Бензол використовується. Використання в промисловості

. Бензолвідіграє надзвичайно важливу роль у різноманітних галузях хім. промисловості. Вперше бензол був відкритий у легких фракціях кам'яновугільного дьогтю Фарадеєм в 1825 р. Особливі властивості бензолу та його похідних знайшли свій вираз у формулі будови, запропонованої в 1865 р. Кекуле, у вигляді замкнутого ланцюга з шести вуглецевих атомів, при яких є . Однак така будова не цілком узгоджується з властивостями різних речовин, що виходять з бензолу, і тому з часом різними дослідниками формулу будови бензолу були внесені деякі видозміни, що стосуються гол. обр. розподілу сил спорідненості усередині вуглецевого циклу Основним джерелом видобутку бензолу є продукти, що виходять при переробці кам'яного вугілля на кокс і світильний газ. Останнім часом були зроблені спроби отримання бензолу з нафти шляхом її пірогенетичного розкладання, але вони не призвели до вироблення досить рентабельних способів. З газів коксових печей, які містять основну масу бензолу, він витягується різними розчинниками або адсорбується твердими тілами. Зазвичай для розчинення застосовують фракцію кам'яновугільного дьогтю, що у межах 200-300° дає щонайменше 80% дистиляту; іноді замість кам'яновугільної олії застосовують погони нафти, відомі під назвою солярової олії. При хорошому маслі можна витягти з газу до 98% всього бензолу, що полягає в ньому.

Коксовий газ, пройшовши через холодильники, смолоотделители і аміачні промивачі, маючи температуру не вище 20°, надходить у скрубера, де промивається поглинальним маслом, що розчиняє бензол. Скрубери являють собою високі круглі вежі, всередині яких робиться насадка, що сприяє більш тісному перемішування газу з поглинальним маслом. Олія, насичена бензолом із вмістом останнього близько 3%, надходить на регенерацію в колонні апарати, де відганяється так званий сирий бензол, що має до 65% чистого бензолу. Олія, звільнена від бензолу, охолоджується і йде знову на скрубер для промивання газу. Сирий бензол містить велику кількість різних вуглецевих сполук і неоднакових за складом. Коливання у складі залежно від характеру виробництва видно з наступної таблиці:

Крім зазначених речовин, до складу сирого бензолу входять також нафталін, кумол, тіотолен, фенол, крезоли, піридин, кумарони. На заводах Донбасу вміст чистого бензолу у сирому продукті в середньому становить близько 52%. Для отримання чистого бензолу сирий продукт піддається очищенню та ректифікації. Перша ректифікація дає 90% бензол, який потім надходить на очищення і подальшу ректифікацію для отримання чистого бензолу. Очищення полягає в послідовному промиванні бензолу розчином лугу, кислоти та водою. Якщо бензол містить основи і феноли, то спочатку його промивають розведеною сірчаною кислотою, чим досягається видалення основ, а потім луг розчиняє всі кислі речовини. Сірковуглець, тіофен, ненасичені аліфатичні вуглеводні видаляються обробкою міцною сірчаною кислотою 60-66° Вè, яка сульфує і осмоляє всі ненасичені і сірчисті сполуки, переводячи їх у розчинні і легко вимивані лугом речовини. Очищення проводиться в спеціальних апаратах - мішалках, забезпечених усередині пристосуваннями для механічного перемішування рідини, щоб забезпечити можливо швидке та повне очищення. Бензол, звільнений від домішок та сірчистих сполук (для цієї мети доводиться вдаватися до повторної обробки кислотою), надходить на остаточну ректифікацію для одержання чистого продукту. Абсолютно чистий бензол - безбарвна, прозора, легко рухлива, дуже горюча рідина, яка твердне при 5,483 ° (за водневим термометром) і кипить при 80,08 (760 мм Hg). Питома вага бензолу D 25 = 0,87345, D 4 15,5 = 0,8845 він змінюється з температурою; за Коп, v t =1 +0,001171626t +0,00000127755t 2 +0,00000080648t 3 . Коефіцієнт променезаломлення n D 8,2 = 1,50808. Питомий обсяг за 20° - 0,67171. Питома теплота чистого бензолу, по Треєну (Тгehin) при 16,2 ° - 0,402, 20,2 ° - 0,412, 30,0 ° - 0,419, 42,8 ° - 0,429, 50,4 ° - 0,437, 58 - 0,449; питома теплота продажного бензолу, очищеного виморожуванням, при 18,3 ° - 0,414, 22,7 ° - 0,418, 31,8 ° - 0,425, 40,3 ° - 0,439; 52,0 ° - 0,452.

Теплота горіння при постійному обсязі 10,014 Cal. Бензол при 22 ° розчинний у воді в кількості 0,082 об'єму на 100 об'ємів води. Вода розчиняється в бензолі в залежності від температури наступним чином (%):

Бензол є чудовим розчинником жирів, смол, каучуку та інших органічних сполук.

Хімічні властивості. Бензол важко реагує з речовинами, які вступають у взаємодію з етиленом та його похідними. У присутності каталізаторів - нікелю, паладію або платини - бензол приєднує 6 атомів водню і переходить у гексогідробензол або гексаметилен. Водневі атоми бензолу можуть бути замінені галоїдами з утворенням відповідних галоїдопохідних. Міцні сірчана та азотна кислоти при дії на бензол дають відповідні сульфо- та нітропохідні. Ринкові сорти бензолу зазвичай є чистим бензолом, а містять ще толуол і ксилол у різних кількостях. За Крамером і Шпількером, розрізняють такі сорти продажного бензолу (залежно від %-ного вмісту в ньому речовин, що відганяються до 100°):

Області застосування бензолу дуже різноманітні. Великі кількості бензолу нині йдуть як домішка до моторного бензину, що значно покращує якість останнього. В Англії National Benzol Association висуває до моторного бензолу такі вимоги: питома вага 0,870-0,885; при перегонці бензол повинен давати до 100 - 75%, 120 - 90%, 125 - 100%; вміст у ньому сірки має перевищувати 0,4%; бензол не повинен містити води; ступінь очищення: при струшуванні 90 см 3 бензолу з 10 см 3 90%-ний H 2 SО 4 протягом 5 хвилин кислота повинна забарвитися в колір не темніше світло-коричневого; бензол не повинен містити кислот, лугів та сірководню; повинен замерзати не нижче -14 °.

