Как се произвежда циклохексанон промишлено? Производствени пътища, процеси и приложения

Индустриално циклохексанонът се произвежда главно чрез окисление на циклохексан, което дава смес от циклохексанол-циклохексанон, известна като КА масло, последвано от отделяне и пречистване. Други търговски пътища включват хидрогениране на фенол и, по-рядко, процеси, базирани на-циклохексен. Разбирането на това как се произвежда циклохексанон има значение за купувачите, тъй като използваният производствен процес на циклохексанон влияе пряко върху чистотата, цената и надеждността на доставките - изборът на маршрут зависи от цената на суровината, желаната чистота и дали производителят също така произвежда адипинова киселина или капролактам надолу по веригата.

Какво е циклохексанон?

• Химично наименование: Циклохексанон
• CAS номер: 108-94-1
• Молекулна формула: C₆H₁₀O
• Молекулно тегло:98,14 g/mol
• Физическа форма:Безцветна до бледо{0}}жълта маслена течност с мирис на ацетон/мента-
• Основни приложения:Прекурсор на капролактам (за найлон 6) и адипинова киселина (за найлон 66), промишлен разтворител и суровина за покрития, лепила и други химични междинни продукти

Как се произвежда циклохексанон промишлено?

Три основни маршрута се използват в търговската мрежа и те не са взаимозаменяеми на практика - всеки е свързан с различна верига за доставка на суровина и структура на разходите.

1. Процес на окисляване на циклохексан (най-често срещаният път)

Това е доминиращият индустриален метод, особено когато циклохексанонът се произвежда заедно с адипинова киселина или капролактам в интегрирани обекти за производство на найлон. Производството на циклохексанон от циклохексан чрез този път на окисление представлява по-голямата част от глобалния капацитет за синтез на циклохексанон.

Поток на процеса:

Циклохексан
↓
Въздух/кислородно окисление (кобалтов или манганов катализатор, 150–160 градуса, ~0,9–1,0 MPa)
↓
KA Oil (смес от циклохексанол + циклохексанон)
↓
Дестилация/разделяне
↓
Циклохексанон (пречистен)

Реакция:

C₆H₁₂ + O₂ → C₆H₁₀O + H₂O

На практика реакцията произвежда както циклохексанол, така и циклохексанон заедно - тази смес се наричаКА масло(кетон-алкохолно масло). Окислението се извършва в серия от реактори с течна-фаза, като се използва разтворим кобалтов катализатор (като кобалтов нафтенат или кобалтов октоат), с предварително-нагрят сгъстен въздух, който се впръсква за подаване на кислород. Ключово оперативно ограничение: преобразуването на циклохексан умишлено се поддържа под приблизително 10% на преминаване, тъй като натискането на по-високо преобразуване влошава селективността - желаните продукти са по-малко термично стабилни от изходния циклохексан, така че излишното преобразуване генерира повече нежелани странични-продукти, отколкото повече KA масло. Това поддържа общата селективност на KA около 80%, като нереагиралият циклохексан се рециклира обратно в захранването.

Защо този маршрут доминира индустриално:

• Евтина суровина- Циклохексанът е сравнително ниска-цена, голям-обем нефтохимическа суровина, обикновено произведена чрез хидрогениране на бензен.
• Мащабно-производство- Процесът се мащабира добре и е много-подходящ за непрекъсната работа с висока-производителност.
• Съществуваща инфраструктура- Десетилетия инсталиран капацитет, особено в обекти, които вече произвеждат адипинова киселина или капролактам, правят това пътят с най-малко съпротивление за разширяване или нов капацитет в интегрирани вериги за доставка на найлон.

2. Път на хидрогениране на фенол

Поток на процеса:

Фенол
↓
Хидрогениране (катализатор-базиран на паладий, ~140 градуса)
↓
Циклохексанол (или директно към циклохексанон в едно-етапни конфигурации)
↓
Дехидрогениране (ако е дву-стъпка)
↓
Циклохексанон

Този път може да се проведе или като едно-етапен процес (фенол, хидрогениран директно до циклохексанон), или като дву-етапен процес (фенол → циклохексанол → дехидрогениране → циклохексанон), в зависимост от катализатора и дизайна на реактора. Базираните на паладий-катализатори могат да постигнат добиви на циклохексанон над 90% при хидрогениране в един-реактор, с оптимално моларно съотношение водород-към-фенол от около 2,1 за KA-масло-еквивалентно производство.

Предимства:

Висока чистота- Обикновено се счита за по-чист процес с по-висока селективност от оксидирането на циклохексан, тъй като избягва по-широкото -разпространение на странични продукти, което идва от радикално-медиираното оксидиране на циклохексан.

Ограничения:

По-високи разходи за суровини- Фенолът обикновено е по-скъп от циклохексана и цената му е обвързана с процеса на кумол (бензен + пропилен → кумол → фенол + ацетон чрез процеса на Hock), добавяйки слой на излагане на пазара на суровини, който окислението на циклохексан няма в същата степен.

