Основной органический синтез

Основным органическим синтезом (ООС) называется совокупность производств органических веществ относительно простого строения, вырабатываемых в очень больших количествах и используемых в качестве целевых продуктов и полупродуктов в других технологиях. К целевым продуктом ООС относятся синтетическое жидкое топливо, растворители, смазочные масла, растворители и экстрагенты, мономеры, пластификаторы полимерных материалов, пестициды и т.д.

В качестве полупродуктов ООС используются простейшие представители гомологических рядов соответствующих соединений: углеводородов (этилен, пропилен, бензол), галогензамещенных (дихлорэтан), спиртов (метанол, этанол), альдегидов и кетонов (ацетон, ацетальдегид), органических кислот (уксусная кислота) и т.д. В отличие от ООС тонкий органический синтез (ТОС) объединяет производства органических веществ сложного строения, вырабатываемых в относительно небольших количествах и используемых преимущественно в качестве целевых конечных продуктов. К ним относятся красители, взрывчатые вещества, фармацевтические препараты, парфюмерные средства.

Термин «ООС» указывает на то, что он объединяет производства продуктов, являющихся основой всех остальной промышленной органической химии.

Современная промышленность ООС решает две основные задачи: крупномасштабное производство полупродуктов для других отраслей промышленности и получение целевых продуктов общего назначения. Поэтому в настоящее время нет ни одной отрасли, в которой не использовались продукты ООС и их переработки.

13.11.1 Сырье и процессы ООС

Производство продуктов ООС базируется на ископаемом органическом сырье: нефти, природном газе, каменном угле и сланцах. В результате разнообразных химических и физико-химических превращений этого сырья (риформинг, ректификация, пиролиз, крекинг, конверсия,

коксование и полукоксование), получают исходные вещества для ООС, которые могут быть

объединены в пять групп:

– алканы (от метана до парафинов С₁₅-С₄₀);

– алкены (от этиленов до пентенов);

– ароматические углеводороды (бензол, толуол, ксилолы, нафталин);

– ацетилен;

– оксид углерода(II) и синтез-газ.

Наиболее важные производства ООС, работающие на их основе:

– синтез-газа (метанол и формальдегид),

– алканов (высшие кислоты и спирты),

– алкенов (этанол, изопропанол),

– ацетилена (ацетальдегид, уксусная кислота и ее ангидрид),

– ароматических углеводородов (этилбензол, стирол, фенол),

– нафтенов (капролактам).

Выбор конкретного процесса переработки сырья в продукты ООС зависит от природы синтезируемого соединения, структуры и доступности сырья, экономической целесообразности

производства. Технологии ООС присущи некоторые особенности, которые отличают ее процессы от процессов общей химической технологии. К ним относятся:

1. Многовариантность производственных процессов, обусловленная тем, что один и тот же

продукт может быть получен из различных видов сырья (ацетальдегид – из ацетилена и этилена) или различными методами, а также то, что одно и то же сырье может быть использовано для получения различных продуктов (из этилена можно получить этанол, винилацетат, уксусную кислоту).

2. Многостадийность технологии как следствие сложности взаимосвязей исходного вещества с готовым продуктом.

3. Многомаршрутность прохождения промежуточных продуктов, связанная с многочисленностью и многообразием процессов и аппаратов ООС и большое количество возможных технологических схем получения одного и того же продукта.

4. Кооперирование и комбинирование различных технологических процессов, установок и производств в целом, взаимосвязанных единой технологией, для более полного использования сырья, энергии и т.д.

5. Высокая степень автоматизации на всех уровнях производства, обеспечивающая точное

соблюдение технологических параметров.

Для производства продуктов ООС используются типичные реакции органической химии. Промышленность органического синтеза базируется в основном на реакциях синтеза, т.е. получении сложных веществ из простых, но в производстве органического синтеза используются и реакции разложения.

Наиболее применимые средства интенсификации процессов органического синтеза – повышение температуры и применение селективных катализаторов, ускоряющих лишь основную реакцию. Полимеризацию, гидрирование и другие процессы, происходящие с уменьшением объема, часто проводят при повышенных и высоких давлениях для ускорения и повышения равновесного выхода продукта. Применение различных средств интенсификации производства нередко ограничивается стойкостью органических соединений, что особенно проявляется в случае высокотемпературных процессов.

Наряду с катализаторами для увеличения константы скорости процесса используют инициаторы, фотосинтез и радиационное облучение. Под действием ионизирующих облучений

можно проводить окисление парафиновых углеводородов, хлорирование бензола.

Одновременно с внедрением новых технологических схем и процессов непрерывно улучшается и их аппаратурное оформление. Современные заводы органического синтеза представляют собой соединение различных технологических цехов, не только вырабатывающих основной продукт, но и включающий установки, улавливающие и перерабатывающие большинство побочных продуктов.