Бензол застосовують як розчинник і для цілей екстракції в різних виробництвах: для приготування лаків і лінолеуму, для знежирення кісток, для екстракції воску та каніфолі, для хімічного чищення різних матеріалів. Бензол є одним із найбільш уживаних розчинників на гумових фабриках. Він служить також вихідним матеріалом для приготування барвників, вибухових та запашних речовин, фармацевтичних та фотографічних препаратів. Величезні кількості бензолу переробляються на нітро-і динітробензол, з яких відновленням виходять анілін, нітроанілін та фенілендіамін - важливі продукти технології органічних речовин, що служать гол. чином вихідним матеріалом при виготовленні цілого ряду різноманітних анілінових барвників. Сульфуванням з бензолу готують моно-і дисульфокислоти, що переробляються далі на фенол і резорцин.

У довоєнний час виробництво бензолу у Росії розвинуто надзвичайно слабко. З початком війни і, отже, зі зростанням потреби в бензолі, який йшов на приготування різних вибухових речовин, поспішно довелося організувати коксобензольні установки. Планомірний та успішний розвиток бензольної промисловості почався з моменту організації в СРСР Акціонерного товариства «Коксобензол», і в даний час кількість бензолу, що виробляється щорічно, значно перевищує найбільш продуктивні роки довоєнного часу.

Професійні отруєння бензолом. Бензол є одним із найбільш сильних професійних отрут. Отруєння бензолом робітників можливе: у коксобензольному виробництві, при перегонці кам'яновугільної смоли; на хімічних та фармацевтичних заводах при виробництві різних речовин ароматичного ряду; у процесах виробництва різних органічних фарб; у виробництві вибухових речовин; при вилученні жирів з кісток та кокосових горіхів; на клеєварних заводах, де бензол застосовується як розчинник смол, лаків, жирів, йоду, фосфору та сірки; у гумовому виробництві; при виготовленні непромокальних тканин, лінолеуму, целулоїду; при фарбуванні різних предметів фарбами і лаками, що швидко висихають (зокрема, аеропланних крил); при карбюрації світильного та водяного газу; у хімічних барвниках та при очищенні від жирів тканин, одягу тощо; при обслуговуванні двигунів внутрішнього згоряння, і т. д. Останнім часом на Заході випускається безліч патентованих фабрикатів, що містять бензол (лаки, фарби, склади для очищення різних предметів) під різними назвами і викликають серйозні отруєння робочих.

Бензолпроникає в організм гол. чином через дихальні шляхи та через легені проникає в кров. Разом з тим бензол може всмоктуватися також і через неушкоджену шкіру. Бензол значно отруйніший за бензин (за Леманом і Кравковим, - у 4 рази, за Коном-Абрестом, - у 10 разів). Вміст повітря 10 мг парів бензолу на 1л (за обсягом 3-4 год. на 1000 год.) вже викликає неприємні відчуття; присутність в 1 л повітря 20-30 мг бензолу зазвичай спричиняє втрату свідомості на кілька годин. Іноді навіть вміст у повітрі 0,001 бензолу за обсягом викликав смерть. Щоб попереджати і повільну дію на робітників тривалого вдихання парів бензолу, не слід допускати їх утримання в робочій атмосфері вище 1:10000, або, приблизно, 0,25 мг/л (хоча, за даними спеціальної американської комісії, що опублікувала свій звіт у 1927 р ., навіть за цих умов не можна уникнути впливу бензолу на організм).

Отруєння бензолом може мати гострий та хронічний характер. В останні роки в медичній літературі було опубліковано низку смертельних випадків або негайно після одноразового вдихання значної кількості парів бензолу, або в результаті гострого захворювання після короткого періоду роботи в атмосфері зі значною кількістю парів бензолу в повітрі. Негайна смерть настає зазвичай при роботі в недостатньо провітряних цистернах, баках і т. п. судинах, а також при розривах судин або труб і при непомічених несправностях в апаратурі. Серйозні захворювання, які нерідко закінчуються смертю, зазвичай мають місце при недостатній кубатурі приміщення, відсутності вентиляції та особливо при високій температурі приміщення. Гострі отруєння, що не закінчуються негайною смертю, при вдиханні великих доз викликають тяжкі зміни з боку центральної нервової системи: тремтіння, судоми, сильне збліднення, розлади чутливості, непритомність, а також нерідко і злоякісна недокрів'я (вражає особливо жінок). Легші випадки викликають запаморочення, біль голови, шум у вухах, блювоту. Здебільшого швидко настає стан ніби сп'яніння і загальної ейфорії, у результаті отруєний втрачає правильне сприйняття того, що відбувається, не помічає небезпеки, не йде з місця виділення парів і, за відсутності допомоги з боку, може стати жертвою подальшого отруєння. При хронічному отруєнні, що тягнеться місяцями і навіть роками, крім нервової системи, уражаються в першу чергу органи кровообігу і кровотворення, внаслідок чого, крім сильного недокрів'я, з'являються численні дрібні крововиливи як у слизових оболонках різних внутрішніх органів, так і в шкірі. У результаті - так зв. «плямиста хвороба» і зміни слизової оболонки в роті, що нагадують цингу. У жінок з'являються сильні маткові кровотечі. Одужання настає рідко і навіть у сприятливих випадках дуже затягується. Така важка дія бензолу пояснюється тим, що він є сильною отрутою, що діє на протоплазму всіх клітин організму та на основні окислювальні процеси. Заходи щодо запобігання отруєнню бензолом в основному ті ж, як і при отруєнні бензином. Необхідно додати, що всюди, де можливо, слід замінювати бензол набагато менш отруйними ксилолом, толуолом, тетрахлорвуглецем або бензином і на роботи з бензолом не слід допускати жінок.

Серед величезного арсеналу органічних речовин можна назвати кілька сполук, відкриття та вивчення яких супроводжувалося багаторічними науковими суперечками. До них по праву належить бензол. Будова бензолу в хімії була остаточно прийнята лише до початку 20 століття, тоді як елементний склад речовини визначили ще в 1825, виділивши його з кам'яновугільної смоли, яку отримували як побічний продукт коксування вугілля.

Бензол разом із толуолом, антраценом, фенолом, нафталіном нині відносять до ароматичних вуглеводнів. У нашій статті ми розглянемо, які ж цього вуглеводні, з'ясуємо фізичні властивості, наприклад, такі як розчинність, температуру кипіння та щільність бензолу, а також позначимо галузі застосування сполуки у промисловості та сільському господарстві.

Що таке арени?

Хімія органічних сполук класифікує всі відомі речовини на кілька груп, наприклад, такі як алкани, алкін, спирти, альдегіди і т.д. Головною відмінністю кожного класу речовин є наявність певних типів зв'язків. Молекули граничних вуглеводнів містять лише сигма-зв'язок, речовини ряду етилену - подвійний, у алкінів зв'язок потрійний. До якого класу належить бензол?

Будова бензолу вказує на присутність у молекулі його ароматичного кільця, названого бензольним ядром. Всі сполуки органічної природи, що містять одне або кілька кілець у складі своїх молекул, відносять до класу аренів (ароматичних вуглеводнів). Крім бензолу, який ми зараз розглядаємо, до цієї групи входить велика кількість дуже важливих речовин, як толуол, анілін, фенол та інші.

