Propilenă

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită pe 20 noiembrie 2020; verificările necesită 6 modificări .
Propilenă [1] [2] [3]
General

Nume sistematic		 propenă
Nume tradiționale propilenă, metiletilenă
Chim. formulă C3H6 _ _ _
Şobolan. formulă CH 2 \u003d CH - CH 3
Proprietăți fizice
Stat Gaz
Masă molară 42,081 g/ mol
Densitate

1,81 kg/m 3 (gaz la 1,013 bar, 15 °C)

1,745 kg/m3 ( gaz la 1,013 bar, 25 °C) 613,9 kg/m3 ( lichid la 1,013 bar, temperatura de evaporare)
Tensiune de suprafata 17,1 (-50°C); 6,8 (20°C) mN/m N/m
Vascozitate dinamica Lichide: 0,370 (-100°C); 0,128 (0°C); 0,027 (90 °C) mPa s;
Gaz: 6,40 (-50°C); 7,81 (0°C); 10,76 (100 °C) pPa s
Proprietati termice
Temperatura
 •  topirea -187,65°C
 •  fierbere -47,7°C
 •  clipește -108°C
 •  aprindere spontană 410°C
Limite de explozie În aer, 2,4-11 vol. % %
Punct critic  
 • temperatura 92 [4]  °C
 • presiune 4,6 MPa [4]
Densitatea critică 181 cm³/mol
Oud. capacitate termică Lichide: 2,077 (-100°C); 2,303 (0°C); 3,475 (70 °C) kJ/(kg K);
Abur: 1,277 (-50°C); 1,805 (100 °С) kJ/(kg K) J/(kg K)
Conductivitate termică Lichide: 0,138 (-50°C); 0,110 (0 °C); 0,077 (60°C) W/(m K);
Abur: 0,0105 (-50°C); 0,0256 (100 °С) W/(m K) W/(m K)
Entalpie
 •  educaţie –20,42 kJ/mol
 •  topirea 3,00 kJ/mol
 •  fierbere 18,41 kJ/mol (–41 °С)
Presiunea aburului 1,73 (–110 °С); 590 (0 °C); 4979 (100 °C) kPa
Proprietăți chimice
Solubilitate
 • in apa 0,083 (0 °C); 0,041 (20 °C); 0,012 (50 °C); 0,002 (90 °C) greutate. %
Constanta dielectrică 1,87 (20°C); 1,44 (90 °C)
Structura
Hibridizare hibridizare sp 2
Moment dipol 1.134 10 -30 C m
Clasificare
Reg. numar CAS 115-07-1
PubChem 8252
Reg. numărul EINECS 204-062-1
ZÂMBETE   C=CC
InChI   InChI=1S/C3H6/c1-3-2/h3H,1H2,2H3QQONPFPTGQHPMA-UHFFFAOYSA-N
RTECS UC6740000
CHEBI 16052
Număr ONU 1077
ChemSpider 7954
Siguranță
Limitați concentrația 100 mg/m 3 [4] [5] [6]
Personaj scurt. pericol (H) H220 , H280
masuri de precautie. (P) P210 , P377 , P381 , P410+P403
cuvant de semnal Periculos
Pictograme GHS Pictograma „Flacăra” a sistemului CGSPictograma „Butelie de gaz” a sistemului CGS
NFPA 704 NFPA 704 diamant în patru culori patru unu unu
Datele se bazează pe condiții standard (25 °C, 100 kPa), dacă nu este menționat altfel.
 Fișiere media la Wikimedia Commons

Propilena ( propenă , metiletilenă , formulă chimică - C 3 H 6 ) este un compus organic aparținând clasei hidrocarburilor nesaturate - alchene ( olefine ).

În condiții normale , propilena este un gaz incolor cu un miros ușor neplăcut.

