Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

1.EL Ő AD Á S BEVEZETÉS BEVEZETÉS MODERN SZERVES KÉMIAI TECHNOLÓGIA.

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "1.EL Ő AD Á S BEVEZETÉS BEVEZETÉS MODERN SZERVES KÉMIAI TECHNOLÓGIA."— Előadás másolata:

1 1.EL Ő AD Á S BEVEZETÉS BEVEZETÉS MODERN SZERVES KÉMIAI TECHNOLÓGIA

2

3 A modern szerves vegyipar alapanyag forrásai  Alapvető nyersanyag forrásai a kőolaj és a földgáz  Alapvető építő blokkjai, intermedierjei:  Földgáz, finomítói gáz, gázolaj krakkolás termékei  az olefinek – az etilén, propilén  C4 olefinek (butadién, izobutén, 1- és 2-butének)  az aromások – benzol, toluol és a xilének  az olefinek előállítása - gőzös és katalitikus krakkolással  az aromások előállítása - katalitikus reformálással  a metán előállítása - földgázból – szétválasztással  Metán továbbfeldolgozása  szintézis gázzá (CO+ H 2 )   ammónia és a metanol 

4 A modern szerves vegyipar intermedierjei és termékei  BREF (BAT elérhető legjobb technikák Referencia Dokumentuma)  Nagy Volumenű Szerves Vegyületek (NVSV)  A szerves vegyipar legnagyobb mennyiségben előállított intermedierei és termékei  Polimerek  Finomkemikáliák

5 Nagy Volumenű Szerves Vegyületek BAT bemutató folyamatai Al-ágazatBemutató folyamat Kisebb olefinekOlefinek előállítása pirolízissel AromásokBenzol/toluol/xilolok BTX Oxigén tartalmú vegyületek Etilénoxid és etilén-glikolok Formaldehid Nitrogén tartalmú vegyületek Akrilnitril Toluol-diizocianát Halogén tartalmú vegyületekDiklóretán (DKE) és vinilklorid monomer (VCM)

6 Etilén alapanyag deriváltjai  Etilén  polietilén   Diklór etán  Vinilklorid  PVC  Etilbenzol  Sztirol  Polisztirol  Etilénoxid  Etilén glikol  Tereftálsav  PET  Etanol  Ecetsav  Ecetsavanhidrid  Vinilacetát

7 Etilén alapanyag deriváltjai

8 Propilén alapanyag deriváltjai  Propilén  polipropilén   Aceton  Metakrilsav  Metilmetakrilát  PMMA  Propilén oxid  Propilén glikol  Poliolok  PUR  Propilén+ Benzol  Kumol  Fenol  Biszfenol A  Polikarbonát  Propilén  Etilén + Butén 2  Metatézis katalizátor (alkén diszproprorcionálódás)

9 Benzol, toluol alapanyag deriváltjai  Benzol + Propilén  Kumol  Fenol  Biszfenol A    Polikarbonát  Hexametilén diamin +Adipinsav  Nylon  Kaprolaktám  Aminokapronsav  Nylon  Etilbenzol  Sztirol  Polisztirol  Nitrobenzol  Anilin  MDA  MDI  PUR  Toluol  DNT  TDA  TDI  PUR

10 Metán – szintézis gáz alapanyag deriváltjai  Metán  szintézis gáz (CO+ H 2 )   Metanol  Formaldehid  Formaldehid + Fenol  Fenol-formaldehid gyanták  Formaldehid + Anilin  MDA  MDI  PUR

11 Benzol, toluol alapanyag deriváltjai

12 Benzol alapanyag deriváltja MDI

13 Toluol alapanyag deriváltja -TDI

14 C4 frakció alapanyag deriváltjai  C4 Frakció : n- bután, 1-, 2- butén, izobutén  1,3-Butadién  szintetikus kaucsuk  Gumi  Klórozás  3,4 Diklór 1-butén  kloroprén  Neoprén gumi  1,3-Butadién + Maleinsavanhidrid   Tetrahidroftálsavanhidrid  Poliészter és alkid gyanták  izobutén + metanol (vagy etanol)  MTBE (ETBE)  Alkilezés  Oktánszám javító benzin adalékanyagok