Як вирішили проблему будови молекули ароматичного вуглеводню

Спочатку вчені встановили висловивши його формулою З 6 Н 6 згідно з якою відносна молекулярна маса бензолу дорівнює 78. Потім було запропоновано кілька варіантів структурних формул, але жодна з них не відповідала реальним фізичним і хімічним властивостям бензолу, що спостерігається хіміками в лабораторних дослідах.

Пройшло близько сорока років, перш ніж німецький дослідник А. Кекуле представив свою версію структурної формули, яку має молекула бензолу. У ній були присутні три подвійні зв'язки, що вказують на можливий ненасичений характер хімічних властивостей вуглеводню. Це суперечило дійсно існуючому характеру взаємодій сполуки формули С 6 Н 6 з іншими речовинами, наприклад, з бромом, нітратною кислотою, хлором.

Тільки після з'ясування електронної конфігурації молекули бензолу в його структурній формулі з'явилося позначення бензольного ядра (кільця), а вона досі використовується в курсі органічної хімії.

Електронна конфігурація молекули С6Н6

Яку ж просторову структуру має бензол? Будова бензолу остаточно була підтверджена завдяки двом реакціям: тримеризації ацетилену з утворенням бензолу та його відновлення воднем до циклогексану. Виявилося, що атоми вуглецю, з'єднуючись між собою, утворюють плоский шестикутник і перебувають у стані sp 2 -гібридизації, використовуючи на зв'язку з іншими атомами три з чотирьох своїх валентних електронів.

Шість вільних p-електронів, що залишилися, розташовуються перпендикулярно площині молекули. Перекриваючись між собою, вони формують загальну електронну хмару, названу бензольним ядром.

Природа полуторного хімічного зв'язку

Добре відомо, що фізичні та хімічні властивості сполук залежать, перш за все, від їхньої внутрішньої будови та типів хімічних зв'язків, що виникають між атомами. Розглянувши електронну структуру бензолу, можна дійти невтішного висновку, що його молекула немає ні простих, ні подвійних зв'язків, які можна побачити у формулі Кекуле. Навпаки, між атомами вуглецю усі хімічні зв'язки рівноцінні. Більш того, загальна π-електронна хмара (всіх шести атомів С) утворює хімічний тип зв'язку, названий полуторним, або ароматичним. Саме цей факт зумовлює специфічні властивості бензольного кільця та, як наслідок, характер хімічної взаємодії ароматичних вуглеводнів з іншими речовинами.

Фізичні властивості

При зниженні температури рідина перетворюється на тверду фазу, і бензол перетворюється на білу кристалічну масу. Вона легко плавиться за температури 5,5 °С. У звичайних умовах речовина є безбарвною рідиною зі своєрідним запахом. Його температура кипіння становить 80,1 °.

Щільність бензолу змінюється залежно зміни температури. Чим температура вища, тим щільність менша. Наведемо кілька прикладів. При температурі 10° густина становить 0,8884 г/мл, а при 20° - 0,8786 г/мл. Молекули бензолу неполярні, тому речовина нерозчинна у воді. Зате саме з'єднання є хорошим, наприклад, для жирів.

Особливості хімічних властивостей бензолу

Експериментально встановлено, що ароматичне бензольне ядро ​​стійке, тобто. характеризується високою стійкістю до розриву. Цей факт служить поясненням схильності речовини до протікання реакцій за типом заміщення, наприклад, з хлором при звичайних умовах, з бромом, з нітратною кислотою в присутності каталізатора. Потрібно відзначити високу стійкість бензолу до дії окислювачів, таких як калію перманганат і бромна вода. Це ще раз підтверджує факт відсутності у молекулі арена подвійних зв'язків. Жорстке окислення, яке називається горінням, характерне для всіх ароматичних вуглеводнів. Так як відсотковий вміст вуглецю в молекулі С 6 Н 6 велике, горіння бензолу супроводжується полум'ям, що коптить, з утворенням частинок сажі. В результаті реакції утворюється вуглекислий газ та вода. Цікавим є питання: чи може ароматичний вуглеводень вступати в реакції приєднання? Розглянемо його далі докладніше.

Навіщо розрив бензольного ядра?

Нагадаємо, що в молекулах аренів присутня полуторний зв'язок, що виник у результаті перекривання шести р-електронів атомів карбону. Вона лежить в основі бензольного ядра. Щоб його зруйнувати та провести реакцію приєднання, необхідний ряд спеціальних умов, наприклад, таких як світлове опромінення, високі температура та тиск, каталізатори. Суміш бензолу та хлору вступає в реакцію приєднання під дією ультрафіолетового випромінювання. Продуктом такої взаємодії буде гексахлорциклогексан - токсична кристалічна речовина, що застосовується в сільському господарстві як інсектицид. У молекулі гексахлорану вже немає бензольного ядра, за місцем його розриву відбулося приєднання шести атомів хлору.

Області практичного застосування бензолу

У різних галузях промисловості речовина широко використовується як розчинник, а також як сировина для подальшого отримання лаків, пластичних мас, барвників як добавка до моторного палива. Ще більший діапазон застосування мають похідні бензолу та його гомологи. Наприклад, нітробензол 6 Н 5 NO 2 є основним реагентом для отримання аніліну. В результаті з хлором у присутності хлориду алюмінію як каталізатор отримують гексахлорбензол. Його застосовують для передпосівної обробки насіння, а також використовують у деревообробній промисловості для захисту деревини від шкідників. Нітруванням гомолога бензолу (толуолу) отримують вибухову речовину, відому як тротил або тол.

У цій статті ми розглянули такі властивості ароматичного з'єднання, як реакції приєднання та заміщення, горіння бензолу, а також визначили галузі його застосування у промисловості та сільському господарстві.

Бензол є важливою органічною хімічною сполукою з хімічною формулою C 6 H 6 . Молекула бензолу складається з 6 атомів вуглецю, з'єднаних у кільце з одним атомом водню, приєднаним до кожного з них. Оскільки він містить лише атоми вуглецю та водню, бензол класифікується як вуглеводень.

Бензол є природним компонентом сирої нафти і одна із елементарних нафтохімічних продуктів. Через циклічний безперервний зв'язок pi між атомами вуглецю бензол класифікується як ароматичний вуглеводень, другий [n] -annulene (-анулен). Це іноді скорочено Ph-H. Бензол - безбарвна і легкозаймиста рідина з солодким запахом і відповідає за аромат навколо бензозаправних станцій. Він використовується в основному як попередник при виробництві хімікатів з більш складною структурою, таких як етилбензол і кумол, з яких виробляються мільярди кілограмів. Оскільки бензол має найвище октанове число, він є важливим компонентом бензину.

