Другие методы получения ацетона

Ацетон получается также в качестве побочного продукта в синтезе аллилового спирта из изопропилового спирта и акро­леина:

СН3–СН(ОН) –СН3 + СН2=СН–СНО → СH2=СН–СН2ОН + СН3–СО–СН3

Эта реакция проводится в паровой фазе при 350–450 °С и атмосферном давлении в присутствии катализатора – смеси оки­си магния и окиси цинка.

Данный процесс, так же как и процесс получения ацетона и перекиси водорода из изопропилового спирта, является состав­ной частью синтеза глицерина по методу американской фирмы «Shell Chemical Со.»:

а) пропилен → изопропиловый спирт → ацетон + перекись водорода

б) пропилен → акролеин

в) акролеин + изопропиловый спирт → аллиловый спирт + ацетон

г) аллиловый спирт + перекись водорода → глицерин.

Значительные количества ацетона производят из этилового спирта, ацетилена и уксусной кислоты. Все три процесса по механизму, вероятно, сходны между собой.

Реакция

2С2Н5ОН + Н2О → СН3СОСН3 + СО2 + 4Н2

протекает при взаимодействии паров этилового спирта и воды в присутствии катализатора — окиси железа, активированной известью; температура процесса 470 °С. Водной промывкой из контактных газов выделяют ацетон в виде 5%-ного водного раствора. Выход ацетона по этиловому спирту составляет 86% [2]. Катализатор нуждается в периодической регенерации, общий срок его службы — 6 месяцев. Реакцию

2СН=СН + ЗН2О → СН3СОСН3 + СО2 + 2Н2

проводят пропусканием ацетилена в смеси с избытком водяного пара над катализатором, состоящим из окисей цинка ижелеза. Процесс протекает при той же температуре (470 °С), что и син­тез ацетона из этилового спирта. Катализатор периодически ре­генерируют. При промывке контактных газов водой получают 10%-ный водный раствор ацетона, который подвергают ректи­фикации. Выход ацетона равен 85% от теоретического. Эта реакция успешно осуществлялась даже при применении газа, содержащего 8% ацетилена («разбавленный» ацетилен).

В обоих описанных процессах ацетон получается, по-видимому, в результате декарбоксилирования промежуточно образую­щейся уксусной кислоты, способность которой превращаться в (СН3)2СО при нагревании с солями металлов (например, с аце­татом кальция) известна уже давно.

Это обстоятельство использовано для оформления в промыш­ленном масштабе процесса производства ацетона пропусканием паров уксусной кислоты над окисью церия (осажденной на пемзе) при 400—450 0С и атмосферном давлении:

2СН3СООН → СН3СОСН3 + СО2 + Н2О

Выход ацетона достигает 95% от теоретического.

Одним из путей получения ацетона в промышленности яв­ляется каталитическое окисление пропан-бутановых смесей при низкой температуре и высоком давлении, осуществленное вСША фирмами «Gelanese Corporation of America» и «Warren Petroleum Co.».

Наряду с ацетоном в этом процессе образуются также ук­сусная кислота (главный продукт), метилэтилкетон, ацетальдегид, метанол, муравьиная, пропионовая и масляная кислоты и различные лактоны.

Недавно была показана возможность синтеза ацетона пря­мым окислением пропилена в присутствии хлористого палладия. Сообщают, что пропилен легко превращается в ацетон в тече­ние 5 мин при 20 °С; выход ацетона составляет 90% от теоре­тического.

Процесс окисления пропилена, выражаемый суммарным уравнением

СН3СН=СН2 + 0.5 О2 → СН3СОСН3

протекает в две стадии:

а) СН3СН=СН2 + РbС12 + Н2О → СН3СОСН3 + Рb + 2НС1

б) Рb + 2НС1 + 0.5 О2 → Рb С12 + Н2О

На практике процесс осуществляется значительно сложнее. Реакционной средой является водный раствор солей палладия, железа и меди. В этот раствор пропускают олефин. Хлористый палладий дает с олефином комплекс, который легко разру­шается с образованием карбонильного соединения, металличе­ского палладия и соляной кислоты. Металлический палладий немедленно окисляется в хлорид солями железа и меди, кото­рые при этом переходят в соли низшей валентности. Окисление солей меди и железа в соли с высшей валентностью осущест­вляется кислородом (или кислород-азотной смесью). Таким об­разом, указанные соли являются переносчиками кислорода.

