Лекции по технология на органичния синтез


Категория на документа: Химия


1. Алкани
Суровини. Синтезът на орг.в-ва се основава на #-ни природ. сур. изкопаеми – каменни въглища, нефт, пр.газ и възобновяеми – растит.и живот.п-ти. Самите п-си се базират на конкретни изх.в-ва - алкани, алкени, ацетилен, ар.ВВ, СО и синтез-газ. Тези реагенти се нар.суров.за орг.синтез. Някои от суров.се съд-т в пр.газ и нефта и начините за тяхното пол.е извличането им ч/з подходящи разделителни м-ди. АЛКАНИ При т=20ºС и атм Рнас. ВВ от (С1 – С4) са газообразни, от (С5 – С16) - течни, а (С17+) са твърди вещества. Нисшите алкани до С5 , обикновено се пол.като индивид.с-я, докато висшите алкани - като смеси от изомери. Сместа от нормални С10 – С20 алкани се нарича мек парафин и има Тт до 40ºC, а парафините С20 – С40, с Тт над 50ºC се нарича тв.парафин. Алканите от мекия парафин се изпл.за микробиол.синтез на белтъци, за термичен крекинг до висши алкени и за хлориране. Пол.на алкани от ВВ газове и нефта. П-то на алкани се основ.главно на #-то на нефта, природните и нефтозаводските ВВ газове. Нисшите алкани се пол.главно от пр.газ, а също и от нефтозавод.
газове, пол.се при #-те нефтопрераб.и нефтохим.п-си. Основен компонент на пр.газ е СН4, с-ето на който достига 99%. Кол.на етана, пропана и бутаните е мн.малко и общо е не повече от няколко%. Газовете от газоконден.находища с-т известно кол.течни ВВ които при добиването се отделят във вид на кондензат. (Нефтен) газ се нарича газът, добиван заедно с нефта от сондажите. С-ето на СН4 в него е от 30 до 90%. Освен това в този газ се с-т до 30% етан и до 20% пропан и други по висши хомолози. Част от този газ се отделя от нефта в сепаратори, а друга част остава разтворена и се отделя при стабилиз.му чрез отдестилиране при
нагряване или под вакуум или ч/з ректиф. Пол.при това фр.се нар.стабилизационен газ. #- то на ВВ газове се предхожда от изсушав.и пречистване от S-с-я. Изсушаването е необход.поради възможност от запушване на тръбопроводите при дълбоко охл. изпол.при #-то, а отстраняването на S-с-я - поради корозионната им активност и отравящото им действие върху катализ. Пр.газ се изпол.само за пол.на СН4. Той се пречиства ч/з адсорбция, ректифик.или деструкционното хидриране при 540 - 700ºС и 7 МРа.
Нефтения газ се # ч/з ректиф.при Р=2-0,4 МРа и охл.с въздушни, водни и пропиленови хладници. Една от използ. технолог.схеми за # е показана на фиг. 1 Фракциониране на ВВ газове.
1 – компресор; 2 – колона за извличане на H2S; 3, 4, 5, 6 - РК. Изх.газова смес се сгъстява с компресор 1 и постъпва в колона 2, която се оросява с воден р-р на моноетаноламин. След това в РК 3, 4, 5 и 6 при Р 2 - 0,4 МРа и опред.Т се отдестилират ВВ с чистота 90 – 97%. Фракциониране на нефта. Осн.източник за пол.на течни и тв. ВВ е нефтът. В най- кол.са алканите, циклоалканите и ар.ВВ . Алканите присъствуват под ф-та на нор.и разклонени изомери, циклоалканите са 5 и 6-членни с 1 или няколко алкилни заместители с #-на
дължина на веригата, ар.ВВ са представени от бензена и неговите хомолози – толуол, ксилоли, и такива с кондензирани ядра - нафтален, антрацен и техни хомолози и др. В нефта се съдържат O2 N2 и S2 с-я в
