Откуда берутся арены?

Бензол, толуол и ксилолы, как и низшие алкены, используются в производстве практически всех видов конечных химических продуктов - пластических масс, синтетических каучуков, синтетических волокон и растворителей...

Впервые бензол появился в промышленности как попутный продукт коксохимического производства. При пирогенетической, то есть без доступа воздуха, обработке угля в коксовых печах, органическая масса угля разлагается, часть ее переходит в газообразное состояние. При этом органические соединения превращаются в низшие углеводороды - предельные и непредельные, а также в бензол, толуол, ксилолы и некоторые другие вещества. Нужные для дальнейшего производства органические вещества конденсировали в жидкость, а оставшийся газ использовали для обогрева тех же коксовых батарей.

Однако по мере укрупнения коксовых печей стало выгодно комплексное использование продуктов коксования. Из газа стали выделять этилен и другие ценные компоненты. Конденсат коксового газа назвали “сырым бензолом” и стали извлекать из него товарный бензол, ксилолы, нафталин, антрацен и другие вещества ароматического ряда.

<div style="height: 14px;overflow:hidden"><div style="margin-top: 14px;"><a href="http://chemistry.narod.ru/">Мир химии.</a></div></div>

Так продолжалось десятилетиями, и ресурсов коксохимического производства вполне хватало для нужд органического синтеза. Но уже в первые послевоенные годы, когда производство полимеров резко возросло, стало понятно, что только на коксохимическое производство надеяться нельзя - его рост вполне достаточен для металлургии, но вот нужд химии он обеспечить не может. К тому же рост металлургического производства замедлился, а, например, в США и вовсе прекратился. Появилась даже тенденция к абсолютному снижению объемов производства.

К концу 50-х годов уже существовала технология каталитического риформирования прямогонных бензинов для производства высокооктановых компонентов. А что такое риформат? Смесь углеводородов, обогащенная ароматическими веществами. Если учесть, что в некоторых случаях есть возможность поднять содержание ароматических углеводородов в общей смеси до 30%, то становится понятно, что перед нами достаточно богатое сырье для нефтехимического производства.

Только вот как выделить нужные нам компоненты из общей смеси? Пробовали, например, ректификацию. И даже не простую, азеотропную, то есть с добавлением специальных веществ - уводителей, которые образуют с извлекаемым компонентом так называемые азеотропные смеси. Эти смеси отличаются тем, что кипят при существенно более низкой температуре, чем каждый компонент из их состава, и улетучиваются из нагреваемого сырья в строго определенной последовательности.

Скажем, бензол и циклогексан по температуре кипения очень близки, и простой ректификацией их не разделишь. А вот если добавить в смесь реагент, который образует с бензолом (или с циклогексаном) азеотропную смесь, температура кипения которой будет градусов на 15 ниже, то выделить из смеси нужный компонент уже большого труда не составит.

Но предстоит еще разделить саму отогнанную азеотропную смесь на исходные составляющие. Это легко сделать, если уводитель растворяется в воде (например, если взять метанол или ацетон). Тогда полученный азеотроп смешивают с водой, ацетон или метанол растворяются и переходят из углеводородной фазы в водную. Затем смесь расслаивается на два слоя. Верхний, углеводородный раствор сливают, а водный, нижний идет на ректификацию. Органический компонент из него отгоняют и снова возвращают в первоначальный цикл.

Но такая технология связана с большим количеством нагревании и охлаждении, основной процесс существенно усложнен всякими побочными. И потому в 1952 - 54 годах она была заменена экстракцией.

Этот процесс основан на различной растворимости углеводородов в отдельных органических веществах. Если такое вещество ввести в процесс, то ароматические углеводороды образуют с растворителем экстракт, который легко отделяется от оставшейся части - рафината.

Растворитель обычно подбирают с большой плотностью и с такой температурой кипения, чтобы она была больше, чем у бензола или у толуола. Тогда ароматические углеводороды легко отогнать от растворителя-экстрагента путем последующей ректификации.

К растворителю предъявляют и другие требования, определяющие эффективность экстракции. Он должен обладать высокой растворяющей способностью и селективностью - растворять преимущественно нужное вещество. Он должен быть также термически стабилен, не разлагаться при нагревании в кубе отгонки. Он должен еще растворяться в воде, чтобы его можно было отмыть от рафината, уходящего из колонны экстракции. Он должен быть и нетоксичным, и, конечно, недорогим...

Так что, как видите, с этим способом тоже опять-таки не просто. Однако химики смогли все же отыскать несколько подходящих промышленных растворителей. Первым был предложенный американскими химиками диэтиленгликоль HO-CH₂CH₂OCH₂CH₂-OH. Этот двухатомный спирт не утратил своего промышленного значения и по сегодняшний день. Затем были найдены другие, более эффективные растворители - триэтиленгликоль HO-[-CH₂CH₂O-]₃-OH, тетраэтиленгликоль HO-[-CH₂CH₂O-]₄-OH, сульфолан C₄H₆SO₂, морфолин C₆H₅N==O и другие. В конце концов, в результате более чем тридцатилетних опытов, поставленных нефтехимиками разных стран, было установлено, что лучший растворитель для ароматических углеводородов - сульфолан. Это сераорганическое соединение обеспечивает соотношение растворитель: сырье близкое к теоретическому. Для бензола C₆H₆, например, оно равно 2,5.

Органическая    Агрохимия    Геохимия    Термохимия   Радиохимия    Фотохимия    Аналитическая    Экохимия   Нефтехимия

Мир Химии. www.chemistry.narod.ru