stringtranslate.com

Пропилен

Пропилен , также известный как пропен , представляет собой ненасыщенное органическое соединение с химической формулой CH 3 CH=CH 2 . Он имеет одну двойную связь и является вторым по простоте членом алкенового класса углеводородов . Это бесцветный газ со слабым запахом нефти. [3]

Пропилен является продуктом сгорания лесных пожаров, сигаретного дыма, выхлопных газов автомобилей и самолетов. [4] Он был открыт в 1850 году учеником А.В. фон Хоффмана капитаном (впоследствии генерал-майором [5] ) Джоном Уильямсом Рейнольдсом как единственный газообразный продукт термического разложения амилового спирта , вступающий в реакцию с хлором и бромом. [6]

Производство

Паровой крекинг

Доминирующей технологией производства пропилена является паровой крекинг с использованием в качестве сырья пропана . Крекинг пропана дает смесь этилена , пропилена, метана , газообразного водорода и других родственных соединений. Выход пропилена составляет около 15%. Другим основным сырьем является нафта, особенно на Ближнем Востоке и в Азии. [7] Пропилен можно отделить фракционной перегонкой от смесей углеводородов, полученных в результате крекинга и других процессов переработки; Пропен нефтеперерабатывающего качества составляет от 50 до 70%. [8] В Соединенных Штатах сланцевый газ является основным источником пропана.

Технология конверсии олефинов

В технологии конверсии триолефинов или олефинов Phillips пропилен взаимно преобразуется этиленом и 2-бутенами . Используются рениевые и молибденовые катализаторы: [9]

Технология основана на реакции метатезиса олефинов , открытой в компании Phillips Petroleum Company . [10] [11] Достигаются выходы пропилена около 90 мас.%.

С этим связан процесс превращения метанола в олефины/метанола в пропен . Он преобразует синтез-газ (синтез-газ) в метанол , а затем преобразует метанол в этилен и/или пропен . В результате этого процесса в качестве побочного продукта образуется вода. Синтез-газ получают в результате риформинга природного газа или паровой конверсии нефтепродуктов, таких как нафта, или путем газификации угля .

Флюид-каталитический крекинг

В жестком каталитическом крекинге с флюидом (FCC) используется традиционная технология FCC в жестких условиях (более высокое соотношение катализатора к маслу, более высокие скорости впрыска пара, более высокие температуры и т. д.) с целью максимизировать количество пропилена и других легких продуктов. В установку FCC высокой жесткости обычно подают газойли (парафины) и остатки, и она производит около 20–25% (по массе) пропена на сырье вместе с большими объемами автомобильного бензина и побочных продуктов дистиллята. Эти высокотемпературные процессы являются дорогостоящими и имеют высокий углеродный след. По этим причинам альтернативные пути получения пропилена продолжают привлекать внимание. [12]

Другие коммерциализированные методы

Технологии производства пропилена по целевому назначению были разработаны за последнее столетие. Из них технологии дегидрирования пропана, такие как процессы CATOFIN и OLEFLEX, стали обычным явлением, хотя они по-прежнему составляют меньшинство рынка, при этом большая часть олефинов получается из вышеупомянутых технологий крекинга. Платиновые, хромовые и ванадиевые катализаторы широко распространены в процессах дегидрирования пропана.

Рынок

Производство пропена оставалось неизменным на уровне около 35 миллионов тонн (только в Европе и Северной Америке) с 2000 по 2008 год, но оно увеличивалось в Восточной Азии, особенно в Сингапуре и Китае. [13] Общее мировое производство пропена в настоящее время составляет около половины от производства этилена.