Процесс может быть оформлен в одну стадию, если в реак­тор, содержащий раствор солей, одновременно поступают оле­фин и кислород, или в две стадии, когда олефин и кислород подаются в два отдельных реактора, между которыми цирку­лирует раствор солей. Такой способ окисления олефинов в настоящее время раз­работан применительно к процессу получения ацетальдегида из этилена. Наконец, как уже указывалось, ацетон полу­чается в качестве побочного продукта в синтезе фенола по кумольному методу. Этот метод значительно сложнее технологически, но при реализации достаточно больших объёмов производства позволяет намного снизить себестоимость продукта.

Мировой рынок ацетона

Мировые мощности по производству ацетона на текущий момент находятся на уровне 6,5 млн. тонн. Производство ацетона сосредоточено в Северной Америке, Азиатско-Тихоокеанском регионе и Западной Европе, где расположено соответственно 31%, 30% и 27% мировых мощностей. В сумме на эти регионы приходится 89,4% мирового выпуска ацетона.

Объем мирового потребления ацетона в 2007 году составило5,8 млн. тонн, средние темпы роста в 2005-2007 – 6,5%. Наиболее емкий рынок для ацетона – циангидрин, который является промежуточным соединением в процессе синтеза метилметакрилата (ММА) и метакриловой кислоты. Практически весь ММА используется в производстве полиметилметакрилата (ПММА), который используется в производстве таких изделий, как окна, прозрачные крыши, осветительные приборы, в автомобилестроении и пр. Метакрилаты также используются в производстве латексных покрытий.

Несмотря на то, что в ближайшие годы ожидаются хорошие темпы роста спроса на метилметакрилат и его производства (на 3-5% в год), спрос на ацетон в данном сегменте будет расти более медленными темпами. Связано это с развитием альтернативных методов производства ММА, в которых ацетон не используется. В частности, новый завод компании Lucite International мощностью 120 тыс. тонн ацетона в год, строительство которого завершилось в конце 2007 года в Сингапуре, использует в качестве сырья этилен, метанол и диоксида углерода. Degussa на своем шанхайском заводе мощностью 100 тыс. тонн в год планирует планирует использовать С4-процесс основанный на изобутилене (запуск производства намечен на 2008 год). Вторым важным сегментом рынка ацетона является производство бисфенола А. Как было отмечено в главе, посвященной мировому рынку фенола, в ближайшие годы спрос на Бисфенол А на мировом рынке будет расти в среднем на 5-6% в год, что обусловит рост объемов потребления ацетона в этой области.

Другие сегменты рынка ацетона включают в себя использование его в растворителях, где рост не будет превышать 1% в год. Рост спроса на ацетон со стороны производителей альдегидов в ближайшие годы будет на уровне 3%.

Около 90% ацетона производится кумольным способом, в котором 0,62 тонны ацетона получается в процессе производства 1 тонны фенола. В связи с этим динамика объемов производства ацетона будет напрямую зависеть от конъюнктуры рынка фенола. В ближайшие пять лет ожидается ввод около 2 млн. новых мощностей по фенолу, что будет обусловлено хорошими темпами роста спроса на этот продукт. При этом спрос на ацетон будет расти медленнее, чем спрос на фенол, в связи с чем вероятно его перепроизводство. Однако, многие аналитики не исключают сбалансированности рынка ацетона за счет снижения объемов его производства из более дорого изопропанола.

В различных регионах мира развитие рынка ацетона будет отличаться. Так, факторами, сдерживающими европейское производство ацетона, будут высокие цены на сырье и низкие темпы роста спроса. В этом регионе темпы роста спроса на ацетон в период 2008-2012 гг. составят 2-3%. Основными движущими силами развития рынка будут бисфенол А и метилметакрилат, где ожидаются наиболее высокие темпы роста – около 5% в год. В то же время рост в сегменте растворителей не превысит 1% в год. Необходимо отметить, что рост спроса не покроет прирост мощностей в регионе: такие крупные продуценты, как Ineos Phenol, Ertisa и Borealis работают над наращиванием мощностей, но сроки завершения работ откладываются. В то же время BP уже закрыла производство ацетона мощностью 70 тыс. тонн в год в Великобритании (г. Hull), которое базировалось на технологии переработки изопропанола.

В США темпы роста спроса на ацетон до 2010 года будут на уровне 2,9% в год. В данном регионе последние новые мощности были введены в строй в 2005 году, когда был запущен завод компании Ineos в Алабаме мощностью 25 тыс. тонн. В ближайшие годы ввода новых мощностей не ожидается. После некоторого дефицита ацетона в 2007 году на американском рынке, вызванного остановками на ряде крупных производств вследствие природных факторов (Shell Chemicals, Ineos Phenol, Sunoco), рынок будет сбалансированным при загрузке мощностей 90%.