Proprietăți chimice

Propilena are o gamă largă de proprietăți chimice care sunt determinate de prezența unei duble legături carbon-carbon . În primul rând, propilena este predispusă la reacții de adiție de scindare a legăturii π . Aceste transformări au loc adesea în funcție de tipul heterolitic și sunt denumite reacții de adiție electrofile [1] [7] .

Reacții de adăugare

1. Hidrogenarea . Propilena reacţionează cu hidrogenul în prezenţa unor catalizatori tipici precum nichelul sau platina [8] .

2. Propilena reacționează cu halogenuri de hidrogen și acid sulfuric , dând un produs de adiție cu dublă legătură (halopropan sau sulfat de izopropil ). Propilena este o alchenă nesimetrică, prin urmare, atunci când acești reactivi sunt adăugați, poate da doi produși izomeri, dintre care (după regula lui Markovnikov ) predomină halogenura sau eterul mai substituit [8] .

3. După o schemă similară, în prezența unui catalizator acid, propilena reacţionează cu apa, dând alcool izopropilic [8] .

4. Halogenare . Propilena reacționează rapid cu halogenii pentru a da dihalogenuri. Fluorul reacționează cel mai rapid (cu o explozie), iodul reacționează lent . În prezența nucleofililor străini , pe lângă dihalogenuri, se pot obține și produși de adiție conjugați [8] .

5. Propilena intră în reacții de oxosinteză , formând aldehide butirice și izobutirice , iar la temperaturi ridicate, alcoolii corespunzători acestora ( alcool butilic și alcool izobutilic ) [9] .

Reacții de oxidare

Propilena se caracterizează printr-un număr de reacții de oxidare . Când interacționează cu o soluție de permanganat de potasiu într-un mediu ușor alcalin, se transformă în propilenglicol . Oxidul de crom (VI) scindează alchenele la dubla legătură pentru a forma cetone și acizi carboxilici . Propilena suferă o scindare similară în condițiile reacției de ozonoliză [10] .

Când interacționează cu peracizii , propilena dă oxid de propilenă . O reacție similară are loc cu oxigenul atmosferic în prezența unui catalizator de argint [10] .

Reacții de polimerizare

Propilena este introdusă în polimerizarea radicalică , producând polipropilenă atactică de înaltă presiune cu o structură neregulată. Dimpotrivă, polimerizarea coordonată a propilenei pe catalizatori Ziegler-Natta dă polipropilenă izotactică de joasă presiune, care are un punct de înmuiere mai mare [11] .

Reacții ale poziției alilului

Propilena reacţionează în poziţia alil. La 500 °C, se clorează, formând clorură de alil [12] .

Achiziție de laborator

1. În condiții de laborator, propilena se obține prin metode standard pentru obținerea alchenelor. Astfel, propilena poate fi obținută prin deshidratarea alcoolului propilic sau izopropilic prin încălzire în prezența acidului sulfuric [13] .

2. Propilena se obține din halogenuri prin eliminarea halogenurilor de hidrogen sau din dihalogenuri prin eliminarea halogenului [13] .

Propina poate fi parțial hidrogenată la propilenă în prezența catalizatorilor otrăviți [13] .

Producția industrială

Pentru o lungă perioadă de timp, propilena a fost produsă ca produs secundar în procesele de cracare cu abur și catalitică a hidrocarburilor. Începând cu anii 1990, cracarele cu abur au trecut la producția de etilenă, care nu produce propilenă ca produs secundar. În consecință, compensarea acestui proces are loc datorită metodelor de producție țintită a propilenei. În unele regiuni, aceste metode sunt mai profitabile datorită materiilor prime ieftine [14] .

Un produs secundar în producția de etilenă

În timpul producerii etilenei prin cracare, în depropanizator este eliberată o fracție C3 anhidru, desulfurată , care conține propan , propilenă, propadienă și propină , precum și urme de hidrocarburi C2 și C4 . Ponderea propadienei și propinei poate ajunge la 8 mol. %, deci această fracție este hidrogenată selectiv pe catalizatori de paladiu , calculând cantitatea de hidrogen astfel încât să se transforme hidrocarburile C 3 H 4 în C 3 H 6 dar nu se permite propenei să se transforme în propan. În hidrogenarea în fază lichidă, această etapă este controlată de presiunea parțială a hidrogenului, iar în hidrogenarea în fază gazoasă, prin controlul temperaturii în intervalul 50-120°C. Dacă este necesar, propilena este apoi purificată din propan într-o coloană specială [15] .