15

16 Alkilezés  Alkilezésnek (vagy arilezésnek) nevezzük azokat a reakciókat, melyek során egy molekulára addíció vagy szubsztitúció útján alkil (vagy aril) csoportot kapcsolunk. Tágabb értelemben ide sorolhatók mindazok a folyamatok, melyekben a szubsztituens alkil, vagy aril jellegű szénatomon keresztül kapcsolódik a szubsztrátumhoz. Az alkilező reakciók csoportositása: a)az alkilezett atom minősége szerint  O-alkilezés (éterek előállítása),  N-alkilezés (aminok előállítása),  C-alkilezés (szén-szén kötés létrehozása, ipari szempontból az  aktiv metilén csoport alkilezése jelentős),  fém alkilezés (fém-szén kötés létrehozása, ipari jelentőségű a Grignard vegyületek, az aluminium-alkil vegyületek és az ólom-tetraetil előállítása jelentős). b) a reakció tipusa szerint  szubsztituciós, ilyen az alkilezési reakciók többsége  addiciós, ezek közül gyakorlati jelentőségű csupán az oxietilezés

17 Alkoholok  A reakció során nincs molekula szám csökkenés, a Le Chatelier-Brown elv hatása ilyenkor nem érvényesül.  Alkoholokkal aromás halogén vegyületek is alkilezhetők, A reakciót alkálikus közegben kell végezni. (HX megkötés). Az ilyen reakciókat is gyakran végzik atmoszferikusnál nagyobb nyomáson.  Lewis sav katalizátorokkal C-alkilezés is végezhető alkoholokkal. Ezt a reakci ó t í pust a Friedel-Crafts reakciók között tárgyaljuk. Alkilező szerek

18  Fontos alkilező szerek. Reaktivitásuk a halogén elektronegativitásának növekedésekor csökken.  A fluoridok gyakorlatilag nem reakcióképesek.  A leggyorsabban és legkönnyebben a jodidok reagálnak.  Olcsó áruk miatt még is a kloridokat használják leggyakrabban.  Bromidot vagy jodidot csak akkor használnak ipari alkilezőszerként, ha a nagyobb termelékenység vagy a termék magasabb ára ezt kifizetődővé teszi.  O- N- és fém-alkilezés egyaránt végezhető velük. Alkil-halogenidek Alkilező szerek

19  A reakció egyensúlyra vezet.  Jó termelés csak halogénmegkötő szerekkel érhető el. Amikor csak lehetséges (oldhatóság, érzékenység) vizes lúgot használnak ilyen célra. Ha vizes oldat nem használható tercier amint vagy piridint használnak.  Alacsony forráspontú alkilhalogeniddel célszerű nyomás alatt alkilezni.  A reaktivitást az alkil csoport szerkezete is befolyásolja. A halogénhez kapcsolódó szénatom rendüsége szintén befolyásolja a reakcióképességet. Az aktivitás a tercier, szekunder, primer sorrendben csökken.  Az aralkil-halogenidek közül a benzil vegyületeknek van jelentősége. A benzilezés a végtermék kialakítása mellett O ill. S atom védelmére is használatos. Alkil-halogenidek Alkilező szerek

20 Oxisav-észterek  Dialkil-szulfát, alkil-nitrát, alkil-foszfát, dialkil-szulfit, és dialkil-karbonát használható alkilező szerként. A vegyületek reakcióképessége a felsorolás sorrendjében csökken.  Ipari célra főként a dialkil-szulfátokat használják. Legfontosabb képviselőjük a dimetil-szulfát. Főként fenolos hidroxilok alkilezésére alkalmas. Hátránya hogy erősen mérgező. A reakciót vizes vagy vizes-alkoholos közegben végzik, amely kálium, vagy nátrium-hidroxidot is tartalmaz. Az egyik alkil csoport szobahőmérsékleten, a második °C-on reagál. Alkilező szerek

21  A dialkil-szulfátokon kívül a dialkil-karbonátoknak van jelentősége. Monoalkil-malon-észter %-os termeléssel alakítható dialkil származékká vele.  Aromás-szulfonsavak észterei, a monoalkil-szulfátokhoz hasonló körülmények között alkileznek. Fenolos hidroxil alkilezésére használják őket. Nem mérgezőek. Semleges közegben aminok is alkilezhetők velük. Savmegkötőszer maga a termék. Oxisav-észterek Alkilező szerek

22  Jellegzetes képviselőjük az etilén-oxid  Lúgos vagy savas közegben ahol (r = H vagy alkil) csoport vihető be velük alkoholos vagy fenolos hidroxil- vagy amino csoportra. Oxirán-gyűrűs vegyületek Alkilező szerek

