Použití benzenu

Hlavní aplikace benzenu – výroba styrenu – jsou uvedeny v oddíle věnovaném použití ethylenu. Z hlediska obecného významu a speciálně pro ČR je dalším nejvýznamnějším derivátem benzenu anilín.

Anilín

Anilín má pro ČR mimořádný význam. Jednak je jeho výroba instalovaná v BC-MCHZ v Ostravě kapacitně (150 tis.tun ročně) významná i z evropského hlediska, jednak je technologická vyspělost výroby natolik pokroková, že je tento podnik licenzorem technologie a postup je prodáván i do zahraničí. Nutno zde vzpomenout technologickou propracovanost postupu i vysokou kvalitu vlastního hydrogenačního Cu katalyzátoru. Úspěch technologie „českého anilínu“ je spjat s týmem prof. Paška z VŠCHT. Syntéza anilínu, který je vstupní branou do světa moderních polymerů – polyuretanů, má dva kroky:

  • Výroba nitrobenzenu nitrací benzenu
  • Hydrogenace nitroskupiny nitrobenzenu na aminobenzen (anilín)
Základní reakční schéma.
Základní reakční schéma.

V prvém reakčním uzlu reaguje benzen s nitrační směsí (směs kyseliny dusičné a sírové). V nitrační směsi je zvýšená koncentrace kationu +NO2 . Nitrace směsí kyseliny dusičné a sírové je exotermní reakce, provádí se při teplotě 60 ­ 80 °C. Již zmíněným mechanismem elektrofilní substituce dochází k tvorbě nitrobenzenu. Po oddělení kyselin a alkalickém praní se mononitrobenzen (MNB) hydrogenuje v reaktorovém uzlu, který kombinuje trubkové a adiabatické reaktory. Katalyzátorem jsou oxidy mědi a zinku na nosiči. Tlak je 2-3 bar, teplota 250 až 280 °C. Výtěžek anilínu (vzhledem k nitrobenzenu) je 99,2 %, zbytkový obsah nitrobenzenu je do 5 ppm. Principem hydrogenace nitroskupiny, která rozhoduje o úspěšnosti postupu, je vysoká konverze a selektivita, tedy úplné zamezení hydrogenace aromatického kruhu. Anilin se používá na výrobu methylendifenyldiizokyanátů ­ obecně používané zkratky MDI (cca 73 %), gumárenských chemikálií (18 %), barviv a jiných chemikálií. Při výrobě MDI je nejprve anilín kondenzován s formaldehydem na methylendianilín (MDA) (kromě 4,4´-MDA vznikají i 2,4´-MDA, 2,2´-MDA a oligomery MDA).



Metylendianilín reakcí s fosgenem (karbonylchlorid) poskytuje metylendifenydiizokyanát (MDI).



Světová výroba MDI je cca 2,6 mil. t (r. 2001), používá se směsný MDI (směs 4,4´-MDI, 2,4´-MDI, 2,2´-MDI a oligomerů MDI) pro některé aplikace se izoluje 4,4´-methylendifenyldiizokyanát (4,4´­MDI). MDI se používá na výrobu tuhých polyuretanových pěn (např. na izolace lednic a mrazáků), při výrobě obuvi, polyuretanových elastomerů, v automobilovém průmyslu aj..

Cyklohexan

Princip výroby cyklohexanu (hydrogenace benzenu) je patrný z rovnice. V té je naznačena rovněž hlavní nežádoucí reakce vedoucí k obtížně oddělitelnému methylcyklopentanu.



Pro hydrogenaci benzenu na cyklohexan se používá postup v kapalné i v parní fázi. Hydrogenace v parní fázi využívá katalyzátory na bázi vzácných a ušlechtilých kovů (platina a nikl), které jen zřídka vyžadují výměnu. Kapalný proces používá Raneyův nikl, nebo rozpustný katalyzátor na bázi niklu. Protože hydrogenace benzenu je vysoce exotermní, je specifickým rysem procesu maximální rekuperace uvolněného tepla (např. výroba páry pro potřeby ohřevu). V ČR tato technologie není instalována.

Většina cyklohexanu se oxiduje na cyklohexylhydroperoxid, který se rozkládá na směs cyklohexanolu a cyklohexanonu.