Un produs secundar al rafinării petrolului

Rafinarea propilenei este, de asemenea, produsă în timpul proceselor de cracare, dar aceste procese diferă semnificativ de cracarea cu abur a etilenei, deoarece sunt utilizate diferite materii prime și procesele sunt efectuate într-un scop diferit. Pentru a obține propilena, procesul principal este cracarea catalitică fluidă , în care catalizatorul este utilizat sub formă de pat fluidizat .  În timpul acestui proces, motorina grea este transformată în benzină și motorină ușoară. În acest caz, propilena se obține într-o cantitate de 3%, totuși, ponderea sa poate fi crescută la 20% prin modificarea catalizatorului [16] .

Propilena este, de asemenea, un produs secundar al cracarei termice și se formează în timpul procesului de cocsificare și de viscozărire . În cazul cocsării, reziduul de la distilarea țițeiului în condiții severe se descompune în motorină, cocs, benzină și gaz cracat (6-12% din acesta din urmă). Acest gaz de cracare conține o fracție C3 în cantitate de 10-15 moli. %, din care se obține propilena. Odată cu spargerea viscozității, are loc o fisură mai ușoară, menită să reducă vâscozitatea amestecului. Aceasta produce, de asemenea, o cantitate mică de gaz de cracare [16] .

Producția țintă de propilenă

În legătură cu schimbarea structurii producției de propilenă, metodele de producție vizată devin din ce în ce mai importante. În SUA, disponibilitatea propanului ieftin de gaz de șist a condus la dezvoltarea unor metode economice de dehidrogenare a propanului în propilenă. O situație similară se observă în Arabia Saudită , care are rezerve ieftine de propan. O altă metodă de sinteză industrială a propilenei este metateza etilenei și a butenei-2. Este deosebit de promițător în prezența surselor de butenă și etilenă ieftine. În cele din urmă, propilena poate fi obținută din cărbune: metanolul este sintetizat prin gazeificare , care este apoi transformat în etilenă și propilenă [17] .

Dehidrogenarea propanului

Dehidrogenarea propanului este o reacție endotermă efectuată în prezența catalizatorilor de platină și crom pe suporturi speciale. Selectivitatea acestei reacții este de 85-92%. Conform principiului lui Le Chatelier , randamentul propilenei crește pe măsură ce temperatura crește și presiunea scade. Cu toate acestea, temperatura ridicată duce la un proces secundar de descompunere a propanului în metan și etilenă, precum și la formarea propadienei. Prin urmare, dehidrogenarea propanului se realizează la 500–700 °C și presiunea atmosferică (sau puțin mai mică) [18] .

Există mai multe implementări ale acestui proces sub denumirile Oleflex, Catofin și STAR. Ele diferă unele de altele prin proiectarea reactoarelor, catalizatorii utilizați și metodele de regenerare a catalizatorului. În unele cazuri, propanul este diluat în continuare cu hidrogen sau abur pentru a-și scădea presiunea parțială [18] .

Metateza

Metateza alchenei este un proces chimic în care două molecule de alchenă se rearanjează, schimbând oficial substituenți între ele. În consecință, metateza butenei-2 și etilenei duce la propilenă într-o astfel de schemă [19] .

În anii 1960, acest proces a fost inversat: Phillips a condus așa-numitul proces de triolefină, transformând propena în buten-2 ​​și etilenă pentru a obține aceasta din urmă. În 1972, această producție a fost oprită din cauza cererii tot mai mari de propilenă. De atunci, procesul a fost efectuat în direcția formării propilenei; ponderea sa în producția de propilenă este de 3% [19] .