23  Poliéter lánc alakítható ki velük. Ez v í zoldhatóvá tehet bizonyos vegyületeket. A reakció enyhén exoterm. Az ilyen típusú alkilezést oldószer nélkül, °C - on végzik. A nyomás barg.  A katalizátor - leggyakrabban kálium vagy nátrium-hidroxid - mennyisége %.  Az etilén vagy butilén-oxid robbanásveszélyes vegyület. Színes fém szerkezeti anyag oxialkilezéshez nem használható, mivel ezek oxirán - gy ű r ű s vegyületekkel rendkívül robbanásveszélyes tulajdonságú komplex vegyületeket képezhetnek. Oxirán-gyűrűs vegyületek Alkilező szerek

24  A reakció célja éterek előállítása.  Alifás vegyületekből az alábbi módon lehet étert előállítani: a.) Két molekula alkoholból vízelvonással. A reakció folyadék vagy gőzfázisban végezhető. A folyadékfázisú reakciót kénsav vízelvonó szerrel végzik. –Az alkilezőszer a monoalkil-szulfát. –A reakciót a keletkező éter forrpontja felett kell végezni. –A hőmérséklet egyrészt a reakció sebességét növeli, másrészt ilyen körülmények között a termék a reakció során elkülöníthető a reakcióelegy többi részétől. –Az alkalmazható hőmérséklet felső határa az a hőfok, ahol az alkohol olefinné alakul. Hidroxil csoport alkilezése Különböző vegyületek alkilezése

25 Gőzfázisban a reakció Al 2 O 3, Al 2 (SO 4 ) 3 vagy Al 3 (PO 4 ) 2 katalizátor jelenlétében végezhető.  A hőmérsékletet ilyenkor is az olefinképződés megindulása szabja meg.  Az olefinképződés a hidroxil csoporthoz kapcsolódó szénatom rendűségének a függvénye. Elsőrendű szénatomhoz kapcsolódó hidroxil csoport könnyen éterré alakítható, másodrendű alkoholokból csak rossz termeléssel lehet étert készíteni, harmadrendűekből olefin keletkezik Hidroxil csoport alkilezése Különböző vegyületek alkilezése

26 b.) Alkohol és alkil-halogenid reakciójával Főként másod és harmadrendű alkoholok éterei és vegyes éterek állít hatók elő ezzel a módszerrel (Williamson szintézis). A kondenzáció mellék terméke halogénhidrogén sav ezért a reakciót alkálikus közegben kell végezni. A reakciót oldatban végzik. Polihidroxi vegyületek pl. cellulóz éterei is előállíthatok ezzel a mód szerrel. A reakcióhoz 100°C körüli hőmérséklet és - az alkilező halogén­ vegyület forrpontjától függően - az ennek eléréséhez szükséges nyomás kell Hidroxil csoport alkilezése Különböző vegyületek alkilezése

27 c.) Egyéb módszerek  Alkoholos hidroxil olefinekkel addíciós reakcióban észteres í thető.  A reakciót kénsav katalizátor jelenlétében végzik. A módszer ipari jelentősége kicsi.  Fenolos hidroxil csoport dialkil-szulfáttal, monoalkil-szulfát nátriummal, toluol.-szulfonsav- észterrel vagy alkil-halogeniddel észteresithető.  A reakciót alkálikus közegben (általában Na- alkoholát) végzik. Ha a fenolos hidroxil több kondenzált gyűrűből álló rendszerhez kapcsolódik Al 2 O 3 jelenlétében is elvégezhető a reakció. Hidroxil csoport alkilezése Különböző vegyületek alkilezése

28  Rövidebb alkil csoportot tartalmazó aminok, alkohol és ammónia vagy amin gőzfázisú reakciójával állíthatók elő.  A reakciót a hőmérséklet emelése gyorsítja. Az alkalmazható hőmérséklet felső határa itt is az olefin képződés függvénye. A reakciót Al 2 O 3 katalizátor jelenlétében végezzük.  Hosszabb alkilláncú aminok hasonló vegyületekből folyadékfázisú reakcióval állíthatók elő. Előfordul, hogy a kellő reakciósebesség csak atmoszferikusnál nagyobb nyomás alkalmazásával biztosítható. N alkilezés Különböző vegyületek alkilezése

