3 روش مهم تولید استون

دی متیل کتون (استون، پروپانون) ساده ترین و از لحاظ مقدار تولید، مهم ترین کتون آلیفاتیک است. استون با بسیاری از حلال های آلی و همچنین آب در تمام نسبت ها مخلوط می شود.

استون

استون حلالی عالی برای رزین های نیترو سلولز، سلولز استات، سلولز اترها، لاستیک کلره، اکثر رزین های طبیعی، پلی وینیل استات، پلی آکریلات ها،رزین های آلکیدی و تعدادی از رزین های مصنوعی دیگر می باشد. استون همچنین حلال مناسبی برای چربی ها، روغن ها و نرم کننده های معمولی است. همچنین یکی از کاربردهای عمومی آن استفاده به عنوان لاک پاک کن می باشد.

برخی از کاربردهای استون

روش های مهم تولید استون

1- اکسیداسیون مستقیم پروپن طبق روش واکر – هوخست

جالب ترین فرآیند تولید استون، فرآیند واکر هوخست است که از 1964 در مقیاس صنعتی به بهره برداری رسیده است. طبق این روش پروپن بااکسیژن هوا در مجاورت یک سیستم کاتالیستی دارای PdCl₂ در فاز مایع در دمای 120-110 درجه سانتیگراد و فشار 14-10 بار به طور مستقیم به استون اکسیده می شود:

استون با گزینش پذیری 92% محصول اصلی است. به صورت جانبی مقداری پروپیون آلدهید با گزینش پذیری حدود 4-2% به دست می آید. واکنش پذیری پروپن بیش از 99% است. مشابه اکسیداسیون اتیلن به استالدهید، PdCl₂ به Pd احیا شده است و از طریق سیستم ردوکس CuCl₂– CuCl به پالادیم دو ظرفیتی مجدداً اکسیده می شود.
مانند فرآیند استالدهید اینجا نیز دو امکان برای اجرای فرآیند صنعتی وجود دارد:

الف- پروپن و O₂ به طور همزمان با کاتالیست واکنش می دهد.
ب- به طور جداگانه واکنش کاتالیست با پروپن و سپس با O₂ یا هوا انجام می گیرد.

به دلایل اقتصادی، فرآیند دو مرحله ای دارای ارجحیت است زیرا در این روند می توان از مخلوط پروپن و پروپان استفاده کرد به صورتی که در فرآیندهای تجزیه به دست می آیند. پروپان مانند گاز خنثی عمل می کند یعنی در واکنش شرکت نمی کند. استون در تقطیر دو مرحله ای از ترکیب ها با نقطه جوش پایین تر و بالاتر جدا می شود.

اکسیداسیون به روش واکر

2- هیدروژن زدایی از ایزوپروپانول (ایزوپروپیل الکل)

در سال 1970، برای مثال در ایالات متحده امریکا، حدود 60-50% مجموع تولید استون از ماده اولیه ایزوپروپانول بود. در سطح جهانی فرآیند کیومن با محصول همراه استون در مکان اول تولید این ماده قرار گرفته است. مانند فرمالدهید و استالدهید از الکل های مربوطه، برای ایزوپروپانول نیز هیدروژن زدایی اکسایشی در دمای 600-400 درجه سانتیگراد روی کاتالیست Ag یا Cu همچنین روند هیدروژن زدایی خالص در دمای 400-300 درجه سانتیگراد روی ZnO یا در دمای 500 درجه سانتیگراد و فشار 3 بار روی کاتالیست های Cu و یا برنج (مسینگ) امکان پذیر است. روش برتر، هیدروژن زدایی است. این روش در فاز گازی، برای مثال با ZnO طبق فرآیند شرکت استاندارد اویل، با حدود 98% واکنش پذیری ایزوپروپانول و 90 درصد گزینش پذیری به استون انجام می گیرد:

با کاتالیست هایی مانند کرومیت مس که قدرت تراکم کنندگی نیز دارند، متیل ایزوبوتیل کتون به عنوان محصول جانبی تشکیل می شود. علاوه بر این یک اکسایش فاز مایع ایزوپروپانول وجود دارد که شرکت شل و دوپونت بیشتر برای تهیه هیدروژن پراکسید (H₂O₂) استفاده می کند. در این فرآیند ایزوپروپانول در دمای 140-90 درجه سانتیگراد و فشار 4-3 بار با O₂ و مقدار کمی H₂O₂ به عنوان آغازگر در یک واکنش رادیکالی اکسیده می شود:

واکنش پذیری ایزوپروپانول حدود 15% و گزینش پذیری H₂O₂ و استون به 87% و 93% می رسد.