кол.до около 1%. Част от S2 е разтворена, а друга част е под формата на сулфиди, дисулфиди, меркаптани, тиофен и др. Атм. дестилация. Дестил.на суровия нефт се извършва при атм.
Р. Пол.се широки фр. Бензиновата фр.се подлага на каталит.реформинг за пол.на октанов бензин или на пиролиза. Лигроинът се изпл.като реактивно гориво, а
керосинът – като битово и ракетно гориво. Газьолът служи за дизелово гориво, а се изпл.и като суровина за катал.крекинг.
За ректиф.на нефта се изпол.сложна РК, свързана с допълнит. изпарит. (стрипинг) колони. Те служат за изпаряв.на леките фр.от теч.фаза на 1 или повече тарелки на основната колона. Изпарит.колони са разположени 1 над друга във вид на обща колона, в която  секция работи самостоятелно.
Суровият нефт се нагрява в топлообм.1, 2 и 3 и с Т=90 – 100ºС постъпва в електро дехидратора. Тук се подава вода и деемулгатор и под действието на
напреж.става #-не на емулсията вода-нефт. Във водния слой преминават неорг.соли, съдърж.се в нефта.
Фиг. 2. Атмосферна дестилация на нефта.
1, 2, 3, 5 – топлообм.; 4 – блок за обезсоляване и обезводняване; 6, 8, 9
–РК ; 7 – тъбна пещ; 10, 11 – хладници. Обезвод.и обезсолен нефт се нагрява до 180 – 200ºС и постъпва в РК 6. Тук се отделят #-ните газообразни С3+ и С4- ВВ , леките бензинови фр.и съдърж.се в нефта H2S. Затова в колоната се добавя инхибитор против корозия. Т в дъното се поддържа ч/з циркул.на част от стабилизир.нефт през тръбна пещ 7. Отделянето на газа и част от бензинов.фр.в колона 6 осигурява по-стабилна работа на основ.колона 8. Потокът от дъното на колона 6 се нагрява до 300 – 340ºС в тръб.пещ и образ.се течно-парова смес постъпва в колона 8. В дъното й се вкарва и в.п , а от върха се отвежда бензинов.фр.и водните пари. Следващите
фр.се пол.от съответните изпарител.секции – колона 9. Нагряването в тях става с прегрята в.п.или ч/з циркулация през нагревател. Бензинов.фр.от атм. дестил.на нефта се подлагат на повторна дестил.за #-не на по-тесни фр. Съдържащите се в тях около 3% газообр.ВВ се „С” в леката фр.и затрудняват пълното й отделяне. Затова преди дестил.бензинът се стабилизира. На фиг. 3. е дадена схема за дестил.на бензин.фр.със стабилизац.колона.1, 2, 3, 4, 5 – РК Газообр.ВВ се отделят в стабилизац.
колона 1 и се изпращат за #-не в газофр.-щите инсталации. В колона 2 бензинът се #-ля на 2 широки фр.: до 105ºС и 105 – 180ºС. Фр.до 62ºС от върха на колона 3 се изпол.като суровина за изомеризация на пентан и хексан, смесва се с бензина от катал.реформинг за подобряване на парния му натиск или се изпол.като абсорбент за #-не на нефтозаводс. газове. Кубовият остатък от дъното на тази колона (62 – 105ºС) се изпраща за каталит.реформинг за пол.на бензен. От върха на колона 4 се отделя фр.105 – 120ºС, която се
подлага на пиролиза или на катал.реформинг. Остатъкът от дъното постъпва за ректиф.в колона 5, от върха на която се отделя фр.120 – 140ºС, изпол.главно за пол.на ксилоли. Кубовият остатък (140 – 180ºС) е суровина за п-во на октанов бензин или също се подава за пиролиза. Т на дъното на всяка от колоните се поддържа с помощта на тръбни пещи. Изомеризажия на алкани. Предназначението на този тип п-си е пол.на алкани с разклонена С-верига, които се изпол.като октанови добавки към бензините и като суровини за