29  Dialkil - szulfátokkal is végezhető a reakció. Ezek felhasználása a gazdaságosság függvénye.  A dialkil-szulfát magasabb ára kompenzálható az olcsóbb, nagyobb térfogatú készülék használatával.  Az aromás aminok - főként anilinszármazékok - alkoholból és aromás aminból állíthatók elő alkohollal, kénsav jelenlétében (alkil-szulfát).  A reakció folyadékfázisú és gyakran autoklávban végzik. A hőmérsékletet ebben az esetben is a lehető legmagasabb értéken kell tartani. Értékét az olefinképződés megindulása szabja meg.  Ha az alkohol kénsav jelenlétében éterré alakul, akkor az alkilezéshez sósav katalizátort alkalmaznak N alkilezés Különböző vegyületek alkilezése

30  Gyakorlatilag aktiv metilén csoport alkilezését jelenti.  Főleg a gyógyszeripar szempontjából jelentős a ciánecetsav észtereinek és a maionsav di-észterének, dinitriljének, valamint fél-észter-fél-nitriljének ilyen jellegű reakciója.  Az alkilezőszer általában alkilhalogenid, de ritkábban használnak alkil-szulfátot és aralkil-szulfonátot is.  A reakciót bázisok jelenlétében végzik. Ezek lehetnek fém Na ill. K, de használják hidridjeiket, alkoxidjai kat és amidjaikat is.  A reakciót oldatban végzik. Az oldószer leggyakrabban alkohol. Ha ez valamilyen okból nem használható benzolt vagy észtert használnak. C alkilezés Különböző vegyületek alkilezése

31  A CH 2 csoport mindkét hidrogénjének cseréjét két lépésben kell végezni, még akkor is, ha az alkil csoportok azonosak.  Amennyiben az alkil csoportok különbözőek, először célszerű a nagyobb szénatom számút kapcsolni a szubsztrátumra.  Ilyenkor a két alkilezett származék forrpont különbsége a reakció végén nagyobb, így desztillációs elválasztásuk könnyebb.  Ha az alkil csoportok szubsztrátumhoz kapcsolódó szénatomjai különböző rendűek, akkor szterikus gátlás mérséklése céljából, mindig a kisebb rendűvel kell kezdeni a reakciót C alkilezés Különböző vegyületek alkilezése

32  Az alkilezőszerek alkoholok vagy alkil-halogenidek.  Fémek alkilezése gyakran tűzveszélyes folyamat.  A reakcióra általánosan jellemző szempontok nincsenek.  A termék az esetek többségének mérgező. Fém alkilezés Különböző vegyületek alkilezése

33  Az alkilezőszer feleslege javítja a termelést. Ezt főként ott használják fel, ahol nem áll más módszer a reakció egyensúlyának eltolására.  Gyakran előfordul, hogy az olcsó alkilezőszer egyben a reakcióelegy oldószere.  A többszörös alkilezés lehetősége esetén (pl. aminok), az elválasztási lehetőségek határozzák meg, hogy milyennek választjuk meg a koncentrációviszonyokat. Ha a termék és a kiinduló vegyületek elválasztása egyszerűbb, mint az egyszer és többször alkilezett vegyületekké, akkor a koncentrációviszonyokat úgy választják meg, hogy ne játszódhasson le túlalkilezés.  Ha az egyszer és kétszer alkilezett termékek elkülönítése a könnyebb ennek megfelelően választják meg a koncentráció viszonyokat a reakció indításakor. Koncentráció A lkilezést befolyásoló tényezők

34  Az alkilezések általában endoterm folyamatok. Szobahőmérsékleten csak kis sebességgel játszódnak le.  A hőmérséklet emelésekor a reakciósebesség nő.  Ennek megfelelően a reakciók többségét (kivétel az oxietilezés) olyan magas hőmérsékleten kell végezni, amilyet a jelenlévő vegyületek stabilitása vagy az esetleg fellépő mellékreakciók lehetővé tesznek.  Kivételt képez a dimetil-szulfátos metilezés - amelyet, ha csak egy metil csoportot akarunk fel használni - szobahőmérsékleten vagy ennek közelében végeznek.  A fémek alkilezése többségében exoterm reakció.  Az oxirángy ű r ű s alkilezések szintén enyhén exotermek ezért ritkán végzik őket 180 °C-nál magasabb hőmérsékleten. Hőmérséklet A lkilezést befolyásoló tényezők

35  A m o lszá m csökkenéssel járó reakciók esetén a nyomás növelése gyorsítja a reakciót (L ’ Chateliér-Brow n elv).  Gyakran alkalmazzák a nyomás növelést olyan esetben is amikor nincs m o lszá m változás. Ilyenkor részben a magasabb hőmérséklet elérése forráspont növekedés által (reakciósebesség növelés) és részben a jobb oldékonyság biztosítása a cél. Nyomás A lkilezést befolyásoló tényezők

36 Alkilezés készülékei  Alkilezéshez ritkán használnak különleges készülékeket. Általában keverős, visszafolyó hűtővel és adagoló berendezéssel felszerelt készülékek használhatók atmoszferikus nyomáson  Közönséges középnyomású autoklávokat használnak a nyomás alatt végzett reakciókhoz.  A gőzfázisú alkilezési folyamatokat általában csőköteges katalitikus reaktorokban, vagy töltetes reaktorokban végzik.  A szerkezeti anyag a közeg kémhatásától függően változó. Általában acél, vagy zománcozott készülékek használatosak.