3- تولید همزمان استون در فرآیند فنول طبق روش هوک

کیومن یا ایزوپروپیل بنزن یکی از مهم ترین مواد حدواسط است که از دهه 1950 بر طبق فرآیند هوک در تولید فنول و استون استفاده می شود. کیومن در صنعت تنها از طریق آلکیل دار کردن بنزن با پروپن تهیه می شود. در کشورهای مهم صنعتی میزان مصرف پروپن برای تولید کیومن حدود 8-7 درصد وزنی مجموع مصرف پروپن است.

تهیه کیومن

واکنش در فاز مایع یا گازی صورت می پذیرد. به عنوان کاتالیست، مانند اتیل دار کردن بنزن، از سیستم فریدل- کرافت یا ترکیب هایی که پروتون می دهند استفاده می شود. شرایط واکنش برای آلکیل دار کردن با پروپن به طور عام ملایم تر است تا با اتیلن زیرا پروپن آسان تر پروتون دار می شود.
در فرآیند فاز مایع از H₂SO₄ یا AlCl₃ در دمای 40-35 درجه سانتیگراد، برای مثال طبق فرآیند گلوک- مونسانتو یا طبق فرآیند هولس با HF در دمای 70-50 درجه سانتیگراد با فشار حدود 7 بار استفاده می شود. برای مثال طبق فرآیند UOP، با HF₂^–, H₃PO₄/SiO₂ به عنوان شتاب دهنده در دمای 250 -200 درجه سانتیگراد و فشار 40-20 بار با مخلوط پروپان- پروپن انجام می گیرد. مخلوط گاز باید دارای تنها مقدار کمی اتیلن یا سایر الفین ها باشد، زیرا آن ها نیز می توانند در آلکیل دار کردن شرکت کنند. پروپان و سایر ترکیب های اشباع مزاحم واکنش نیستند زیرا بدون تغییر باقی می مانند. به دلایل زیر باید در حین واکنش بخار آب، روی کاتالیست عبور داده شود:

1- گرمای واکنش از طریق آب جذب و کنترل می شود.
2- اسید فسفریک از طریق تشکیل هیدرات بهتر بر روی حامل ثابت شود.

علاوه بر آن، اغلب از بنزن بیشتری استفاده می شود تا پروپیل دار شدن بیشتر کیومن به صورت کمتری انجام پذیرد. گزینش پذیری نسبت C₆H₆ و C₃H₆ به ترتیب 97-96% و 92-91% می رسد. به عنوان محصول های جانبی، بیشتر دی و تری ایزوپروپیل همچنین پروپیل بنزن تشکیل می شود. کیومن از طریق تقطیر تا درجه خلوص بیش از 99/5% به دست می آید. بهینه سازی فرآیند با کمک آلکیل دار کردن انتقالی برای مثال طبق فرآیند مونسانتو- لوماس انجام می گیرد تا محصول های دارای آلکیل بیشتر برای افزایش بازده کیومن مورد استفاده قرار گیرند.

بیشتر فرآیندها امروزه طبق روند UOP انجام می گیرد. در سال 1991، حدود 90% تولید جهانی کیومن بر این اساس انجام می گرفت. تکامل در فرآیندهای جدید مربوط به استفاده از کاتالیست های زئولیت، برای مثال توسط ABB لوماس کرست- نورا کم است. ارجحیت این سیستم غیر خورنده بودن آن است. علاوه بر آن، تقریباً بازده واکنش به نزدیک 100 درصد می رسد و به این صورت به ظرفیت تاسیسات افزوده می شود. از کیومن تقریباً تنها برای تهیه فنول طبق فرآیند هوک استفاده می شود. از محصول آلکیل دار شده بنزن که دارای کیومن است همچنین برای بهینه کردن عدد اکتان بنزین استفاده می شود.