Оскільки бензол є канцерогенною речовиною людини, більшість непромислових застосувань обмежені.

Структура бензолу

Рентгенівська дифракція показує, що всі шість вуглець-вуглецевих зв'язків у бензолі мають однакову довжину при 140 пікометрів (pm). Довжина зв'язків C-C більша, ніж подвійний зв'язок (135 мкм), але коротше, ніж простий зв'язок (147 мкм). Ця проміжна відстань узгоджується з ділокалізацією електронів: електрони для зв'язку С-С розподілені порівну між кожним із шести атомів вуглецю. Бензол має 6 атомів водню – менше, ніж відповідний вихідний алкан, гексан. Молекули плоскі. Опис МО включає утворення трьох делекалізованих π- орбіталей, що охоплюють всі шість атомів вуглецю, в той час як опис VB включає суперпозицію резонансних структур. Цілком ймовірно, що ця стабільність сприяє особливим молекулярним та хімічним властивостям, відомим як ароматичність. Для точного відображення природи зв'язку бензол часто зображується з колом усередині гексагональної структури атомів вуглецю.

Похідні бензолу відбуваються досить часто як компонент органічних молекул, які Юнікодський консорціум виділив у Технічному блоці символ з кодом U + 232C, щоб представити його з трьома подвійними зв'язками та U + 23E3 для ділокалізованої версії.

Похідні бензолу

Багато важливих хімічних сполук отримують з бензолу, замінюючи один або кілька атомів водню іншою функціональною групою. Прикладами простих похідних бензолу є фенол, толуол та анілін, скорочено PhOH, PhMe та PhNH 2 відповідно. Зв'язування бензольних кілець дає біфеніл, C 6 H 5 -C 6 H 5 . Подальша втрата водню дає «конденсовані» ароматичні вуглеводні, такі як нафталін та антрацен. Межею процесу злиття є водневий алотроп вуглецю, графіт.

У гетероциклах атоми вуглецю у бензольному кільці замінюються іншими елементами. Найважливіші варіації містять азот. Заміна одного CH на N дає з'єднання піридину, C 5 H 5 N. Хоча бензол і піридин структурно пов'язані, бензол не може бути перетворений на піридин. Заміна другого зв'язку СН з N дає, залежно від розташування другого N, піридазину, піримідину та піразину.

Виробництво бензолу

Чотири хімічні процеси сприяють промисловому виробництву бензолу: каталітичний риформінг, гідродеалкілування толуолу, диспропорціонування толуолу та парове крекінг. Згідно з Токсикологічним профілем ATSDR для бензолу, між 1978 і 1981 роками каталітичні переформати становили приблизно 44-50% від загального обсягу виробництва бензолу в США.

Каталітичний риформінг

При каталітичному риформінгу суміш вуглеводнів з температурою кипіння між 60-200°С змішують з газоподібним воднем, а потім піддають впливу біфункціонального хлориду платини або хлориду хлориду ренію при температурі 500-525°С та тисках від 8 до 50 атм. У цих умовах аліфатичні вуглеводні утворюють кільця і ​​втрачають водень, щоб стати ароматичними вуглеводнями. Потім ароматичні продукти реакції відокремлюють від реакційної суміші (реформують) екстракцією будь-яким з декількох розчинників, включаючи діетиленгліколь або сульфолан, і потім відокремлюють бензол від інших ароматичних сполук шляхом дистиляції. Стадія екстракції ароматичних сполук риформату призначена для отримання ароматичних сполук з найменшими неароматичними компонентами. Відновлення ароматичних сполук, зазвичай званих BTX (бензол, толуол та ізомери ксилолу), включає такі стадії екстракції та дистиляції. Існує багато ліцензійних процесів, доступних для отримання ароматичних сполук.

Подібно до цього каталітичного риформінгу, UOP та BP комерціалізували метод із СНД (головним чином пропан і бутан) в ароматичні сполуки.

Толуолове гідродеалкілування

Толуолове гідродеалкілування перетворює толуол на бензол. У цьому воднево-інтенсивному процесі толуол змішують з воднем, потім пропускають через каталізатор на основі хрому, молібдену або оксиду платини при 500-600 ° С та тиску 40-60 атм. Іноді замість каталізатора (при аналогічному стані реакції) використовуються вищі температури. У цих умовах толуол піддається деалкілюванню до бензолу та метану:

C 6 H 5 CH 3 +H 2 → C 6 H 6 + CH 4

Ця незворотна реакція супроводжується рівноважною побічною реакцією, при якій виходить біфеніл (ака дифеніл) при вищій температурі:

2С 6 H 6 ⇌ H 2 + C6 H5 - C6 H 5

Якщо потік сировини містить багато неароматичних компонентів (парафінів або нафтенів), вони, ймовірно, розкладаються на нижчі вуглеводні, такі як метан, що збільшує споживання водню.

Типовий вихід реакції перевищує 95%. Іноді замість толуолу використовують ксилоли та важчі ароматичні сполуки з аналогічною ефективністю.

Це часто називають «цільовою» методологією для одержання бензолу порівняно із звичайними процесами екстракції БТХ (бензол-толуол-ксилол).

Дисперсіонація толунів

Якщо хімічний комплекс має аналогічні вимоги як для бензолу, так і для ксилолу, диспропорціонування толуолу (TDP) може бути привабливою альтернативою гідродеалкілування толуолу. У широкому сенсі 2 молекули толуолу реагують і метильні групи перегруповані з однієї молекули толуолу в іншу, отримуючи одну молекулу бензолу та одну молекулу ксилолу.

Враховуючи, що попит на параксилен (п-ксилол) суттєво перевищує попит на інші ізомери ксилолу, може бути використане уточнення процесу TDP, що називається селективним TDP (STDP). У цьому процесі потік ксилолу, що виходить із блоку TDP, становить приблизно 90% параксилолу. У деяких існуючих каталітичних системах навіть відношення бензолу до ксилолів зменшується (більше ксилолів), коли потреба в ксилолах вища.

Паровий крекінг

Паровий крекінг є процес отримання етилену та інших алкенів з аліфатичних вуглеводнів. Залежно від вихідної сировини, що використовується для отримання олефінів, парове крекінг може давати збагачений бензолом рідкий побічний продукт, який називається піролізним бензином. Піролізний бензин можна змішувати з іншими вуглеводнями як бензинову добавку або направляти в процесі екстракції для вилучення ароматичних вуглеводнів BTX (бензолу, толуолу та ксилолів).