37 Fogalma FRIEDEL-CRAFTS REAKCIÓK  Friedel Crafts reakcióknak nevezzük a Lewis savakkal (AICl 3, ZuCl 2, Fe Cl 3, BF 3, TiCl 4 stb.) katalizált alkilező illetve acilező reakciókat.  A reakció szubsztrátuma valamilyen aromás karakterű vegyület, amely az úgynevezett aktív komponens Lewis savas komplexével reagált a reakció során.  A szubsztrátum szerkezete jelentős mértékben befolyásolja annak reakciókészségét. A helyettesítőt nem tartalmazó szubsztrátumok aktivitási sorrendje a következő:

38  Elsőrend ű szubsztituensek növelik, másodrendűek csökkentik a szubsztrátum aktivitását.  Az elsőrendű szubtituens hatása általában erősebb, így ezek mindkét típusú szubsztituens együttes jelenléte esetén nemcsak csökkenthetik, de túl is kompenzálhatják a másodrendű szubsztituensek aktivitást mérsékelő hatását.  Az aminok, fenolos hiroxil csoportot illetve ennek étereit tartalmazó vegyületek maguk is képeznek Lewis savas komplexet, ezért jó kitermeléssel csak HF jelenlétében alkilezhetők.  A nitrobenzol annyira inaktív, hogy a reakció oldószerként is használható.  Az Friedel Crafts reakciókban használt aktív komponenseket jellemző tulajdonságait a II. táblázat mutatja. FRIEDEL-CRAFTS REAKCIÓK Fogalma

39 FRIEDEL-CRAFTS REAKCIÓK Használt aktív komponensek

40 FRIEDEL-CRAFTS REAKCIÓK Használt aktív komponensek

41  A II. táblázat adataiból látható, hogy a Lewis sav az aktív komponensek többségénél a katalitikusnál nagyobb mennyiségben szükséges. Ennek az a magyarázata, hogy a molekulában jelenlévő oxigén, nitrogén- és általában a kénatom komplex formában olyan erősen megköti a Lewis savat, hogy az nem tudja katalitikus hatását kifejteni.  A katalizátorból a szubsztrátum egy moljára vonatkoztatva annyi m o l felesleg szükséges, a mennyi oxigén vagy nitrogénatomot a szubsztrátum és a reagens molekula együttesen tartalmaz.  Alkohol aktív komponens esetén, a másod- illetve harmadrendű szénatomhoz kapcsolódó hidroxilcsoporttal alkotott komplex stabilitása csökken,1 mol/mol katalizátornál kevesebb is elegendő FRIEDEL-CRAFTS REAKCIÓK Használt aktív komponensek

42 FRIEDEL-CRAFTS REAKCIÓK Reakció mechanizmusai  A Lewis sav típusú molekulák centrális szénatomján elektron szextett van  Ez a komplex képződés során az aktív komponens valamelyik atomjának mobilizálható elektronpárjával oktetté egészül ki.  Emiatt az aktív komponens molekulájában pozitív centrum keletkezik, amely elektrofil reakcióval kapcsolódik a szubtrátumhoz. Ez általában szubsztitució, de olefin vagy oxirán gyűrűs komponens esetén lehet addíció is.

43  A katalizátor tisztasága és szemcsemérete:  Ipari célokra általában AlCl 3 -ot használnak. Ezt levegőtől elzárva kell tárolni (zárt dobokban), mivel nedvesség hatására HCl lehasadása közben bomlik.  Színe az FeCl 3 szennyezéstől általában sárgás, de sem ez, sem a szintén előforduló TiCl 4. szennyeződés nem csökkenti - sőt az utóbbi kismértékben növeli az aktivitását.  A reakcióelegy az esetek többségében heterogén. Az AlCl 3 nem oldódik benne. FRIEDEL-CRAFTS REAKCIÓK Befolyásoló tényezők

