Бутен , также известный как бутилен , является алкеном с формулой C4H8 . Слово бутен может относиться к любому из отдельных соединений. Это бесцветные газы, которые присутствуют в сырой нефти в качестве второстепенного компонента в количествах, которые слишком малы для жизнеспособной экстракции. Поэтому бутен получают путем каталитического крекинга длинноцепочечных углеводородов, оставшихся при переработке сырой нефти. Крекинг производит смесь продуктов, и бутен извлекается из нее путем фракционной перегонки . [1]
Бутен может использоваться в качестве мономера для полибутена , но этот полимер дороже альтернатив с более короткими углеродными цепями, такими как полипропилен . Поэтому полибутен используется в более специализированных приложениях. Бутены чаще используются для изготовления сополимера (смешанного с другим мономером, таким как этилен).
Бутены являются основными компонентами рафинатов , фракций C4 в переработке нефти. Рафинаты, содержащие бутадиен, считаются канцерогенными и мутагенными. [2] Они могут использоваться в качестве сырья для дальнейшей переработки или использоваться в качестве промышленного топлива. Иногда происходит их смешивание с LPG для непромышленного использования, но, как правило, это запрещено. [3]
Среди молекул, имеющих химическую формулу C4H8 , четыре изомера являются алкенами . Все четыре из этих углеводородов имеют четыре атома углерода и одну двойную связь в своих молекулах , но имеют различную химическую структуру . Названия этих химических соединений по ИЮПАК и общепринятые названия следующие:
В химических структурах выше маленькие синие цифры на структурных изображениях являются нумерацией атомов в основной цепи молекул. Другие органические соединения имеют формулу C 4 H 8 , а именно циклобутан и метилциклопропан , но не являются алкенами и не попадают под название бутен . Существуют также циклические алкены с четырьмя атомами углерода в целом, такие как циклобутен и два изомера метилциклопропена , но они не имеют формулы C 4 H 8 и здесь не обсуждаются.
Все четыре из этих изомеров являются газами при комнатной температуре и давлении , но могут быть сжижены путем понижения температуры или повышения давления на них, аналогично сжатому бутану . Эти газы бесцветны, имеют отчетливый запах и легко воспламеняются . Хотя они не присутствуют в нефти в больших количествах, их можно получать из нефтехимических продуктов или путем каталитического крекинга нефти . Хотя они являются стабильными соединениями, двойные связи углерод-углерод делают их более реакционноспособными, чем аналогичные алканы , которые являются более инертными соединениями во многих отношениях.
Из-за двойных связей эти 4-углеродные алкены могут выступать в качестве мономеров при образовании полимеров , а также иметь другие применения в качестве нефтехимических промежуточных продуктов. Они используются в производстве синтетического каучука . Бутен-1 представляет собой линейный или нормальный альфа-олефин , а изобутилен представляет собой разветвленный альфа-олефин. В довольно низком процентном соотношении бутен-1 используется в качестве одного из сомономеров вместе с другими альфа-олефинами в производстве полиэтилена высокой плотности и линейного полиэтилена низкой плотности . Бутилкаучук получают путем катионной полимеризации изобутилена с примерно 2-7% изопрена . Изобутилен также используется для производства метил -трет -бутилового эфира ( МТБЭ ) и изооктана , оба из которых улучшают сгорание бензина .
Бутены естественным образом присутствуют в сырой нефти , хотя и в небольших количествах, что делает прямую экстракцию экономически нецелесообразной. Вместо этого эти ценные соединения в основном получают с помощью процесса, называемого каталитическим крекингом . Этот промышленный метод включает в себя расщепление более длинных углеводородных цепей, которые являются менее ценными побочными продуктами переработки сырой нефти, на более короткие, более полезные молекулы, такие как бутен.
Процесс каталитического крекинга дает смесь различных углеводородов. Чтобы выделить бутен из этой сложной смеси, инженеры-нефтехимики используют фракционную перегонку . Этот метод разделения использует различные температуры кипения соединений в смеси, что позволяет эффективно извлекать бутен.
Бутен служит мономером в производстве полибутена, типа полимера. Однако из-за его более высокой стоимости по сравнению с альтернативами, такими как полипропилен (который использует пропен в качестве мономера), полибутен находит свою нишу в более специализированных приложениях, где его уникальные свойства оправдывают дополнительные расходы.
Чаще всего бутены используются в производстве сополимеров. В этом процессе бутен сочетается с другим мономером , часто этиленом, для создания материалов со свойствами, которые можно точно настроить для конкретных применений.
Бутены являются основными компонентами рафинатов , которые являются фракциями C4, получаемыми при переработке нефти. Эти рафинаты , особенно содержащие бутадиен , считаются опасными из-за их канцерогенных и мутагенных свойств. Несмотря на эти риски, рафинаты служат ценным сырьем для дальнейшей переработки в нефтехимической промышленности.
В некоторых случаях рафинаты используются в качестве промышленного топлива. Однако их включение в сжиженный нефтяной газ (СНГ) для непромышленного использования, как правило, запрещено из-за проблем безопасности и нормативных ограничений.
Хотя бутены являются ценными промышленными химикатами, их производство и использование сопряжены с проблемами окружающей среды и безопасности. Рафинаты, содержащие бутадиен, распространенный побочный продукт в производстве бутена, являются известными канцерогенами и мутагенами . Это требует строгих мер безопасности в промышленных условиях, где эти соединения используются.
Более того, высокая воспламеняемость бутенов создает риск пожара и взрыва, требуя осторожного хранения и обращения с ними. Потенциальное воздействие на окружающую среду производства и использования бутенов, особенно в контексте зависимости от ископаемого топлива и загрязнения пластиком, является постоянной областью беспокойства и исследований в химической промышленности.
Бутен с его четырьмя изомерами играет решающую роль в нефтехимической промышленности. От его производства посредством каталитического крекинга до его разнообразных применений в производстве полимеров и топливных присадок, бутен является примером сложного взаимодействия химии, инженерии и промышленных процессов, которые характеризуют современные нефтехимические операции. Поскольку отрасль продолжает развиваться, движимая экологическими проблемами и поиском более устойчивых методов, роль бутена и подобных соединений, вероятно, продолжит оставаться предметом инноваций и адаптации.