3. Базиран-път на циклохексен

Поток на процеса:

Циклохексен (от селективно хидрогениране на бензен)
↓
Хидратация
↓
Циклохексанол
↓
Дехидрогениране
↓
Циклохексанон

Този път започва от циклохексен, който се произвежда чрез частично (селективно) хидрогениране на бензен - по-сложна първа стъпка от простото пълно хидрогениране на бензен до циклохексан, но отваря различен реакционен път. Циклохексенът се хидратира до циклохексанол, който след това се дехидрогенира до циклохексанон.

Характеристики:

• Алтернативен маршрут- По-малко разпространено в световен мащаб от оксидирането на циклохексан, но се използва в търговската мрежа, по-специално в процеси, разработени за директно производство на междинен найлон.
• По-добра селективност- Може да предложи подобрени профили на селективност в сравнение с директното оксидиране на циклохексан, тъй като избягва някои от радикалните -верижни странични реакции, присъщи на този процес.

Диаграма на производствения процес на циклохексанон

Най-често срещаният търговски път, оксидирането на циклохексан, следва тази обща последователност:

Циклохексан
|
Реактор за окисление
(Co/Mn катализатор, 150-160 градуса, въздух/O2)
|
Масло КА
(циклохексанол + циклохексанон)
|
Раздяла
|
Дестилация
|
Циклохексанон
(пречистен продукт)

Когато циклохексанонът е крайният целеви продукт (а не междинен продукт по пътя към адипиновата киселина), циклохексаноловата фракция на КА маслото обикновено се дехидрогенира каталитично, за да се превърне в допълнителен циклохексанон, като се максимизира добивът на желания кетон, вместо да се третира циклохексанолът като съ-продукт.

Сравнение на индустриалните производствени маршрути на циклохексанон

Четенето на тази таблица в контекст е по-важно от отделните клетки:най-добрият метод за производство на циклохексанон зависи изцяло от това какво друго прави производителят.Място, интегрирано с производство на адипинова киселина или капролактам, почти винаги ще благоприятства оксидирането на циклохексан, тъй като маслото от КА е общата суровина както за циклохексанон, така и за адипинова киселина, а капиталът вече е налице. Самостоятелен производител на циклохексанон без тази интеграция надолу по веригата или такъв, който дава приоритет на чистотата за приложения във фармацевтични или специални-разтворители, е по-вероятно да обмисли хидрогениране на фенол въпреки по-високата цена на суровината.

Защо оксидирането на циклохексан е доминиращият индустриален метод?

Отвъд вече описаните предимства-на ниво процес, няколко структурни фактора обясняват защо този маршрут притежава по-голямата част от световния производствен капацитет:

• цена- Циклохексанът е насипен нефтохимикал с добре-установено, конкурентно ценообразуване, за разлика от фенола, който носи премия за разходите, свързана с икономиката на съвместното{2}}производство на кумол/ацетон.
• Наличност- Циклохексанът се произвежда в мащаб специално за захранване на тази верига, с надеждни глобални доставки.
• Мащаб- Процесът е доказан при много големи единични-капацитети, което намалява капиталовите разходи за-единица за големи производители.
• Съществуваща индустрия за найлон 6/найлон 66- Повечето глобални мощности за циклохексанон се намират в или близо до интегрирани обекти, които вече консумират KA масло за адипинова киселина (найлон 66) или пренасочват циклохексанон към капролактам (найлон 6), така че пътят на окисляване подсилва съществуващите капиталови инвестиции, вместо да изисква отделна верига за доставка на фенол.

Ролята на циклохексанона в производството на найлон 6

Това е най-големият двигател на търсенето на циклохексанон в световен мащаб и си струва да разберете цялата верига:

Циклохексан
↓
Циклохексанон
↓
Циклохексанон оксим (реакция с хидроксиламин)
↓
Пренареждане на Бекман
↓
Капролактам
↓
Найлон 6

Циклохексанонът първо се превръща в циклохексанон оксим чрез реакция с хидроксиламин (или хидроксиламинова сол). След това оксимът се подлага наПренареждане на Бекман- киселина-катализирана реакция, която реорганизира оксима в седем-членен пръстен лактам, капролактам. След това капролактамът се полимеризира с-отваряне на пръстена, за да се получиНайлон 6, едно от най-широко произвежданите синтетични влакна и инженерни пластмаси в световен мащаб.

Струва си да се отбележи паралелната верига за найлон 66: в този случай пълната маслена смес от KA (както циклохексанол, така и циклохексанон) се окислява допълнително, обикновено с азотна киселина, доадипинова киселина, който след това се комбинира с хексаметилендиамин, за да се получи Найлон 66. Ето защо интегрираните места за окисляване на циклохексан-често произвеждат както циклохексанон (за веригата Найлон 6), така и адипинова киселина (за веригата Найлон 66) от един и същ маслен поток KA, коригирайки разделянето въз основа на търсенето на пазара за всеки тип найлон.