44  A reakció sebessége az érintkezési felület nagyságának tehát a szemcsenagyságnak a függvénye. Túl hevesnek ígérkező reakció esetén a darabos, lassú reakció esetén a finom por formájú katalizátor használata az előnyös.  Ha az AlCl 3 adagolása valamilyen dugattyús adagolóval vagy szállítócsigával történik, a túl apró szemcsék összetapadva eltömhetik az adagoló berendezést.  Ha a reakcióhoz csak katalitikus mennyiségű AlCl 3 szükséges, pórusos hordozóra felvíve is használható.  Poláros oldószerrel, vagy a reaktánssal gyakran képződik oldható komplex. Ilyenkor a szemcseméret érdektelen. FRIEDEL-CRAFTS REAKCIÓK Befolyásoló tényezők

45  A hőmérséklet szerepe:  A reakció általában annyira exoterm, hogy a reakcióelegyet hűteni kell, mivel magas hőmérsékleten az aktív komponens, de gyakran a termék is kátrányosodik az AlCl 3 hatására.  Ha a szubsztrátum nem elég aktív, melegíteni kell a reakcióelegyet.  A hőmérséklet ritkán haladja meg a o C-t.  A hőmérséklet emelésének hatására izomerizációs reakciók is lejátszódhatnak (AlCl 3 hatására). Pl. n-propil-klorid-benzol reakció esetén -6°C-on n-propil-benzol, 35°C felett i-propil-benzol a főtermék.  Hőmérsékletre nem érzékeny komplex képződése esetén előfordul, hogy ennek forrpontján végzik a reakciót. FRIEDEL-CRAFTS REAKCIÓK Befolyásoló tényezők

46  Az oldószer szerepe:  Az oldószer legfontosabb szerepe a reakcióelegy homogenizálása. Erre részben a reakció sima lefolytatása (koncentráció viszonyok), másrészt az egyenletes hőátadás miatt van szükség.  Gyakran előfordul, hogy az oldószer forrponton tartásával biztosítják a hőelvonást és a reakció számára megfelelő hőmérsékletet.  Az oldószer lehet a reakció szempontjából semleges tulajdonságú vegyület (CS 2, petrol-éter, CHCl 2 -CHCl 2 ), nem reakcióképes, de komplexképző hatású vegyület (nitrobenzol) és lehet maga a szub-sztrátum (benzol). FRIEDEL-CRAFTS REAKCIÓK Befolyásoló tényezők

47  Szubsztrátumként is alkalmas vegyület lehet semleges tulajdonságú hígító is, ha a reakciót aktívabb szubsztrátummal végezzük (pl. naftalin szubsztrátum, benzol hígító)  A nitrobenzol komplexképző hatása mellett azért is alkalmas közege a reakciónak, mivel annak során simán, egyenletesen adja le a katalizátort.  Az oldószer a szubsztituens belépésének a helyét is befolyásolhatja. (Pl. naftalin - acetilklorid reakció esetén etilénkloridban 1-acetil-naftalin, nitrobenzolban 2-acetil-naftalin keletkezik) FRIEDEL-CRAFTS REAKCIÓK Befolyásoló tényezők

48  HCl jelenléte:  A HCl a legtöbb reakció mellékterméke. A katalizátor bomlása során szintén keletkezik. Emiatt célszerű a reakcióelegyet gyenge vákuum alatt tartva, vagy a reakcióelegy szempontjából inert gáz átbuborékoltatásával eltávolítani a reakcióelegyből.  Az olyan típusú reakciók esetén, ahol a HCl átmeneti klór vegyületek képződése miatt szükséges, a fenti módszert nem kell alkalmazni (pl. alkohol vagy olefin aktív komponens esetén). FRIEDEL-CRAFTS REAKCIÓK Befolyásoló tényezők

49 FRIEDEL-CRAFTS REAKCIÓK Alkalmazási lehetőségek  Aromás vegyületekre történő alkilezés során alkil csoport vihető be az alábbi aktív komponensekkel a Friedel-Crafts reakciók alkalmazásával:  Alkil halogenidek  Olefinek  Acetilén származékok

50 Aktív komponensek:  Alkoholok  Merkaptánok  Tiocianátok FRIEDEL-CRAFTS REAKCIÓK Alkalmazási lehetőségek

51 Aromás vegyületek dihalogénezett alkilvegyülettel vagy halogénezett alkil oldallánccal cikloalkilezhetők FRIEDEL-CRAFTS REAKCIÓK Alkalmazási lehetőségek

52 FRIEDEL-CRAFTS REAKCIÓK Alkalmazási lehetőségek Aromás vegyületek aromás vegyületekkel és aril halogenidekkel arilezhetők. Aralkil vegyületek izomerizálhatók.