Cracarea și interconversia alchenelor

În acest proces, amestecurile de alchene sunt trecute peste un catalizator pentru a redistribui raportul dintre componente. Condițiile sunt selectate în așa fel încât propilena să devină componenta principală a acestui amestec. Doar câteva plante folosesc această metodă exclusiv: este mai economic să o folosești în combinație cu alte abordări [20] .

Producția din metanol

Materia primă în această metodă este gazul sau cărbunele. Ele sunt mai întâi transformate în gaz de sinteză , care apoi este transformat în metanol . Metanolul este apoi transformat în etilenă și propilenă. Raportul dintre etilenă și propilenă poate fi ajustat de la cantități aproximativ egale la producția selectivă de propilenă cu un randament de 70% [21] :

Aspecte economice

Majoritatea capacității de producție de propilenă se află în Europa, America de Nord și Asia. Începând cu 2011, în lume au fost produse peste 78 de milioane de tone de propilenă. Din această cantitate, 58% au reprezentat instalații pentru producția de etilenă prin cracare cu abur, 32% - pentru cracarea catalitică a petrolului, 10% - pentru sinteza țintită a propilenei [22] .

Depozitare si transport

O rețea mare de conducte pentru propilenă există în SUA ( Texas și Louisiana ); există, de asemenea, o mică reţea în ţările Benelux . În alte țări, propilena este deplasată pe drum, pe calea ferată sau pe mare, ceea ce duce la necesitatea de a avea depozite mari atât pe partea producătorului, cât și pe partea consumatorului [23] .

La temperaturi obișnuite, propilena lichidă este depozitată sub presiune în rezervoare de până la 20 m în diametru. Se poate pastra si in cantitati mari fara presiune la -47°C. Pe calea ferată, propilena este deplasată sub presiune: 42 de tone de propilenă sunt plasate într-un vagon cisternă standard. Pe drum, se pot transporta 20 de tone de propilenă, deoarece greutatea totală a mașinii este limitată la 40 de tone. Atât rezervoarele mici sub presiune, cât și propilena lichefiată la temperatură scăzută sunt transportate pe mare [23] .

Aplicație

Consumul de propilenă pentru sinteza chimică în 2011 [24]
Produs Consum de propilenă
, %
Polipropilenă 63,9
oxid de propilenă 7.7
Acrilonitril 7.1
Cumol 5.6
Acid acrilic 3.6
Alcool izopropilic 1.6
Alte 10.5

În anii 1990, utilizarea propilenei s-a schimbat pe măsură ce prețul acesteia a crescut și a apărut lipsa în unele locuri. În consecință, utilizarea sa asociată cu arderea practic a încetat; în plus, propilena a început să fie izolată din fracțiile de cracare ori de câte ori a fost posibil [24] .

Pentru uz industrial, propilena este disponibilă în trei grade de puritate:

  • propilena petrochimică (50-70% propilenă în propan) se obține în procesele de cracare; astfel de propilenă este utilizată în producția de gaz petrolier lichefiat, ca aditiv pentru creșterea numărului octanic al combustibililor pentru motoare și în unele sinteze chimice;
  • propilena pură chimic este utilizată pentru sinteza industrială a anumitor produse;
  • propilena de polimerizare conține cantități minime de impurități capabile să otrăvească catalizatorii de polimerizare [24] .

Din 2013, cea mai mare parte a propilenei (aproximativ 2/3) este folosită pentru a produce polipropilenă  , un polimer care reprezintă 25% din toate materialele plastice.

De asemenea, sunt produse din propilenă oxidul de propilenă , acidul acrilic , acrilonitrilul , propilenglicolul și cumenul . Producția de polipropilenă și acid acrilic este în creștere, astfel încât cererea de propilenă este de așteptat să crească [24] .

