksan je petrohemikalija u rasutom stanju sa dobro-utvrđenom, konkurentnom cijenom, za razliku od fenola, koji nosi premiju troškova vezan za ekonomiku koproizvodnje kumen/aceton.
• Dostupnost- Cikloheksan se proizvodi u velikim količinama posebno za napajanje ovog lanca, uz pouzdanu globalnu opskrbu.
• Scale- Proces je dokazan na veoma velikim pojedinačnim-kapacitetima, što snižava-jedinični kapitalni trošak za glavne proizvođače.
• Postojeća industrija najlona 6/najlona 66- Većina globalnih kapaciteta cikloheksanona nalazi se na ili blizu integriranih lokacija koje već troše KA ulje za adipinsku kiselinu (najlon 66) ili usmjeravaju cikloheksanon dalje do kaprolaktama (najlon 6), tako da put oksidacije pojačava postojeće kapitalne investicije umjesto da zahtijeva poseban lanac snabdijevanja fenolom.

Uloga cikloheksanona u proizvodnji najlona 6

Ovo je najveći globalni pokretač potražnje za cikloheksanonom i vrijedi razumjeti cijeli lanac:

Cikloheksan
↓
Cikloheksanon
↓
Cikloheksanon oksim (reakcija sa hidroksilaminom)
↓
Beckmann Rearrangement
↓
Kaprolaktam
↓
Najlon 6

Cikloheksanon se prvo pretvara u cikloheksanon oksim reakcijom s hidroksilaminom (ili hidroksilaminskom soli). Oksim se tada podvrgavaBeckmannovo preuređenje- reakcija-katalizovana kiselinom koja reorganizuje oksim u sedmočlani-laktamski prsten, kaprolaktam. Kaprolaktam se zatim polimerizira-otvaranjem prstena kako bi se proizveoNajlon 6, jedno od najšire proizvedenih sintetičkih vlakana i inženjerske plastike u svijetu.

Vrijedi napomenuti paralelni lanac za Nylon 66: u tom slučaju, puna mješavina KA ulja (i cikloheksanol i cikloheksanon) se dalje oksidira, obično s dušičnom kiselinom, doadipinsku kiselinu, koji se zatim kombinuje sa heksametilendiaminom za proizvodnju najlona 66. Zbog toga integrisana cikloheksanska- oksidaciona mesta često proizvode i cikloheksanon (za najlon 6 lanac) i adipinsku kiselinu (za lanac najlona 66) iz istog toka ulja KA, prilagođavajući podelu potražnje za svaki tip tržišta za svaki tip tržišta.

Industrijska primjena cikloheksanona

• Proizvodnja najlona- Primarna primjena, kao prekursor kaprolaktama (najlon 6) i, preko KA ulja, adipinske kiseline (najlon 66).
• Solvent- Koristi se kao jak rastvarač za smole, lakove i razne polimere, posebno tamo gdje je potrebna dobra solventnost i za polarne i za ne-polarne materijale.
• Premazi- Uobičajena komponenta rastvarača u industrijskim premazima i formulacijama boja, cijenjena zbog brzine isparavanja i profila solventnosti.
• Ljepila- Koristi se u formulacijama ljepila, posebno tamo gdje pomaže u rastvaranju ili aktiviranju komponenti polimera.
• Hemijski intermedijeri- Sirovi materijal za razne nizvodne hemijske sinteze izvan najlonskog lanca.

Zahtjevi kvaliteta cikloheksanona za industrijske kupce

Čistoća i konzistencija su značajno važni za daljnju obradu, budući da nečistoće mogu ometati reakcije oksimacije i polimerizacije. Tipične industrijske specifikacije uključuju:

Cikloheksanon je klasifikovan kao zapaljiva tečnost (tačka paljenja oko 44 stepena), i obično se isporučuje u čeličnim bačvama od 55-galona (208 L), cisternama ili kamionima. Nije korozivan i pokrivanje inertnim-gasom općenito nije potrebno za transport ili skladištenje – ali ipak mora biti označeno kao zapaljiv/zapaljiv materijal i pohranjeno dalje od topline, varnica i otvorenog plamena.

Kako odabrati pouzdanog dobavljača cikloheksanona?