53 FRIEDEL-CRAFTS REAKCIÓK Alkalmazási lehetőségek  Acilezés savval, savkloriddal, foszgénnel, savanhidriddel, keténnel végezhető. A termék keton.

54 ELŐÁLLÍTÁS CÉLJA ÉS ELVE  Az első, ipari méretekben megvalósított alifás alkilezés, izoparaffinok alkilezését olefinekkel kénsav katalizátor jelenlétében még 1938-ban fejlesztették ki.  Az eljárás egyszerűsége, a katalizátor olcsósága, a nyersanyagok variálhatósága és a termék jó minősége miatt az eljárást még jelenleg is használják az iparban.  Izobután, izopentén, és izohexán 97%-os kénsav jelenlétében viszonylag könnyen alkilezhető, nagy oktánszámú termékek keletkeznek, amelyek motorhajtó adalékanyagként használatosak.  Az oktánszámot a motorhajtó üzemanyagokra a n-heptán oktán számát 0-nak az izooktán oktán számát 100-nak véve úgy határozzák meg, hogy annak kopogási tulajdonsága milyen térfogatszázalék izooktán tartalmú izooktán - normál heptán elegy kopogási tulajdonságával egyezik meg. Izooktán előállítása alkilezéssel

55 Előállítás Friedel-Crafts reakcióval  Az izooktán előállítása i zobután alkilezése révén izobuténnel, Friedel Crafts katalizátor, kénsav vagy HF jelenlétében történik. Izooktán előállítása alkilezéssel  I zobutén +i zobután  izooktán

56 ELŐÁLLÍTÁS CÉLJA ÉS ELVE ▀Az alkilezés célja leginkább a végtermék szempontjából lényeges tulajdonságok kialakítása. Motorhajtó adalékanyagok, gyógyszerek, lágyítók, műanyagipari segédanyagok, oldószerek, illatanyagok, műanyagipari monomerek állíthatók elő alkilezéssel. ▀Kémiai adalékanyagok ▀teljesítmény növelés ▀környezetvédelmi előírások kielégítése ▀benzin oktánszámának javítása ▀szénmonoxid képződés csökkentése ▀kibocsátott illékony szerves anyagok VOC reaktivitásának csökkentése Éterek előállítása alkilezéssel

57 ELŐÁLLÍTÁS CÉLJA ÉS ELVE ▀Kiszorították az ólom tartalmú adalékanyagokat. ▀Legelterjedtebben alkalmazott éterek: ▀ metil tercier butil éter (MTBE) ▀etil tercier butil éter (ETBE) ▀tercier amil metil éter (TAME) Éterek előállítása alkilezéssel

58 A TECHNOLÓGIA LEÍRÁSA  Az iparban megvalósított eljárások több változata létezik.  módosítható izobutilén vagy izoamilén reagáltatására metanollal vagy etanollal a megfelelő éterek metil tercier butil éter (MTBE), etil tercier butil éter (ETBE), vagy a tercier amil metil éter (TAME) előállítására.  Mindegyik eljárás savas ioncserélő gyanta katalizátort alkalmaz szabályozott hőmérsékleten és nyomáson.  Az exoterm reakció hőmérséklet szabályozása fontos a konverzió maximalizálása és a nem kívánatos mellékreakciók és a katalizátor deaktiválódás minimalizálására.  A reakciót általában két lépcsőben valósítják meg kis alkohol felesleggel a 99 % feletti izoolefin konverzió biztosítására.  A különböző eljárások között a reaktor konstrukciójában és a hőmérsékletszabályozás módjában van különbség. Éterek előállítása alkilezéssel

59 BETÁP ÉS TERMÉK ÁRAMOK  Izobutilén és/vagy izoamilén és metanol (vagy etanol) szükséges az MTBE (vagy ETBE) és TAME előállításához.  Az izobutilén előállítása többféle olajfinomító forrásból származik:  Fluidizációs Katalitikus Krakkoló (FCC) és kokszoló egységből származó könnyűbenzin;  a benzin gőzős krakkolásából melléktermék vagy az etilén és a propilén gyártásból származó könnyű szénhidrogének;  az izobután katalitikus dehidrogénezéséből valamint a tercier butil alkohol a propilén oxid gyártás mellékterméke Éterek előállítása alkilezéssel