Інші методи

Незважаючи на відсутність комерційного значення, є багато інших шляхів до бензолу. Наприклад, фенол та галобензоли можуть бути відновлені металами. Бензойну кислоту та її солі піддають декарбоксилювання бензолу. Через реакцію з'єднання діазонію з аніоном гіпофосфорної кислоти дає бензол. Тримеризація ацетилену дає бензол.

Реакції бензолу

Найбільш поширені реакції бензолу включають заміщення протону іншими групами. Електрофільне ароматичне заміщення є загальним методом дериватизації бензолу. Бензол є досить нуклеофільним, що він піддається заміщенню іонами ацилію та алкільними карбокатионами з отриманням заміщених похідних.

Найбільш поширеним прикладом цієї реакції є етілювання бензолу.

У 1999 році було вироблено бензолу близько 24 700 000 тонн. Дуже повчальним, але менш промисловим значенням є алкілування бензолу Фріделя-Крафтса (і багатьох інших ароматичних кілець) з використанням алкілгалогеніду в присутності сильного каталізатора кислоти Льюїса. Аналогічно ацилювання Фріделя-Крафтса є спорідненим прикладом електрофільного ароматичного заміщення. Реакція включає ацилування бензолу (або багатьох інших ароматичних кілець) ацилхлоридом з використанням сильного каталізатора кислоти Льюїса, такого як хлорид алюмінію або хлорид заліза (III).

Сульфонування, хлорування, нітрування

Використовуючи електрофільне ароматичне заміщення, багато функціональних груп вводять у структуру бензолу. Сульфування бензолу пов'язане з використанням олеуму, суміші сірчаної кислоти із триоксидом сірки. Сульфовані похідні бензолу є корисними детергентами. При нітруванні бензол реагує з іонами нітронію (NO 2 +), який є сильним електрофілом, отриманим шляхом поєднання сірчаної та азотної кислот. Нітробензол є попередником аніліну. Хлорування досягається хлором з отриманням хлорбензолу у присутності каталізатора, такого як трихлорид алюмінію.

Гідрування

Матеріал з ЕНЕ

Бензол

або бензин(стародавня, нині залишена назва) - вуглеводень складу С 6 Н 6 , представник ароматичних, або бензольних, з'єднань(Див. це сл.). Речовина це представляє безбарвну, прозору, сильно заломлюючу світло і легкорухливу рідину з характерним «ароматичним» запахом, уд. ваги 0,899 (при 0° Ц.) і 0,885 (при 15°), кипить при 80°,5 і застигає на холоді кристалічну масу, що плавиться при +6°; легко розчинний в ефірі, спирті, хлороформі та інших звичайних розчинниках, крім води; бензол представляє прекрасний розчинний засіб для жирів, смол, масел, асфальту, алкалоїдів, сірки, фосфору, йоду; на повітрі горить світлим полум'ям, що сильно коптить, і дає дуже легко займисті пари. Бензол був відкритий у м. Фарадеєм для дослідження газоподібних продуктів сухої перегонки жирних масел; Мітчерліх отримав його під час перегонки бензойної кислоти з вапном і назвав бензином, а Лібіх перейменував речовину в бензол.Синтетично вуглеводень був отриманий Бертело р. нагріванням ацетилену в трубці над ртуттю при температурі розм'якшення скла. Присутність бензолу в кам'яновугільному дьогті доведено А. В. Гофманом у м., а учень Гофмана, Мансфільд, у м. ізолював його з дьогтю у значних кількостях і виробив необхідні для цього практичні методи. Виходи бензолу залежать не тільки від складу кам'яновугільного дьогтю, а й від способів обробки його, перегонки та зберігання. Зі 100 кілограм. лондонського дьогтю виходить 1,1% бензолу (50-відсоткового), а на рейнських заводах добувають до 1% очищеної речовини, що йде на приготування аніліну. У нас дуже хороший бензол готується на заводах товариства "В. І. Рогозін і К°" із газової смоли, що утворюється при добуванні газу для освітлення та опалення (дослідження П. Голубєва). У торгівлі є три сорти бензолу: 30-, 50- та 90-відсотковий; при цьому необхідно мати на увазі, що бензол тут вважається все те, що женеться нижче 100 °, і що його виражається в об'ємних відсотках: з 50-відсоткового бензолу виходить половинний обсяг рідини, що кипить до 100 °. Таким чином, продажний бензол не представляє хімічно чистої сполуки, а містить у вигляді домішки головним чином толуол і ксилол, потім вуглеводні жирного ряду, сірковуглець, тіофен та ін речовини. Більшість цих домішок видаляється фракціонованою перегонкою в особливо влаштованих складних апаратах, обробкою їдким лугом і концентрованою сірчаною кислотою, кристалізацією на холоді та віджиманням затверділого продукту. Оброблений таким чином бензол представляє майже чистий вуглеводень і йде на приготування чистого аніліну; але в ньому все-таки є домішка легших вуглеводнів (які залишаються незміненими при нітруванні) і тіофен. Цей останній легко відкривається за допомогою дуже чутливої ​​реакції із розчином ізатину в сірчаній кислоті; бензол, що містить навіть сліди тіофену, забарвлюється згаданим реактивом інтенсивний блакитний колір. Ця реакція (відкрита Байєром) і навела Віктора Мейєра на думку шукати домішку особливої ​​сполуки в очищеному бензолі, що вважалося насамперед хімічно чистою речовиною. Ретельним збовтуванням із міцною сірчаною кислотою (1/20 за обсягом) В. Мейєру в м. вдалося витягти нову сполуку: обробивши 2000 кілограм. бензолу, він отримав 1944 грн. чистого тіофену, C 4 H 4 S. Цей останній кипить при 84°, а тому, зрозуміло, і не може бути виділений із Б. найретельнішим фракціонуванням.

Щодо хімічних властивостей бензолу необхідно помітити, що він сильно чинить опір дії як окислювачів, так і відновлювальних речовин. Галоїди залежно від умов або прямо приєднуються, або ж дають продукти субституції. При дії хлору на киплячий бензол виходить суміш декількох продуктів приєднання, між якими найбільш добре вивчений шестихлористий бензол C 6 Cl 6 кристалічна речовина, що плавиться при 157° і розпадається при температурі кипіння (288°) на соляну кислоту і трихлорбензол C 6 H 3 3 . З бромом на сонячному світлі утворюється аналогічний продукт, шестибромистий бензол, - 6 Br 6 . Хлорновата кислота приєднується в кількості трьох частинок і дає кристалічну речовину складу З 6 Н 3 (СlОН) 3 . При пропущенні сухого хлористоводневого газу бензольний розчин хлористого алюмінію утворюється неміцне рідке з'єднання галоїдного металу з бензолом складу 6С 6 Н 6 ·Al 2 Cl 6 . Бромистий алюміній у подібних умовах дає 6С 6 Н 6 ·Al 2 Br 6 . Утворенням такого роду сполук обумовлюється настання багатьох синтетичних реакцій, що у присутності галоїдних солей алюмінію (Г. Г. Густавсон). При нагріванні до 280° з міцною йодистоводневою кислотою до бензолу приєднуються шість атомів водню, причому виходить вуглеводень гексагідробензол C 6 H 12 (Шкідливий Кіжнер). Продукти заміщення водню в бензолі утворюються також при дії галоїдів, напр., хлору, краще в присутності деяких речовин, що відіграють роль передавачів хлору, які, напр., йод і п'ятихлориста сурма. У реакцію вступають, ймовірно, вищі хлористі сполуки названих елементів, які потім, віддавши свій хлор , переходять у нижчі сполуки, потім знову приєднують галоїд, передають його бензолу, і таким чином цей складний процес триває весь час до кінця:

З 6 H 6 + JCl 3 = C 6 H 5 Cl + HCl + JCl.