Исследовать

Использование сконструированных ферментов изучалось, но не было коммерциализировано. [14]

Продолжаются исследования по использованию катализаторов-переносчиков кислорода для окислительного дегидрирования пропана. Это дает несколько преимуществ, поскольку этот механизм реакции может происходить при более низких температурах, чем обычное дегидрирование, и не может быть ограничен равновесием, поскольку для сжигания побочного продукта водорода используется кислород. [15]

Использование

Пропен — второй по важности исходный продукт в нефтехимической промышленности после этилена . Это сырье для производства самых разных продуктов. Производители полипропилена потребляют почти две трети мирового производства. [16] Конечные области применения полипропилена включают пленки, волокна, контейнеры, упаковку, а также колпачки и затворы. Пропен также используется для производства важных химикатов, таких как оксид пропилена , акрилонитрил , кумол , бутиральдегид и акриловая кислота . В 2013 году во всем мире было переработано около 85 миллионов тонн пропена. [16]

Пропен и бензол превращаются в ацетон и фенол посредством кумолового процесса .

Обзор кумолового процесса
Обзор кумолового процесса

Пропен также используется для производства изопропилового спирта (пропан-2-ола), акрилонитрила , оксида пропилена и эпихлоргидрина . [17] Промышленное производство акриловой кислоты включает каталитическое частичное окисление пропилена. [18] Пропилен является промежуточным продуктом окисления до акриловой кислоты.

В промышленности и мастерских пропен используется в качестве альтернативного ацетилену топлива при кислородной сварке и резке , пайке и нагреве металла с целью гибки. Он стал стандартом для продуктов BernzOmatic и других заменителей MAPP [19] теперь, когда настоящий газ MAPP больше не доступен.

Реакции

Пропен похож на другие алкены тем, что относительно легко вступает в реакции присоединения при комнатной температуре. Относительная слабость его двойной связи объясняет его склонность реагировать с веществами, способными осуществить такое превращение. Алкеновые реакции включают: 1) полимеризацию , 2) окисление , 3) галогенирование и гидрогалогенирование , 4) алкилирование , 5) гидратацию , 6) олигомеризацию и 7) гидроформилирование .

Комплексы переходных металлов

В основе гидроформилирования, метатезиса алкенов и полимеризации лежат металлопропиленовые комплексы , которые являются промежуточными продуктами в этих процессах. Пропилен является прохиральным , что означает, что связывание реагента (например, металлического электрофила) с группой C=C дает один из двух энантиомеров .

Полимеризация

Большая часть пропена используется для образования полипропилена, очень важного товарного термопластика , посредством полимеризации с ростом цепи . [16] В присутствии подходящего катализатора (обычно катализатора Циглера-Натта ) пропен будет полимеризоваться. Существует несколько способов добиться этого, например, использование высокого давления для суспендирования катализатора в растворе жидкого пропена или пропускание газообразного пропена через реактор с псевдоожиженным слоем . [20]

Димеризация

В присутствии катализаторов пропилен димеризуется с образованием 2,3-диметил-1-бутена и/или 2,3-диметил-2-бутена . [21]

Экологическая безопасность

Пропен — продукт сгорания лесных пожаров, сигаретного дыма, выхлопных газов автомобилей и самолетов. [4] Это примесь в некоторых отопительных газах. Наблюдаемые концентрации находились в диапазоне 0,1–4,8 частей на миллиард ( частей на миллиард ) в сельском воздухе, 4–10,5 частей на миллиард в городском воздухе и 7–260 частей на миллиард в пробах промышленного воздуха. [8]

В Соединенных Штатах и ​​некоторых европейских странах пороговое значение в 500 частей на миллион ( ppm ) было установлено для профессионального (8-часового средневзвешенного по времени ) воздействия. Он считается летучим органическим соединением (ЛОС), и его выбросы регулируются правительствами многих стран, но Агентство по охране окружающей среды США (EPA) не вносит его в список опасных загрязнителей воздуха в соответствии с Законом о чистом воздухе . Поскольку период полураспада относительно короткий, его биоаккумуляция не ожидается. [8]

Пропен обладает низкой острой токсичностью при вдыхании и не считается канцерогенным. Исследования хронической токсичности на мышах не дали существенных доказательств побочных эффектов. Люди, кратковременно подвергшиеся воздействию 4000 ppm, не испытали каких-либо заметных эффектов. [22] Пропен опасен из-за его способности вытеснять кислород как удушающий газ , а также из-за его высокой воспламеняемости/риска взрыва.

