Органический синтез на основе непредельных углеводородов

Олефины — непредельные углеводороды С_nН_2n, легко взаимодействующие с хлором, кислородом и водородом, склонны к гидратации и полимеризации.

При хлорировании этилена получают дихлорэтан

который широко используется как растворитель жиров, каучуков, для получения хлористого винила и др. Хлористый винил образуется по реакции:

При хлорировании пропилена получают хлористый аллил и хлориды.

Окислением непредельных углеводородов получают окиси углеводородов. Наибольшее применение в органическом синтезе находит окись этилена, которую получают окислением этилена в присутствии серебряных катализаторов:

Окись этилена служит сырьем для получения этиленгликоля, этаноламина, эпихлоргидрина, диоксана, ацетальдегида и др.

Олефины способны подвергаться гидратации. На этом свойстве основаны процессы получения спиртов (например, этилового спирта С₂Н₅ОН из этилена), Этиловый спирт—(этанол) кипит при 78,3°С; смесь С₂Н₅ОН [30% (об.)] с воздухом взрывоопасна; с водой спирт образует азеотропную смесь, содержащую 95,6% С₂Н₅ОН; кипящую при 78,1 °С. Этиловый спирт широко применяется в пищевой и медицинской промышленности, является компонентом жидкостного ракетного топлива, антифризом и т. д. Особенно широко этанол используется как полупродукт органического синтеза, и, в частности, для получения сложных эфиров, хлороформа, хлораля, ацетальдегида, уксусной кислоты, бутадиена и других продуктов. По объему производства синтетический этиловый спирт занимает первое место среди других органических соединений.

Ранее этиловый спирт получали из пищевого сырья — картофельного крахмала и некоторых зерновых культур, однако этот способ связан с большими затратами пищевого сырья. Кроме того, его получают гидролизом древесины (гидролизный спирт). В на­стоящее время этанол получают сернокислотной и прямой гидратацией этилена.

При сернокислотном способе получения этанола этилен под давлением 1,5—2,5 МПа поступает в абсорбер барботажного типа, орошаемый 97%-ной серной кислотой. Температура в абсорбере 65—75°С. Серная кислота в этом процессе является катализатором и реагентом.

Этилен взаимодействует с серной кислотой с образованием моноэтилсульфата C₂H₅0S0₃H и диэтилсульфата (C₂H₅0)₂S0₂

Газы, не поглощенные в абсорбере, проходят водяной и щелочной скрубберы и далее могут быть использованы как топливо.

Этилсульфаты и серная кислота из абсорбера поступают в гидролизер, в который подается вода. В гидролизере при давлении 1 МПа и температуре 70—90 °С происходит гидролиз этил- сульфатов

Пары спирта и воды далее проходят холодильник, где они конденсируются; конденсат поступает в ректификационную колонну 5 для разгонки и очистки от примесей. Разбавленная кислота (50%) выводится из гидролизера, направляется на концентрирование и снова возвращается в процесс.

При ректификации концентрация этилового спирта достигает 95—96%. По этому способу из 1 т этилена получают 1,2 т этанола и около 100 кг этилового эфира.

Синтез этанола прямой гидратацией этилена, как правило, проводят в паровой фазе в присутствии катализатора — ортофосфорной кислоты (35—40% Н₃РО₄), которой пропитывают алюмосиликаты, силикагель.

Реакция взаимодействия этилена с водой обратима и протекает с выделением тепла:

следовательно, процесс желательно проводить при невысоких температурах. Однако степень превращения этилена в этанол лимитируется скоростью реакции и активностью катализатора. На практике процесс ведут при температуре 280—290 °С.

Повышение давления сдвигает равновесие в сторону образования этанола, поэтому в системе поддерживают давление около 7—8 МПа. Выход этанола зависит также от моль­ного соотношения Н₂0: С₂Н₄, времени контакта и объемной скорости.

Прямую гидратацию этилена проводят по циклической схеме. Этилен, сжатый компрессором до 7—8 МПа, смешивается с циркуляционным газом и паром высокого давления, после чего проходит теплообменник и трубчатую печь, где смесь нагревается до 280 °С и направляется в контактный аппарат. При прохождении смеси через катализатор образуются пары спирта. Выходящая из контактного аппарата парогазовая смесь охлаждается в теплообменнике. Сконденсировавшиеся пары воды и спирта отделяются от газа в сборнике, откуда спирт-сырец (15—16% С₂Н₅ОН) поступает на очистку.

Непрореагировавший этилен проходит водяной холодильник и колонну с насадкой, орошаемую водой для полного извлечения спирта, и поступает на смешение с новой порцией этилена.

Метод прямой гидратации этилена по затратам и простоте обслуживания более выгоден, чем сернокислотный.

Получение синтетического спирта из этилена позволяет существенно сократить расходы пищевого сырья. Так, 1 т этилена, переработанная на этанол позволяет сэкономить 4 т зерна.