При таких реакціях утворюються, звичайно, продукти різного ступеня заміщення, дво-, трьох-, чотирьох-, п'яти-, шестизаміщені бензоли, які всі відомі. З них гексахлорбензол, або перхлорбензол, C 6 Cl 6 (що не представляє ізомерних форм) виходить при повному хлоруванні бензолу в присутності п'ятихлористої сурми. Йодбензол утворюється при нагріванні бензолу з йодом у присутності іодної кислоти або сірчаної (Істраті). Щодо дії азотної кислоти було згадано вище. Сірчана кислота в залежності від концентрації, кількості та температури дає сульфобензид, моно-і дисульфокислоти. При нагріванні бензолу з металевим калієм до 250° частина водню заміщається металом, причому утворюється З 6 Н 5 До і З 6 Н 4 К 2 . З'єднання спалахує на повітрі з вибухом.

Літературазагальна – див. Бензольні сполуки, а також Roscoe u. Schorlemmer, "Ausfürliches Lehrbuch der Chemie" (IV т., ); спеціальна та техніч.; Gustav Schultz, «Die Chemie des Steinkohlentheers» (2-ге вид.); «Muspratt's Theoretische, практик. und analytische Chemie v. Stohmann und Bruno Kerl»(4-те видання).

Бензолфальсифікується найчастіше петрольним ефіром (бензином); Домішку цю легко дізнатися або за допомогою перегонки, так як точка кипіння бензину нижче точки кипіння бензолу, або за допомогою азотної кислий. Беруть 2 частини концентрованої сірчаної кислоти та змішують її з 1 частиною міцної азотної кислоти; питома. вага. 1,84; до такої суміші, попередньо сильно охолодженої, додають одну частину бензолу, що випробовується, маленькими порціями. Коли весь бензол влитий, то обережно нагрівають всю суміш до 60°, зануривши посудину, в якій ведуть випробування, гарячу воду (при 70-80°). Після цього суміші дають охолонути і виливають її в крижану воду. Якщо був чистий бензол, то від такої обробки він весь перетворюється на важку рідку олію, нітробензол, яка впаде на дно судини, і над крижаною водою ніякого шару не буде; якщо ж до бензолу був примішаний петрольний ефір, то він залишиться без зміни і як легший, ніж вода, підніметься нагору і над крижаною водою вийде шар рідини.

Бензол, З 6 Н 6 , вуглеводень, родоначальник ряду ароматичних сполук. Бензол - безбарвна, легко рухлива рідина з характерним запахом, кипить при "80 °, застигає на холоді в кристалічну масу, що плавиться при +5,4 °. Легко розчинний у багатьох

Технологія виробництва бензолу та сфери його використання

Бензол (C6H6, PhH) - ароматичний вуглеводень. Входить до складу бензину, що широко застосовується в промисловості, є вихідною сировиною для виробництва ліків, різних пластмас, синтетичної гуми, барвників. Бензол - один з найбільш поширених хімічних продуктів і найпоширеніша ароматична сполука. У фізичній вазі пластмас близько 30%, у каучуках та гумах – 66%, у синтетичних волокнах – до 80% припадає на ароматичні вуглеводні, родоначальником яких є бензол.
Бензол входить до складу сирої нафти, але у промислових масштабах переважно синтезується з інших її компонентів.

Властивості продукту та технічні характеристики
Бензол – безбарвна рідина зі своєрідним нерізким запахом. Температура плавлення – 5,5 °C, температура кипіння – 80,1 °C, щільність – 0.879 г/см³, молекулярна маса – 78,11 г/моль. З повітрям утворює вибухонебезпечні суміші, добре змішується з ефірами, бензином та іншими органічними розчинниками, з водою утворює суміш із температурою кипіння 69,25 °C. Розчинність у воді 1.79 г/л (25°C). Токсичний, небезпечний для довкілля, вогнебезпечний.
Бензол за складом відноситься до ненасичених вуглеводнів (гомологічний ряд CnH2n-6), але на відміну від вуглеводнів ряду етилену C2H4, за жорстких умов виявляє властивості властиві насиченим вуглеводням, більш схильний до реакцій заміщення. Властивості бензолу пояснюються наявністю в його структурі сполученої π-електронної хмари.
Транспортування бензолу здійснюють у залізничних цистернах та автоцистернах, на баржах та у металевих бочках. Перекачування з однієї судини в іншу відбувається в закритій системі, так як отруйний бензол.
Залежно від технології виробництва одержують різні марки бензолу. Бензол нафтовий одержують у процесі каталітичного риформінгу бензинових фракцій, каталітичного гідродеалкілування толуолу та ксилолу, а також при піролізі нафтової сировини.
Залежно від технології виробництва та призначення встановлені такі марки нафтового бензолу: вищого очищення, очищений та для синтезу. Норми для марок регламентовані ГОСТ 9572-93.
ГОСТ 8448-61 поширюється на кам'яновугільний та сланцевий бензол, що отримується в процесі термічної переробки кам'яного вугілля та сланців. Випускається двох марок: для синтезу та для нітрації.
Бензол сирий кам'яновугільний являє собою суміш, що містить 81-85% бензолу, 10-16% толуолу, 1-4% ксилолу. Вміст домішок не регламентуються.
ГОСТ 5955-75 відповідає бензолу як хімічному реактиву, що застосовується у лабораторіях.
Нижче наведено технічні характеристики марок нафтового та кам'яновугільного бензолу згідно з переліченими вище ГОСТами.