Промишлени приложения на циклохексанон

• Производство на найлон- Основното приложение, като прекурсор на капролактам (найлон 6) и, чрез KA масло, адипинова киселина (найлон 66).
• Разтворител- Използва се като силен разтворител за смоли, лакове и различни полимери, особено когато е необходима добра разтворимост както за полярни, така и за не-полярни материали.
• Покрития- Често срещан компонент на разтворителя в промишлени покрития и бои, ценен заради скоростта си на изпарение и профила на разтворимост.
• Лепила- Използва се в адхезивни състави, особено когато помага за разтварянето или активирането на полимерни компоненти.
• Химични междинни продукти- Суровина за различни химически синтези надолу по веригата извън найлоновата верига.

Изисквания за качество на циклохексанон за промишлени купувачи

Чистотата и консистенцията имат голямо значение за обработката надолу по веригата, тъй като примесите могат да попречат на реакциите на оксимация и полимеризация. Типичните индустриални спецификации включват:

Циклохексанонът се класифицира като запалима течност (точка на възпламеняване около 44 градуса) и обикновено се доставя в 55-галона (208 L) стоманени варели, вагони или цистерни. Той не е корозивен и обикновено не се изисква покритие от инертен-газ за транспортиране или съхранение - но все пак трябва да бъде етикетиран като запалим/запалим материал и да се съхранява далеч от топлина, искри и открит пламък.

Как да изберем надежден доставчик на циклохексанон?

За промишлените купувачи, особено тези, захранващи найлон или специални химически процеси надолу по веригата, проверката на доставчиците трябва да надхвърля цената:

• Сертификат за анализ (COA)- Всяка партида трябва да бъде изпратена със сертификат за автентичност, потвърждаващ спецификациите за чистота, водно съдържание, киселинност и цвят спрямо необходимия ви клас.
• Информационен лист за безопасност (SDS)- Актуална SDS документация за съответствие с изискванията за работа, съхранение и транспорт.
• Лист с технически данни (TDS)- Подробни данни за физически/химични свойства, специфични за класа на продукта на доставчика.
• ISO сертификация- ISO 9001 (или еквивалентен) сертификат за управление на качеството показва по-последователен контрол на качеството от-на-партида.
• Експортен опит- История на международното изпращане, митническа документация и спазване на-пазарните химични разпоредби на дестинацията (напр. REACH за ЕС).
• Опаковка- Потвърдете, че опциите за варел, IBC, ISO резервоар или насипно състояние отговарят на вашите изисквания за обем и капацитет за съхранение/обработка.

Често задавани въпроси

Как се произвежда промишлено циклохексанон?

Главно чрез каталитичното въздушно окисление на циклохексан, което произвежда смес от циклохексанол-циклохексанон (KA масло), която след това се отделя и пречиства. Фенолно хидрогениране и базирани на циклохексен -маршрути се използват като алтернативни търговски методи, особено когато по-високата чистота или различната икономика на суровината са приоритет.

Коя е основната суровина за циклохексанон?

Циклохексанът е доминиращата суровина в световен мащаб по пътя на окисление. Фенолът е основната суровина за алтернативния път на хидрогениране.

Циклохексанонът произведен ли е от бензен?

Косвено, да. При доминиращия път бензенът първо се хидрогенира до циклохексан, който след това се окислява до получаване на циклохексанон (чрез KA масло). При пътя, базиран на циклохексен-, бензенът се хидрогенира частично (селективно) до циклохексен, а не напълно до циклохексан, след което се хидратира и дехидрогенира до циклохексанон. При фенолния път бензенът обикновено се превръща в кумол, след това във фенол, преди хидрогениране до циклохексанон.

Какво е KA масло в производството на циклохексанон?

KA масло ("кетон-алкохолно" масло) е смесен поток от продукти циклохексанол/циклохексанон, генериран от каталитичното въздушно окисление на циклохексан. Той се разделя чрез дестилация на неговите съставни съединения и всеки циклохексанол, предназначен за производство на циклохексанон, обикновено се дехидрогенира допълнително, за да се увеличи общият добив на циклохексанон.

Каква е връзката между циклохексанон и капролактам?

Циклохексанонът е директният прекурсор на капролактам. Той се преобразува в циклохексанон оксим (чрез реакция с хидроксиламин), който след това претърпява пренареждането на Бекман, за да образува капролактам - мономерът, чийто пръстен-отваря полимеризира, за да произведе найлон 6.

Кой метод се използва най-често за получаване на циклохексанон?

Окислението на циклохексан до KA масло е най-широко използваният търговски метод в световен мащаб, до голяма степен поради по-ниската цена на суровината и интегрирането му със съществуващата инфраструктура за производство на адипинова киселина и капролактам.

Екологично ли е производството на циклохексанон?

Подобно на повечето широкомащабни-нефтохимични процеси, производството на циклохексанон е свързано с екологични съображения, свързани с използването на енергия, емисиите на летливи органични съединения и управлението на странични-продукти (особено от по-ниската селективност на-прохода на окислителния път). Производителите ги управляват чрез рециклиране на катализатор, вторично -възстановяване на продукта и контрол на емисиите, но нито един голям търговски път не е с „нулево-въздействие“ - купувачите със специфични изисквания за снабдяване с околната среда трябва да питат директно доставчиците за техния път на процеса и данни за емисиите, вместо да предполагат въз основа на общи твърдения на индустрията.