Биопропилен – это пропилен биологического происхождения . [23] [24] Это было исследовано, мотивированное различными интересами, такими как углеродный след . Рассмотрено производство из глюкозы . [25] Более продвинутые способы решения таких проблем сосредоточены на электрификации, альтернативе паровому крекингу .

Хранение и обращение

Пропен легковоспламеняющийся. Пропен обычно хранится в жидком виде под давлением, хотя его также можно безопасно хранить в виде газа при температуре окружающей среды в одобренных контейнерах. [26]

Встречаемость в природе

Пропен обнаружен в межзвездной среде с помощью микроволновой спектроскопии. [27] 30 сентября 2013 года НАСА также объявило, что орбитальный космический корабль Кассини, входящий в состав миссии Кассини-Гюйгенс , с помощью спектроскопии обнаружил небольшое количество природного пропена в атмосфере Титана . [28] [29]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ "Передняя часть". Номенклатура органической химии: рекомендации ИЮПАК и предпочтительные названия 2013 г. (Синяя книга) . Кембридж: Королевское химическое общество . 2014. с. 31. дои : 10.1039/9781849733069-FP001. ISBN 978-0-85404-182-4.
  2. ^ «Пропилен». pubchem.ncbi.nlm.nih.gov . Проверено 14 декабря 2021 г.
  3. ^ «Пропилен».
  4. ^ Аб Морготт, Дэвид (04 января 2018 г.). «Потенциал воздействия на человека выбросов пропилена в окружающую среду». Международный журнал экологических исследований и общественного здравоохранения . 15 (1): 66. дои : 10.3390/ijerph15010066 . ISSN  1660-4601. ПМК 5800165 . ПМИД  29300328. 
  5. ^ "Генерал-майор Джон Уильямс Рейнольдс, FCS" . geni_family_tree . 25 декабря 1816 г. Проверено 30 декабря 2023 г.
  6. ^ Расмуссен, Сет К. (2018), Расмуссен, Сет К. (редактор), «Введение», Ацетилен и его полимеры: более 150 лет истории , SpringerBriefs in Molecular Science, Cham: Springer International Publishing, стр. 1– 19, дои : 10.1007/978-3-319-95489-9_1, ISBN 978-3-319-95489-9, получено 30 декабря 2023 г.
  7. ^ Словарь промышленных химикатов Эшфорда, третье издание, 2011 г., ISBN 978-0-9522674-3-0 , страницы 7766-9 
  8. ^ abc «Оценка безопасности продукции (PSA): Пропилен». Dow Chemical Co. Архивировано из оригинала 28 августа 2013 г. Проверено 11 июля 2011 г.
  9. ^ Гашги, Мохаммад (2018). «Гетерогенные катализаторы газофазной конверсии этилена в высшие олефины». Преподобный Хим. англ . 34 (5): 595–655. doi : 10.1515/revce-2017-0003. S2CID  103664623.
  10. ^ Бэнкс, РЛ; Бейли, GC (1964). «Диспропорционирование олефинов. Новый каталитический процесс». Исследования и разработки продуктов промышленной и инженерной химии . 3 (3): 170–173. дои : 10.1021/i360011a002.
  11. ^ Лайонел Делауд; Альфред Ф. Ноэлс (2005). «Метатезис». Энциклопедия химической технологии Кирка-Отмера . Вайнхайм: Wiley-VCH. дои : 10.1002/0471238961.metanoel.a01. ISBN 978-0-471-23896-6.