Oxidace se provádí v kapalné fázi při teplotě 140 ­ 180 °C, tlaku 0,8 ­ 2,0 MPa a obvykle v přítomnosti solí kobaltu jako katalyzátoru. Konverze je jen 4 ­ 6 %, cyklohexanol a cyklohexanon se oxidují snáze než cyklohexan. Ze směsi cyklohexanolu a cyklohexanonu se katalytickou oxidací kyselinou dusičnou vyrábí kyselina adipová.



Reakce je vysoce exotermní, vyžaduje se intenzivní chlazení reaktoru. Pracuje se typicky při teplotě 60 ­ 80 °C, tlaku 0,1 ­ 0,4 MPa a s použitím měděných a vanadových katalyzátorů. Získaná kyselina adipová se přečišťuje krystalizací. Téměř 80 % kyseliny adipové se používá na výrobu nylonu 66, zbytek na výrobu esterů (adipátů), které se používají jako změkčovadla (plastifikátory) a na výrobu polyuretanů.

Fenol

Fenol lze vyrábět různými postupy. Doposud nejběžnější je tzv. Hockův postup. Výroba fenolu se zde v principu děje ve třech stupních. Nejprve se vyrobí izopropylbenzen (kumen) alkylací benzenu propylenem. Ve druhém stupni se kumen oxiduje na kumenhydroperoxid. Ve třetím stupni se kumenhydroperoxid rozkládá kyselinou sírovou na fenol a aceton. Prvý stupeň – alkylace benzenu propylenem – je v principu shodná s výrobou ethylbenzenu. Obdobně lze reakci katalyzovat Friedel-Craftsovskými katalyzátory (obvykle chlorid hlinitý) nebo kyselými zeolity. Obdobně je též do reaktorového systému začleněn reaktor transalkylace výšealkylovaných benzenů (DIPB).



Kumen vyráběný propylací benzenu se oxiduje na hydroperoxid podle několika technologických variant: buď vzduchem ve vodné emulzi kumenu obsahující uhličitan sodný při pH 8,5 až 10,5 při teplotě 90 – 130 °C a tlaku 1 MPa nebo nezředěný v kapalné fázi při 120 °C. Jako katalyzátory lze použít soli mědi, manganu nebo kobaltu. Oxidace se vede jen do obsahu hydroperoxidu 35 až 40 %, aby se potlačil vznik vedlejších produktů. Produkt oxidace se pak koncentruje na obsah 65 až 90 % ve vakuových kolonách a poté rozkládá např. zředěnou kyselinou sírovou na fenol a aceton. Vedlejším produktem je α-methylstyren (AMS). Štěpení lze provést buď v homogenním roztoku přídavkem 0,1 až 2 % kyseliny sírové při teplotě 60 až 65 °C nebo heterogenně, to je ve dvou fázích ve 40 % kyselině sírové při teplotě 50 °C.



Asi 50 % fenolu se spotřebuje na výrobu fenolformaldehydových pryskyřic.

Z části fenolu se vyrábí kondenzací s acetonem tzv. Bisfenol A [2,2­bis(hydroxyfenyl)propan], který se používá při výrobě epoxidových pryskyřic a polykarbonátových polymerů.



Kontakty


fiogf49gjkf0d
Vysoká škola
chemicko-technologická
Technická 5
166 28 Praha 6 - Dejvice

Ústav technologie ropy a alternativních paliv
Ing. Daniel Maxa, Ph.D.
daniel.maxa@vscht.cz
Odborný garant

fiogf49gjkf0d
Odborným garantem tohoto portálu je Česká národní rada světové rady pro ropu (WPC). Česká národní rada reprezentuje Českou republiku ve Světové radě pro ropu.

WPC


Světová rada pro ropu (World Petroleum Council – WPC) je mezinárodní nevládní organizace, jejíž cílem je prosazování využití vědeckého pokroku, přenosu technologií a posuzování ekonomických, finančních, environmentálních a sociálních vlivů na využívání ropy. Více informací...

Odběr novinek


Přihlásit k odběru novinek
Partner projektu

Česká asociacepetrolejářského průmyslua obchodu

Česká asociace
petrolejářského průmyslu
a obchodu

fiogf49gjkf0d
Česká asociace petrolejářského průmyslu a obchodu (ČAPPO) je dobrovolným zájmovým sdružením petrolejářských společností, které trvale provozují na území České republiky tyto činnosti: • zpracování ropy • dovoz ropy a ropných výrobků • export výrobků z českých rafinérií • tuzemský velkoobchod s ropou a ropnými výrobky • provozování sítě čerpacích stanic pohonných hmot. Více informací...