Технічна характеристика марок кам'яновугільного бензолу

Технічна характеристика марок нафтового бензолу

Області застосування бензолу

Бензол- один з найбільш поширених хімічних продуктів і найпоширеніша ароматична сполука. У фізичній вазі пластмас близько 30%, у каучуках та гумах – 66%, у синтетичних волокнах – до 80% припадає на ароматичні вуглеводні, родоначальником яких є бензол.
Основні галузі застосування бензолу - виробництво етилбензолу, кумолу та циклогексану. Перед цих продуктів припадає близько 70% світового споживання бензолу. Етилбензол є важливим нафтохімічним продуктом, основний обсяг якого використовуються для виробництва стиролу. Найбільш значущими продуктами, у виробництві яких використовується фенол, є бісфенол-А та фенолформальдегідні смоли. Циклогексан використовується як сировина для отримання капролактаму, розчинника. Капролактам у свою чергу застосовується для термопластичних смол (поліамід 6), капронових волокон і ниток. Нітробензол є напівпродуктом для одержання аніліну.
Бензол також використовується для отримання аніліну, малеїнового ангідриду, є сировиною для синтетичних волокон, каучуків, пластмас. Бензол застосовується як компонент моторного палива підвищення октанового числа, як розчинник і екстрагент у виробництві лаків, фарб, поверхнево-активних речовин.
Докладніше області застосування бензолу розглянуті у розділі 5.

ТЕХНОЛОГІЯ ВИРОБНИЦТВА

Історична довідка

Вперше бензол описав німецький хімік Йоганн Глаубер, який отримав цю сполуку у 1649 році внаслідок перегонки кам'яновугільної смоли. Але ні назви речовина не отримала, ні склад її не відомий.
Своє друге народження бензол отримав завдяки роботам англійського фізика Майкла Фарадея, який у 1825 виділив його з рідкого конденсату світильного газу. Велике відкриття Фарадея було зроблено випадково. На початку дев'ятнадцятого століття Лондоні для вуличного освітлення почали використовувати світильний газ, одержуваний з кам'яновугільної смоли. Однак він мав ряд істотних недоліків: при його горінні не тільки виділялася велика кількість диму, чим були вельми незадоволені жителі туманного Альбіону, але й згодом цей газ втрачав свою горючість, а на дні балонів осідала невідома масляниста рідина. Цією проблемою виключно з практичних міркувань і зайнявся Майкл Фарадей. Результатом безлічі різноманітних випробувань стала біла кристалічна маса, одержувана виморожуванням залишку світильника при температурі 7 °С.
В 1833 німецький фізик і хімік Ейльгард Мічерліх отримав бензол при сухій перегонці кальцієвої солі бензойної кислоти (саме від цього і походить назва бензол).
Сучасне уявлення про властивості та електронну природу зв'язків у бензолі ґрунтується на гіпотезі Лайнуса Полінга, який запропонував зображувати молекулу бензолу у вигляді шестикутника з вписаним колом, підкреслюючи тим самим відсутність фіксованих подвійних саязів та наявність єдиної електронної хмари, що охоплює всі шість атомів.
У ХІХ столітті комерційна цінність бензолу була обмеженою. Він застосовувався насамперед як розчинник. У XX столітті виробники бензину виявили у бензолу ряд властивостей, що дозволяють використовувати його як компонент автомобільного палива (високе октанове число). Як наслідок виник економічний стимул для більш повного виділення бензолу, який отримували як побічний продукт при коксуванні у виробництві сталі. Початок Другої світової війни виявило й інші – хімічні – галузі застосування бензолу, в основному у виробництві вибухових речовин. В результаті, в середині XX століття не тільки бензол коксування став спрямовувати в хімічну промисловість (а не використовуватися як компонент бензину), а й сама нафтопереробна промисловість почала виробляти величезну кількість бензолу для забезпечення потреб хімічної промисловості. Так, найбільший споживач бензолу – нафтова індустрія – став його головним виробником.
Постійно зростаючі потреби нафтохімічної промисловості в бензолі призвели до появи нових, удосконалених процесів його виробництва – каталітичного риформінгу, деалкілування толуолу, а також нового – диспропорціонування толуолу.
Випадковий внесок у розвиток галузі було зроблено в 1970-і роки, коли заводи з виробництва олефінів почали використовувати важкий газойль як сировину та отримувати бензол як побічний продукт.

Промислові методи виробництва бензолу

Виробництво бензолу ґрунтується на переробці цілого ряду сировинних компонентів: нафти, толуолу, важкої фракції піролізу, смоли коксування вугілля, тому випуск бензолу ведеться як на підприємствах нафтохімії, так і на металургійних заводах. Залежно від технології отримання та призначення бензол поділяють на бензол нафтовий та кам'яновугільний «вищого очищення», «для синтезу», «вищого ґатунку», «першого ґатунку», «для нітрації», «технічний», «сирий».
Найбільш старий метод промислового отримання бензолу - виділення його із попередньо охолоджених пірогазових продуктів коксування кам'яного вугілля абсорбцією органічними поглиначами, наприклад оліями кам'яно-вугільного та нафтового походження; для відділення поглинача використовують перегонку з водяною парою. Від домішок (наприклад, тіофену) сирий бензол відокремлюють гідроочищенням.
Основну кількість бензолу одержують каталітичним риформінгом (470-550°С) нафтової фракції, що википає при 62-85°С. Бензол високої чистоти одержують екстрактивною перегонкою з диметилформамідом.
Бензол виділяють і з рідких продуктів піролізу нафтопродуктів, що утворюються у виробництвах етилену та пропілену. Цей спосіб є більш вигідним економічно, оскільки в суміші продуктів, що утворюється, на частку бензолу припадає близько 40% проти 3% при риформінгу. Однак сировинні ресурси для цього способу дуже обмежені, тому більшу частину бензолу виробляють риформінг. Частка коксохімічного бензолу у загальному балансі невелика.

Склад сумішей, що утворюються в результаті піролізу та риформінгу нафтової сировини.

Джерело: Євразійський хімічний ринок

При надлишку ресурсів толуолу бензол проводять також деалкілуванням останнього, яке проводять термічним способом при 600-820°С у присутності водню та водяної пари або каталітично при 227-627°С у присутності цеолітів або оксидних каталізаторів.

