N-buten je klíčovým článkem v řetězci chemického průmyslu C4. Jako základní organická chemická surovina propojuje předřazenou rafinaci ropy a navazující polymerní materiály a jemné chemikálie. Tento článek komplexně představí znalosti o N-butenu z jeho definice a vlastností, metod průmyslové výroby, aplikačních oblastí i aspektů bezpečného skladování a přepravy.
N-buten, obvykle označovaný jako 1-buten (chemický vzorec: C₄H₈, strukturní vzorec: CH₃CH₂CH=CH₂), je důležitou základní organickou chemickou surovinou. Za normální teploty a tlaku je to bezbarvý plyn, mírně rozpustný ve vodě a snadno rozpustný v organických rozpouštědlech, jako je ethanol a ether. Obvykle má slabý aromatický zápach.
1.Chemická skupina a fyzikální vlastnosti
N-buten je jedním ze čtyř izomerů butenu. Další tři jsou 2-buten (který se dále dělí na cis a trans formy) a isobutylen. Klíčové fyzikální konstanty isobutenu jsou následující:
Molekulová hmotnost: 56,1
Teplota tání: -185,3 stupně
Bod varu: -6,3 stupně
Hustota: 0,5951 g/cm³ (při 20/4 stupně), těžší než vzduch jako plyn (asi 1,93krát větší než vzduch).
Bod vzplanutí: -80 stupňů (uzavřený kelímek), klasifikován jako extrémně hořlavá látka.
2. Metoda průmyslové výroby: Zdroj a výrobní proces
N-buten používaný v průmyslu se získává hlavně separací frakce C4 a lze jej také vyrábět pomocí specifických syntetických procesů.
C4 fraction separation (main source): The C4 fraction obtained from petroleum catalytic cracking or ethylene cracking is the main source of butene. For example, the C4 fraction obtained from catalytic cracking contains approximately 13% 1-butene and 25% 2-butene (sum of cis-trans isomers). In industry, butadiene and isobutene are usually extracted first from it, and then high-purity (>99 %) 1-buten se získává destilací a jinými způsoby.
Dimerizace ethylenu (metoda syntézy): V přítomnosti katalyzátoru (jako je ester titanu a triethylaluminium) prochází ethylen dimerizační reakcí, při které se selektivně generuje 1-buten vysoké -čistoty. Jedná se o důležitou doplňkovou cestu vedle separační metody.
Podle-získávání produktu: V některých vznikajících procesech, jako jsou projekty z methanolu-na-olefiny (MTO), vzniká jako vedlejší produkt také 1-buten.
3. Oblasti použití: Od plastů po jemné chemikálie
Tetradecen slouží jako most spojující základní petrochemické produkty a špičkové-materiály. Jeho aplikace se dělí především do dvou směrů: jako meziprodukt pro výrobu jiných chemikálií a jako monomer pro polymery.
Polymery a kopolymery:
Monomer kopolymeru lineárního polyetylenu s nízkou hustotou (LLDPE): Toto je jedna z nejdůležitějších aplikací 1-butenu. Je kopolymerován s ethylenem, který může zlepšit odolnost proti praskání v prostředí, flexibilitu a další vlastnosti polyethylenu a je široce používán při výrobě fólií, obalových materiálů atd.
Poly 1-buten (PB): 1-buten může být polymerován sám o sobě za vzniku poly 1-butenu. Jedná se o vysokomolekulární materiál s vynikající odolností proti tečení při vysokých teplotách, odolností proti opotřebení a odolností proti praskání pod napětím a používá se hlavně v oblasti potrubních materiálů.
Organické syntetické meziprodukty:
Výroba butadienu: Prostřednictvím katalytické oxidace a dehydrogenace lze n-buten použít k výrobě butadienu, který je základní surovinou pro syntetický kaučuk (jako je cis-butadienový kaučuk a styren-butadienový kaučuk).
Příprava isobutanolu a butanonu: N-buten (obvykle směs 1-butenu a 2-butenu) lze hydrolyzovat za vzniku isobutanolu a poté dehydrogenovat za vzniku methylethylketonu (butanon). Butanon je vynikající průmyslové rozpouštědlo a je široce používán v průmyslu barev, lepidel a inkoustů.
Příprava epoxycyklobutanu: Katalytickou oxidační reakcí lze n-buten použít k výrobě epoxycyklobutanu, který pak lze dále převádět na další čisté chemikálie.
Další jemné chemikálie:
Izomerizace za vzniku propylenu: Působením specifického katalyzátoru může 2-buten (který je často považován za cíl pro konverzi normálního butenu) podstoupit translokační reakci s ethylenem za vzniku propylenu. Jedná se o důležitou technologii pro regulaci rovnováhy kapacity výroby olefinů.
Oxidace na kyselinu adipovou: N-butylen lze také použít při katalytické oxidaci k výrobě kyseliny adipové (adiponu), což je surovina pro výrobu nenasycených polyesterových pryskyřic a potravinářských přísad (jako je kyselina jablečná).
4. Bezpečnost a skladování/přeprava
Vzhledem k vysoce hořlavé povaze n-butenu jsou jeho bezpečnostní opatření nanejvýš důležitá.
Nebezpečí: Při smíchání se vzduchem může vytvořit výbušnou směs. Mez výbušnosti je přibližně 1,6 % až 10,0 % (objemově). Plyn je těžší než vzduch a má tendenci se hromadit v nízko-položených oblastech. Při setkání se zdrojem vznícení se vznítí a vzplane. Navíc kontakt kapalného n-butylenu s pokožkou může způsobit omrzliny.
Toxicita: N-butylen je klasifikován jako látka s nízkou{1}}toxicitou. Má hlavně účinky, jako je jednoduché udušení, mírná anestezie a mírné podráždění. Vystavení vysokým koncentracím může způsobit závratě, ospalost a dokonce kóma.
Požadavky na skladování: Měl by být skladován v chladném,{0}}dobře větraném skladu speciálně určeném pro hořlavé plyny, mimo zdroje ohně a zdrojů tepla a skladován odděleně od oxidantů a kyselin. Během přepravy obvykle používejte tlakové-ocelové lahve nebo vyhrazené cisternové vozy a proveďte antistatická opatření.
5. Současný stav trhu a průmyslu
N-buten je klíčovým článkem v průmyslovém řetězci uhlíku čtyři. Se zlepšením globálních schopností krakování etylenu a katalytického krakování je celkové množství zdrojů C4 bohaté. V současné době se trend v oboru zaměřuje na vysoce-hodnotné využití 2-butenů (např. pro výrobu propylenu) a také na -hloubkový vývoj polymerních-butenů 1-třídy v oblasti vysoce výkonných materiálů.
N-buten jako základní molekula v oboru chemie dal prostřednictvím různých chemických reakcí vzniknout produktům, jako jsou plasty, guma a rozpouštědla, které úzce souvisejí s každodenním životem. Porozumění jeho vlastnostem a aplikacím je nejen základní znalost pro odborníky v oblasti chemie, ale také nám pomáhá pochopit, jak moderní průmyslová odvětví efektivně přeměňují ropné zdroje na vysoce-hodnotné materiály.