  12. ^ Шиффер, Закари Дж.; Мантирам, Картиш (2017). «Электрификация и декарбонизация химической промышленности». Джоуль . 1 :10–14. дои : 10.1016/j.joule.2017.07.008. hdl : 1721.1/124019 . S2CID  117360588.
  13. ^ Амгизар, Исмаэль; Вандевалле, Лориен А.; Ван Гим, Кевин М.; Марин, Гай Б. (2017). «Новые тенденции в производстве олефинов». Инженерное дело . 3 (2): 171–178. дои : 10.1016/J.ENG.2017.02.006 .
  14. ↑ де Гузман, Дорис (12 октября 2012 г.). «Глобальная биоэнергетика в биопропилене». Блог «Зеленых химикатов» .
  15. ^ Ву, Тяньвэй; Ю, Цинбо; Рогер; и другие. (2020). «Химическое петлевое окислительное дегидрирование пропана: сравнительное исследование переносчиков кислорода на основе Ga, Mo и V». Химическая технология и переработка – интенсификация процессов . 157 : 108137. doi : 10.1016/j.cep.2020.108137 . ISSN  0255-2701.
  16. ^ abc «Исследование рынка: пропилен (2-е издание), Ceresana, декабрь 2014 г.». ceresana.com . Проверено 3 февраля 2015 г.
  17. ^ Будавари, Сьюзен, изд. (1996). «8034.Пропилен». Индекс Merck, двенадцатое издание . Нью-Джерси: Merck & Co., стр. 1348–1349.
  18. ^ JGL, Фиерро (ред.) (2006). Оксиды металлов, химия и применение . ЦРК Пресс. стр. 414–455.
  19. ^ Например, «МАПП-Про»
  20. ^ Хеггс, Т. Джеффри (15 октября 2011 г.), «Полипропилен», в Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA (ред.), Энциклопедия промышленной химии Ульмана , Вайнхайм, Германия: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. КГаА, стр. o21_o04, doi :10.1002/14356007.o21_o04, ISBN 978-3-527-30673-2, получено 9 июля 2021 г.
  21. ^ Оливье-Бурбигу, Х.; Брей, Пенсильвания; Магна, Л.; Мишель, Т.; Эспада Пастор, М. Фернандес; Делькруа, Д. (2020). «Олигомеризация и димеризация олефинов, катализируемая никелем» (PDF) . Химические обзоры . 120 (15): 7919–7983. doi : 10.1021/acs.chemrev.0c00076. PMID  32786672. S2CID  221124789.
  22. ^ ПабХим. «Банк данных по опасным веществам (HSDB): 175». pubchem.ncbi.nlm.nih.gov . Проверено 9 июля 2021 г.
  23. ^ Биологические, умные и специальные химикаты.
  24. ^ Биопластики Duurzame на основе hernieuwbare grondstoffen
  25. ↑ Гусман, Дорис де (12 октября 2012 г.). «Глобальная биоэнергетика в биопропилене». Блог «Зеленых химикатов» . Проверено 9 июля 2021 г.
  26. ^ Энциклопедия химической технологии, четвертое издание, 1996, ISBN 0471-52689-4 (т.20), стр. 261. 
  27. ^ Марселино, Н.; Черничаро, Дж.; Агундес, М.; и другие. (10 августа 2007 г.). «Открытие межзвездного пропилена (CH2CHCH3): недостающие звенья в химии межзвездной газовой фазы». Астрофизический журнал . ИОП. 665 (2): L127–L130. arXiv : 0707.1308 . Бибкод : 2007ApJ...665L.127M. дои : 10.1086/521398 . S2CID  15832967.
  28. ^ «Космический корабль нашел пропилен на спутнике Сатурна, Титане». ЮПИ.com. 30 сентября 2013 г. Проверено 12 ноября 2013 г.
  29. ^ «Кассини находит ингредиент бытового пластика на луне Сатурна» . Spacedaily.com . Проверено 12 ноября 2013 г.