60 MTBE / ETBE gyártási eljárás Éterek előállítása alkilezéssel vagy ETANOL BETÁP ETBE TEREMÉK ETANOL /

61 MTBE gyártási eljárás  A betáp áramokat a primer rektor tetejére történő bevezetés előtt lehűtik.  A primer reaktorban lévő katalizátor apró gyöngy szemcsés fixágyas katalizátor.  A reakcióelegy átáramlik a katalizátor rétegen, amelyben kb °C és 14 barg nyomás van, fentről lefelé áramolva és a reaktor alján lép ki.  A primer rektorból kilépő reakcióelegy étert, metanolt és el nem reagált izobutilént tartalmaz, valamint kismennyiségű paraffint, amely a betápból származik.  A kilépő áram egy részét lehűtik és visszavezetik a reaktor tetejére a hőmérséklet szabályozás céljából. Éterek előállítása alkilezéssel

62 MTBE gyártási eljárás  A primer reaktorból kilépő áram másik részét bevezetik a szekunder reaktor középső részébe, a katalizátor réteg alá.  Az étert fenéktermékként távolítják el a szekunder reaktorból, amelyben a nem reagált izobutilén és olefin gőzök a katalizátor rétegen felfelé áramolva éterré alakulnak.  A szekunder reaktor tetején kilépő gőzöket lehűtik és reflux kondenzátorban kondenzáltatják.  A kondenzátumból a metanolt egy vizes mosótoronyban kimossák és a keletkező vizes metanol elegyből desztillációval visszanyerik a metanolt és visszavezetik a primer reaktorba. Éterek előállítása alkilezéssel

63 TIFO-MOL  A Tiszai finomító termékstruktúrájának szélesítése jegyében épült meg és működik óta a metil-tercier-butiléter üzem, amely magas oktánszámú, környezetbarát benzinkomponenst állít elő izobutilén tartalmú C4-frakció és metanol felhasználásával. Ehhez az üzemhez egy, az Izobutilén Kft. tulajdonát képező, nagytisztaságú izobutilént gyártó egység kapcsolódik, ami az MTBE bontásával állítja elő a termékeket.  Az MTBE üzem megtekintése gyakorlati foglalkozás keretében szerepel az oktatási programban. MTBE gyártás Magyarországon Éterek előállítása alkilezéssel

64  márciusában Gray Davis California kormányzója rendeletben elrendelte az MTBE (Met i l T ercier butil éter ) üzemanyag adalékanyagként történő betiltását California államban, mivel a Californiai ivóvíz kutakban a megengedett egészségügyi határértéket meghaladó koncentrációban találtak MTBE-t, amely egyes kutatók feltételezése szerint rákkeltő hatású.  Ennek a problémakörnek a megoldására az ETBE ( etil tercier butil éter) alkalmazását javasolják az MTBE helyettesítésére. MTBE alkalmazási problémái Éterek előállítása alkilezéssel

65  A MOL-csoport termékfejlesztési politikájában évek óta kiemelkedő fontosságú termékek környezetre gyakorolt hatásainak javítása. Így, miután több lépcsőben áttért e k a kénmentesnek tekinthető üzemanyagok gyártására, hamarosan megkezd i k egy biológiai eredetű alapanyagokból előállított üzemanyag-komponens, a bio-ETBE gyártását és az üzemanyag adalék termékekben az MTBE helyett történő felhasználását.  Megtörtént az MTBE (metil-tercier-butil-éter) üzem átalakítása bio-ETBE üzemmé a MOL Dunai Finomítójában, Százhalombattán. A bio-ETBE (etil-tercier-butil-éter) mezőgazdasági eredetű etanolból (bioetanol) előállított benzinkomponens, mely azon túl, hogy megújuló alapanyagból készül, olyan tulajdonságokkal rendelkezik, mint a ma oktánszámnövelő komponensként alkalmazott MTBE.  Az EU bioüzemanyagokról szóló közösségi célkitűzéseinek megfelelően a MOL-csoport tovább növelte a bio-ETBE kapacitását: 2005 végére a pozsonyi finomító MTBE üzemét is bio-ETBE üzemmé alakították át.  A bio-etanol adalékanyagok, és a bio-etanol alapú ETBE alkalmazásának további növekedése várható. ETBE gyártás Magyarországon Éterek előállítása alkilezéssel

66


Letölteni ppt "1.EL Ő AD Á S BEVEZETÉS BEVEZETÉS MODERN SZERVES KÉMIAI TECHNOLÓGIA."

Hasonló előadás


Google Hirdetések