Наиболее динамично будет развиваться азиатский рынок ацетона. Большая часть новых мощностей будет введена в Китае. Так, INEOS Phenol инвестирует в производство фенола/ацетона мощностью 256 тыс. тонн (по ацетону) в Китае. В Сингапуре к 2011 году компания Shell планирует закончить строительство нового производства мощностью 210 тыс. тонн. На Ближнем Востоке запланирована реализация крупного проекта по фенолу – к 2010 планируется завершить строительство производства фенола мощностью 1,35 млн. тонн для поликарбоната Saudi Kayan Petrochemical.

Таким образом, в период 2008-2012 году рост спроса на ацетон будет расти в среднем по миру на 5-6%. Перепроизводства на фоне ввода значительного количества новых мощностей по ацетону, скорее всего, не произойдет, так как при росте объемов производства ацетона на кумольных заводах будет происходить снижение его выпуска на предприятиях, использующих более дорогой и менее рентабельных изопропанол в качестве сырья.

Применение ацетона

§ Сырьё для синтеза многих важных химических продуктов: уксусного ангидрида, кетена, диацетонового спирта, окиси мезитила, метилизобутилкетона,метилметакрилата, дифенилпропана, изофорона, бисфенола А и др.;

(CH₃)₂CO + 2 C₆H₅OH → (CH₃)₂C(C₆H₄OH)₂ + H₂O

Последний широко применяется при синтезе поликарбонатов, полиуретанов и эпоксидных смол.

§ растворитель, например:

§ в производстве лаков

§ в производстве взрывчатых веществ

§ в производстве лекарственных препаратов

§ в составе клея для киноплёнок как растворитель ацетата целлюлозы;

§ компонент для очистки поверхностей в различных производственных процессах

§ Как очиститель инструмента и поверхностей от монтажной пены — в аэрозольных баллонах.

§ широко используется для хранения ацетилена, который не может храниться под давлением в чистом виде из-за опасности взрыва. Для этого используют ёмкости с пористым материалом, пропитанные ацетоном. 1 литр ацетона растворяет до 250 литров ацетилена.

Лабораторное применение

§ в органической химии в качестве полярного апротонного растворителя, в частности в реакции алкилирования

ArOH + RHal + K₂CO₃ → ArOR + KHal + KHCO₃

§ для окисления спиртов в присутствии алкоголятов алюминия по Оппенауэру

RR`CHOH + CH<sub>3</sub>C(O)CH<sub>3</sub> → RR`C=O + CH₃CH(OH)CH₃

§ для приготовления охлаждающих бань в смеси с «сухим льдом» и жидким аммиаком до температуры −78 °C.

§ для мытья химической посуды, благодаря низкой цене, малой токсичности, высокой летучести и лёгкой растворимости в воде.

§ для быстрой сушки посуды и неорганических веществ.

Заключение

В процессе производства применяются токсичные вещества, оказывающие вредное влияние на людей и окружающую среду. Это исходные компоненты для синтеза – серная кислота и гидроперекись изопропилбензола и основной продукт синтеза – ацетон.

Ацетон при вдыхании накапливается в организме. Т.к. выводится из организма медленно, возможны хронические отравления. ПДК 200 мг/м3. Для снижения экологической напряжённости производства применяется регенерация серной кислоты, позволяющая снизить отходы производства.

Химическая наука и химическая промышленность в настоящее время являются одними из ведущих отраслей, которые обеспечивают научно технический прогресс в обществе. Интенсивный рост данной отрасли требует создания мощной производственной базы в области основных растворителей и крупнотоннажных реагентов.

В данной работе приведён критический анализ разнообразных способов получения ацетона. Выбрана оптимальная технологическая схема.

Список использованной литературы

1. Отчет Академии Конъюнктуры Промышленных Рынков«Рынок фенола и ацетона в России».

2. Кутепов А. М., Бондарева Т. И., Беренгартен М. Г. Общая химическая технология. М.: Высшая школа, 1990.

3. Общая химическая технология / Под ред. И. П. Мухлёнова М.: Высшая школа, т 1, 2. 1984.

4. Ацетон. Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона: В 86 томах (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.

5. ГОСТ 2768-84. Ацетон технический. Технические условия.