Za industrijske kupce, posebno one koji hrane nizvodno najlon ili specijalne hemijske procese, provjera dobavljača bi trebala ići dalje od cijene:

• Certifikat o analizi (COA)- Svaka serija treba da se isporuči s COA-om koji potvrđuje čistoću, sadržaj vode, kiselost i specifikacije boje u odnosu na vašu traženu ocjenu.
• Sigurnosni list (SDS)- Trenutna SDS dokumentacija za rukovanje, skladištenje i usklađenost sa transportom.
• Tehnički list (TDS)- Detaljni podaci o fizičkim/hemijskim svojstvima specifični za kvalitet proizvoda dobavljača.
• ISO certifikat- ISO 9001 (ili ekvivalentan) certifikat upravljanja kvalitetom ukazuje na konzistentniju kontrolu kvaliteta od-do{3}}serije.
• Iskustvo u izvozu- Dosje o međunarodnoj otpremi, carinskoj dokumentaciji i usklađenosti sa hemijskim propisima odredišnog{1}}tržišta (npr. REACH za EU).
• Pakovanje- Potvrdite da opcije bubnja, IBC, ISO rezervoara ili rasute količine odgovaraju vašim zahtjevima za zapreminom i mogućnošću skladištenja/rukovanja.

Često postavljana pitanja

Kako se cikloheksanon proizvodi industrijski?

Uglavnom kroz katalitičku vazdušnu oksidaciju cikloheksana, koja proizvodi cikloheksanol{0}}cikloheksanonsku smjesu (KA ulje) koja se zatim odvaja i pročišćava. Hidrogenacija fenola i putevi bazirani na cikloheksenu- koriste se kao alternativne komercijalne metode, posebno tamo gdje je prioritet veća čistoća ili različita ekonomičnost sirovine.

Koja je glavna sirovina za cikloheksanon?

Cikloheksan je globalno dominantna sirovina, putem oksidacije. Fenol je glavna sirovina za alternativni put hidrogenizacije.

Da li je cikloheksanon napravljen od benzena?

Indirektno, da. Na dominantnom putu, benzen se prvo hidrogenira u cikloheksan, koji se zatim oksidira kako bi se dobio cikloheksanon (preko KA ulja). Na putu baziranom na cikloheksenu-, benzen se djelomično (selektivno) hidrogenira u cikloheksen, a ne u potpunosti u cikloheksan, zatim se hidratizira i dehidrogenira u cikloheksan. Na putu fenola, benzen se tipično pretvara u kumen, zatim u fenol, prije hidrogenacije u cikloheksanon.

Šta je KA ulje u proizvodnji cikloheksanona?

KA ulje ("keton-alkohol" ulje) je mješoviti tok proizvoda cikloheksanola/cikloheksanona nastao katalitičkom oksidacijom cikloheksana u zraku. Odvaja se destilacijom na sastavne spojeve, a svaki cikloheksanol namijenjen za proizvodnju cikloheksanona obično se dalje dehidrogenira kako bi se povećao ukupni prinos cikloheksanona.

Kakav je odnos između cikloheksanona i kaprolaktama?

Cikloheksanon je direktni prekursor kaprolaktama. Konvertuje se u cikloheksanon oksim (preko reakcije sa hidroksilaminom), koji zatim prolazi kroz Beckmannovo preuređenje da bi se formirao kaprolaktam - monomer koji je u prstenu-otvarajući se polimerizovan da bi se dobio najlon 6.

Koja se metoda najčešće koristi za proizvodnju cikloheksanona?

Oksidacija cikloheksana u KA ulje je najrasprostranjenija komercijalna metoda u svijetu, uglavnom zbog niže cijene sirovine i njene integracije sa postojećom infrastrukturom za proizvodnju adipinske kiseline i kaprolaktama.

Da li je proizvodnja cikloheksanona ekološki prihvatljiva?

Kao i većina petrohemijskih procesa velikih{0}}razmjera, proizvodnja cikloheksanona nosi ekološka razmatranja vezana za korištenje energije, emisije VOC-a i-upravljanje sporednim proizvodima (posebno zbog niže selektivnosti puta oksidacije po{2}}prolasku). Proizvođači upravljaju njima kroz reciklažu katalizatora, putem-oporabe proizvoda i kontrole emisija, ali nijedan veliki komercijalni put nije "nulti-uticaj" - kupci sa specifičnim zahtjevima za izvore okoliša trebaju direktno pitati dobavljače o svom procesu procesa i podacima o emisijama umjesto da pretpostavljaju na osnovu općih tvrdnji industrije.