п-во на мономери. За октанови бензини се провежда катал. крекинг и реформинг, а в орг.синтез се прилага изомериз.и алкилиране на норм.алкани.
Практически изомериз.се изпол.за пол.на допълнителни кол. изобутан, изопентан и циклохексан.
Р/и и катализатори . Изомериз.е  процес, при който се установява
= между алканите с норм.и разклонен строеж:
CH3-CH2-CH2-CH3  CH3-CH2-CH3-СН3

;;; СН3-СН2-СН2-СН2-СН3  СН3-СН2-СН-СН3-СН3  СН3-СН3-С-СН3-СН3
При Т = е изтеглено към най- разклонения изомер, а при– към нормалните алкани и метилциклопентана. Процесът се осъщес.в присъствие на бифункционални
катализ. състоящи се от Pt Ме+, нанесени на носител от киселинен тип, напр.0,01 – 2% Pt или Pd на Al2O3, алумосиликати или зеолити. Примеси от влага и серни с-я в суровината силно дезактивират катализ.
Механизъм и селективност. Каталитичната изомериз.протича по йонно-верижен
механизъм. В нач.стадий ч/з крекинг или дехидриране на
алканите в/у Ме+ центрове на катал.се образ. алкени
CH3-CH2-CH2-CH3  CH3-CH2-CH =CH2 + H2 ;;; СН3  ‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌|СН3 +Н2
Изомериз.се съпровожда с крекинг, полимериз.и
алкилиране, при което се образ.по-кипящи п-ти и в по-малка степен – висши ВВ Селектив.се  ч/з регулиране на Т и времето на контакт.
Технология. Най- разпростран.имат бифункционалните катализ., въпреки че активността им става достатъчно  при 350 – 450ºС, когато = е неблагоприятно. П-те са газофазни и се провеждат в адиабатни R под Р=2 – 4 МРа в присъствие на Н2 за потискане на дехидрирането и полимер.
Молното кол.на Н2 е 2 – 3-кратно, спрямо изходния ВВ.
Пол.на i-бутан. Технолог.схема за изомериз.на n-бутан до i-бутан е
представена на фиг. 4. П-т се провежда в присъствие на неподвиж.слой катал. Pt/носител, промотиран с орг.хлорид. При тези у-я почти се достига =
„С” на i-бутана, която е 40 – 50%. Фиг. 4. Пол.на i-бутан ч/з изомериз.на n-бутан. 1, 8 –РК ; 2 – компресор; 3 – топлообм.; 4 – нагревател; 5 – реактор; 6 – хладник; 7 – сепаратор. Бутановата фр. съдържаща нормален и i-бутан се
подлага на ректиф.в колона 1, от върха на която се отделя стоковият i-бутан. Към норм.бутан от дъното на тази колона се добавя Н2 пол.смес с компресор 2 се подава в R 5, като предварително се нагрява в топлообм.3 и
нагревател 4. Пол.реакционна смес се охл. в топлообмен.3 и хладник 6, след което Н2 се отделя от теч-та в сепаратор 7 и се рециклира. Течната фаза от сепаратор 7 се подава в стабилизац. колона 8, където се отдестилират образ.се леки газообр.п-ти. Те се изпол.като гориво. Кубовият остатък от колона 8 се изпраща в колона 1 за отделяне на норм.бутан от i-бутана. Общият добив на i-бутан надвишава 99%.

2. АЛКЕНИ.
Прилож.като суровини за орг.синтез намират нисшите (С2 – С5) и висшите (С6 – С18) алкени. Нисши алкени. Пол.се главно ч/з пиролиза и термичен крекинг на ВВ фр. Известно кол.алкени се образ.и при катал.крекинг, но основното предназнач.е пол.на октанов бензин. М-д за пол.на нисши алкени е дехидрирането на алкани. Висши алкени. Алкените с 5 и повече С-атома имат брой изомери и затова #-нето на техните смеси на индивид.компоненти не е възможно. Освен това от тях имат индус.прилож. Напр.от С5-фр. пол.при пиролиза на нефтени фр. съдържаща n-пентан, i-пентани, n-пентени, i-пентени, изопрен, циклопентен, циклопентадиен и пентадиен само i-пренът и циклопентадиенът се изолират като индивидуални в-ва.
Висшите алкени се #-т на 2 главни групи: неразклонени (линейни) и разклонени. Висшите линейни алкени и особено- алкените имат по- индустр.знач.от разклонените, защото от тях се пол.биоразлагаеми п-ти. Индустр.м-ди за пол.на линейни алкени са олигомеризация и диспропорциониране и дехидриране на алкани.
Пиролиза и термичен крекинг на ВВ. Термичното преработ.на по-широки или по-тесни ВВ фр.е основен м-д за пол.на алкени. Разликата м/у пиролизата и термич.крекинг е в Т на п-те, която в най-голяма степен опред.различната дълбочина на превръщ. на суровината. Реакции. Първични р/и, протичащи при нагряването на ВВ са разкъсване на С-С и
С-Н връзки - крекинг и дехидриране -(CH2)n-CH3 –CnH2n -CH3- С4Н8+С3Н6
С5Н10+С2Н4

-(CH2)n-CH3 -CH3 + CnH2n



Сподели линка с приятел:





Яндекс.Метрика
Лекции по технология на органичния синтез 9 out of 10 based on 2 ratings. 2 user reviews.