MODERN SZERVES KÉMIAI TECHNOLÓGIA

MODERN SZERVES KÉMIAI TECHNOLÓGIA
1.ELŐADÁS BEVEZETÉS

A szerves vegyipar intermedierjei és termékei

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+ H2)  ammónia és a metanol

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

Nagy Volumenű Szerves Vegyületek BAT bemutató folyamatai
Al-ágazat Bemutató folyamat Kisebb olefinek Olefinek előállítása pirolízissel Aromások Benzol/toluol/xilolok BTX Oxigén tartalmú vegyületek Etilénoxid és etilén-glikolok Formaldehid Nitrogén tartalmú vegyületek Akrilnitril Toluol-diizocianát Halogén tartalmú vegyületek Diklóretán (DKE) és vinilklorid monomer (VCM)

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

Etilén alapanyag deriváltjai

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) 8

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 9

Metán – szintézis gáz alapanyag deriváltjai
Metán  szintézis gáz (CO+ H2)  Metanol Formaldehid  Formaldehid + Fenol  Fenol-formaldehid gyanták Formaldehid + Anilin MDA MDI PUR 10

Benzol, toluol alapanyag deriváltjai

Benzol alapanyag deriváltja MDI

Toluol alapanyag deriváltja -TDI

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

ALKILEZÉS

Alkilezés Az alkilező reakciók csoportositása:
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

Alkoholok Alkilező szerek
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 reakciótípust a Friedel-Crafts reakciók között tárgyaljuk.

Alkil-halogenidek Alkilező szerek
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 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.

Oxisav-észterek Alkilező szerek
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.

Oxisav-észterek Alkilező szerek
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.

Oxirán-gyűrűs vegyületek
Alkilező szerek Oxirán-gyűrűs vegyületek 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 Oxirán-gyűrűs vegyületek Poliéter lánc alakítható ki velük. Ez vízoldhatóvá 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-gyűrűs vegyületekkel rendkívül robbanásveszélyes tulajdonságú komplex vegyületeket képezhetnek.

Különböző vegyületek alkilezése
Hidroxil csoport alkilezése 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 Gőzfázisban a reakció Al2 O3, Al2 (SO4 )3 vagy Al3 (PO4)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 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 halogénvegyület forrpontjától függően - az ennek eléréséhez szükséges nyomás kell

Hidroxil csoport alkilezése c.) Egyéb módszerek Alkoholos hidroxil olefinekkel addíciós reakcióban észteresíthető. 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 Al2O3 jelenlétében is elvégezhető a reakció.

N alkilezés 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 Al2O3 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 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

C alkilezés 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 A CH2 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

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

Alkilezést befolyásoló tényezők
Koncentráció 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.

Hőmérséklet 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 oxirángyűrűs alkilezések szintén enyhén exotermek ezért ritkán végzik őket 180 °C-nál magasabb hőmérsékleten.

Nyomás A molszám csökkenéssel járó reakciók esetén a nyomás növelése gyorsítja a reakciót (L’Chateliér-Brown elv). Gyakran alkalmazzák a nyomás növelést olyan esetben is amikor nincs molszám változás. Ilyenkor részben a magasabb hőmérséklet elérése forráspont növekedés által (reakciósebesség növelés) és részben a jobb oldékonyság biztosítása a cél.

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.

FRIEDEL-CRAFTS REAKCIÓK
Fogalma Friedel Crafts reakcióknak nevezzük a Lewis savakkal (AICl3, ZuCl2 , Fe Cl3, BF3, TiCl4 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:

Fogalma Elsőrendű 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.

Használt aktív komponensek

Használt aktív komponensek 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 mol felesleg szükséges, amennyi 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

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.

Befolyásoló tényezők A katalizátor tisztasága és szemcsemérete: Ipari célokra általában AlCl3 -ot használnak. Ezt levegőtől elzárva kell tárolni (zárt dobokban), mivel nedvesség hatására HCl lehasadása közben bomlik. Színe az FeCl3 szennyezéstől általában sárgás, de sem ez, sem a szintén előforduló TiCl4. szennyeződés nem csökkenti - sőt az utóbbi kismértékben növeli az aktivitását. A reakcióelegy az esetek többségében heterogén. Az AlCl3 nem oldódik benne.

Befolyásoló tényezők 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 AlCl3 adagolása valamilyen dugattyús adagolóval vagy szállítócsigával történik, a túl apró szemcsék összetapadva eltömhetik az adagoló berendezést. Ha a reakcióhoz csak katalitikus mennyiségű AlCl3 szükséges, pórusos hordozóra felvíve is használható. Poláros oldószerrel, vagy a reaktánssal gyakran képződik oldható komplex. Ilyenkor a szemcseméret érdektelen.

Befolyásoló tényezők 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 AlCl3 hatására. Ha a szubsztrátum nem elég aktív, melegíteni kell a reakcióelegyet. A hőmérséklet ritkán haladja meg a oC-t. A hőmérséklet emelésének hatására izomerizációs reakciók is lejátszódhatnak (AlCl3 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.

Befolyásoló tényezők 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 (CS2, petrol-éter, CHCl2 -CHCl2 ), nem reakcióképes, de komplexképző hatású vegyület (nitrobenzol) és lehet maga a szub-sztrátum (benzol).

Befolyásoló tényezők 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)

Befolyásoló tényezők 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).

Alkalmazási lehetőségek
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

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

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

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

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

ELŐÁLLÍTÁS CÉLJA ÉS ELVE
Izooktán előállítása alkilezéssel 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.

Előállítás Friedel-Crafts reakcióval
Izooktán előállítása alkilezéssel Előállítás Friedel-Crafts reakcióval Az izooktán előállítása izobután alkilezése révén izobuténnel, Friedel Crafts katalizátor, kénsav vagy HF jelenlétében történik. Izobutén + izobután  izooktán

Éterek előállítása alkilezéssel 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 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
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.

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

MTBE / ETBE gyártási eljárás
Éterek előállítása alkilezéssel MTBE / ETBE 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. A primer reaktorból kilépő áram másik részét bevezetik a szekunder reaktor középső részébe, a katalizátor réteg alá. Az étert fenék termékként 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. ETANOL / vagy ETANOL BETÁP ETBE TEREMÉK

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.

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.

MTBE gyártás Magyarországon
Éterek előállítása alkilezéssel MTBE gyártás Magyarországon 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 alkalmazási problémái 1999. márciusában Gray Davis California kormányzója rendeletben elrendelte az MTBE (Metil Tercier 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.

ETBE gyártás Magyarországon A MOL-csoport termékfejlesztési politikájában évek óta kiemelkedő fontosságú termékek környezetre gyakorolt hatásainak javítása. Így, miután több lépcsőben áttértek a kénmentesnek tekinthető üzemanyagok gyártására, hamarosan megkezdik 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.

Köszönöm a figyelmet!

MODERN SZERVES KÉMIAI TECHNOLÓGIA

Hasonló előadás

Az előadások a következő témára: "MODERN SZERVES KÉMIAI TECHNOLÓGIA"— Előadás másolata:

Hasonló előadás

Projectumról

Visszajelzés

Bejelentkezés

A társadalmi hálózaton keresztül belépni:

MODERN SZERVES KÉMIAI TECHNOLÓGIA

Hasonló előadás

Az előadások a következő témára: "MODERN SZERVES KÉMIAI TECHNOLÓGIA"— Előadás másolata:

Hasonló előadás

Projectumról

Visszajelzés