Efect toxic

Ca și alte alchene, propilena acționează ca un narcotic puternic la animale , deși acest efect se găsește la concentrații de propilenă în aer de ordinul a zeci de procente. Concentrația minimă de narcotic într-un amestec cu aer sau oxigen este de aproximativ 40-50% (șoareci, șobolani, pisici, câini). O concentrație de 65-80% este letală pentru animale. O persoană miroase propilenă în concentrații de peste 0,0173–0,024 mg/l. La o concentrație în aer de 15%, o persoană își pierde cunoștința după 30 de minute, la 24% - după 3 minute, la 35-40% - după 20 de secunde [25] .

Note

  1. ↑ 1 2 Enciclopedia chimică, 1995 .
  2. ↑ Propilenă . Sigma Aldrich . Data accesului: 22 aprilie 2019.
  3. ↑ Propilenă . Cameo Chemicals - NOAA . Preluat la 22 aprilie 2019. Arhivat din original la 22 aprilie 2019.
  4. ↑ 1 2 3 Propilenă (propenă, metiletilenă). . Preluat la 24 aprilie 2019. Arhivat din original la 24 aprilie 2019.
  5. ↑ Concentrațiile maxime admise de substanțe nocive în aerul zonei de lucru. . Preluat la 24 aprilie 2019. Arhivat din original la 24 aprilie 2019.
  6. ↑ GOST 25043-87 (ST SEV 633-77) Propilenă. Specificații. . Preluat la 24 aprilie 2019. Arhivat din original la 24 aprilie 2019.
  7. ↑ Neiland, 1990 , p. 109.
  8. ↑ 1 2 3 4 Neiland, 1990 , p. 110–114.
  9. ↑ Neiland, 1990 , p. 115–116.
  10. ↑ 1 2 Neiland, 1990 , p. 116–118.
  11. ↑ Neiland, 1990 , p. 118–122.
  12. ↑ Neiland, 1990 , p. 123–124.
  13. ↑ 1 2 3 Neiland, 1990 , p. 105–106.
  14. ↑ Ullmann, 2013 , p. 1–2.
  15. ↑ Ullmann, 2013 , p. 2–3.
  16. ↑ 1 2 Ullmann, 2013 , p. 3–5.
  17. ↑ Ullmann, 2013 , p. 5.
  18. ↑ 1 2 Ullmann, 2013 , p. 5–9.
  19. ↑ 1 2 Ullmann, 2013 , p. 9–10.
  20. ↑ Ullmann, 2013 , p. zece.
  21. ↑ Ullmann, 2013 , p. 12.
  22. ↑ Ullmann, 2013 , p. 2.
  23. ↑ 1 2 Ullmann, 2013 , p. 13.
  24. ↑ 1 2 3 4 Ullmann, 2013 , p. 14–16.
  25. ↑ Substanțe nocive în industrie. Manual pentru chimiști, ingineri și medici: în 3 volume  / Ed. N. V. Lazareva şi E. N. Levina. - L .  : Chimie, 1976. - T. 1. - S. 21-22.

Literatură

  • Dalin M.A. Propylene // Enciclopedie chimică  : în 5 volume / Cap. ed. N. S. Zefirov . - M . : Marea Enciclopedie Rusă , 1995. - T. 4: Polimer - Tripsina. - S. 103. - 639 p. - 40.000 de exemplare.  — ISBN 5-85270-039-8 .
  • Zimmermann H. Propene  //  Enciclopedia de chimie industrială a lui Ullmann. - Wiley, 2013. - doi : 10.1002/14356007.a22_211.pub3 .
  • Neiland O. Ya. Chimie organică. - M .  : Şcoala superioară, 1990. - S. 218-236. — ISBN 5-06-001471-1 .
  • Andreas F., Grebe K. Chimia și tehnologia propilenei / Per. cu el. V. N. Tikhomirova și E. Z. Chernina, ed. Z. N. Polyakova. - Leningrad: Chimie, 1973.
  • GOST 24975.0-89 (ST SEV 1499-79) Etilenă și propilenă. Metode de eșantionare