Одержання бензолу з кам'яновугільної сировини
Для отримання коксу на металургійних підприємствах використовують суху перегонку кам'яного вугілля, який являє собою переважно суміш поліядерних ароматичних сполук з високою молекулярною масою. У процесі сухого перегонування кам'яне вугілля нагрівають без доступу повітря до 1200-1500ºС. З 1 тонни вугілля можна отримати близько 680 кг коксу та 227 кг кам'яновугільного газу, кам'яновугільної смоли та кам'яновугільного масла. Кам'яновугільна олія (сирий бензол) - це суміш бензолу (63%), толуолу (14%) та ксилолів (7%).
Для коксохімічного бензолу необхідне глибше очищення від ненасичених вуглеводнів, особливо від н-гептану та метилциклогексану. Коксохімічний бензол піддається ректифікації тричі: при відборі фракції сірковуглецевої, перегонці очищеної фракції БТК - отримання бензолу «для нітрації» - і остаточному виділенні бензолу після додаткового очищення - отримання бензолу вищих марок.
Одержання бензолу коксуванням вугілля є традиційним і найстарішим способом, однак у 1950-ті роки він почав втрачати актуальність, оскільки ринок бензолу став зростати значно швидше, ніж ринок сталі та виявилося виробництво бензолу на основі переробки нафти.
Так, США - через особливості природних умов швидко переорієнтувалися виробництва бензолу з нафтової сировини, як дешевшого. І коли у 1960 році у Західній Європі навіть не замислювалися про отримання ароматичних сполук із сирої нафти, у США вже 83% цих речовин одержували саме з неї. До 1990 року США повністю відмовилися від використання кам'яновугільного сировини у виробництві ароматики, а Західної Європи на той час з нафти отримували 93% бензолу та її гомологів. Нині у Європі є лише чотири виробництва бензолу, що працюють на кам'яновугільній сировині: у Німеччині, Польщі, Чехії та Бельгії.
Виробництво бензолу у Росії тісно пов'язані з кон'юнктурою ринку металів, переважна більшість яких переробляється на 10 наявних підприємствах.

Одержання бензолу каталітичним риформінгом нафтових фракцій
Вміст бензолу в сирій нафті зазвичай становить не більше 0,5-1,0%. Цього недостатньо, щоб виправдати витрати на устаткування необхідне виділення бензолу з сирої нафти. Набагато важливішим і комерційно вигідним джерелом отримання бензолу є процес каталітичного риформінгу, частку якого припадає більшість виробленого у світі бензолу.
Каталітичний риформінг призначений підвищення октанового числа прямогонних бензинових фракцій шляхом хімічного перетворення вуглеводнів, що входять до їх складу, до 92-100 пунктів. Процес ведеться у присутності алюмо-платино-ренієвого каталізатора. Підвищення октанового числа відбувається рахунок збільшення частки ароматичних вуглеводнів. Продукти, отримані в результаті риформінгу вузьких бензинових фракцій, піддаються розгону з отриманням бензолу, толуолу та суміші ксилолів.
Сировиною для каталітичного риформінгу служить важка бензинова фракція (нафта, або лігроїн) - суміш парафінів, нафтенів та ароматичних вуглеводнів фракції С6-С9. У ході каталітичного риформінгу склад нафти змінюється так:
- парафіни перетворюються на ізопарафіни,
- парафіни перетворюються на нафтени,
- нафтени перетворюються на ароматичні вуглеводні, включаючи бензол.
Також утворюються побічні продукти:
- парафіни та нафтени можуть розпадатися з утворення бутану та легших газів,
- бічні ланки ароматичних сполук і нафтенів можуть відщеплюватися і давати бутан і легші гази.
Обидва побічні процеси призводять до зниження октанового числа та зниження економічних показників.
Потужність установок риформінгу становить від 300 до 1000 тис. Тонн і більше на рік за сировиною. Оптимальною сировиною є важка бензинова фракція з кипінням інтервалами 85-180°С. Сировина піддається попередньому гідроочищення - видалення сірчистих і азотистих сполук, навіть у незначних кількостях незворотно отруйних каталізатор риформінгу.
Установки риформінгу існують 2-х основних типів – з періодичною та безперервною регенерацією каталізатора – відновленням його первісної активності, яка знижується в процесі експлуатації. У Росії її підвищення октанового числа переважно застосовуються установки з періодичною регенерацією, але у 2000-х гг. у Кстово та Ярославлі введені установки і з безперервною регенерацією, які ефективніші технологічно, проте вартість їх будівництва вища.
Процес здійснюється при температурі 500-530°З тиску 18-35 атм (2-3 атм на установках з безперервною регенерацією). Основні реакції риформінгу поглинають суттєві кількості тепла, тому процес ведеться послідовно в 3-4 окремих реакторах, об'ємом від 40 до 140 м3, перед кожним з яких продукти нагріваються в трубчастих печах. Наявність кількох реакторів дозволяє підтримувати різні робочі умови. У кожному реакторі проходить одна з реакцій, перерахованих вище. Суміш, що виходить з останнього реактора, відокремлюється від водню, вуглеводневих газів і стабілізується. Отриманий продукт – стабільний риформат – охолоджується та виводиться з установки.
При регенерації здійснюється випал утворюється в ході експлуатації каталізатора коксу з поверхні каталізатора з подальшим відновленням воднем та інших технологічних операцій. На установках з безперервною регенерацією каталізатор рухається реакторами, розташованим один над одним, потім подається на блок регенерації, після чого повертається в процес.
Продукти, отримані в результаті риформінгу вузьких бензинових фракцій, піддаються розгону з отриманням бензолу, толуолу та суміші ксилолів - центральну фракцію, що кипить у вузькому інтервалі температур. Для підсумкового виділення бензолу використовують один із двох процесів: вилучення розчинником або екстрактивну перегонку.
Вихід бензолу на установках каталітичного риформінгу залежить від складу сировини. Нафта відрізняється за вмістом парафінів, нафтенів та ароматики (вуглеводні групи ПНА). Високий вміст нафтенів та ароматичних речовин – ознака гарної сировини для риформінгу, а високий вміст парафінів означає, що цю сировину краще використовувати для промислового одержання олефінів.
Вихід бензолу також залежить умов проведення процесу, що визначаються економічними міркуваннями.

Одержання бензолу зі смоли піролізу
Найбільш економічно вигідним є метод виділення бензолу з рідких продуктів піролізу нафтопродуктів, що утворюються у виробництві етилену та пропілену.
Виробництво бензолу за цією технологією безпосередньо залежить від виробництва олефінів, сировини для виробництва олефінів та ринку смоли піролізу (піроконденсату), який є дуже обмеженим.
Виділення бензолу з піроконденсату полягає в гідроочищенні відповідної фракції продуктів піролізу від ненасичених і сірчистих сполук, подальшому гідродеалкілуванні отриманої суміші, що містить бензол, толуол і ксилоли і подальшої доочищення отриманого бензолу. Розділення БТК-фракції з отриманням бензолу проводять екстракцією розчинником або екстрактивною перегонкою. Найчастіше застосовується екстракція сумішшю N-метилпіролідону з етиленгліколем. Також як екстрагенти застосовують гліколі, сульфолан, диметилсульфоксид та ін розчинники.

Одержання бензолу гідродеалкілуванням толуолу
У процесі гідродеалкілування (дезалкілювання) толуол змішують з потоком водню, нагрівають і подають у реактор. Метильна група відщеплюється під час проходження толуолу через шар каталізатора з утворенням бензолу. Потік, що виходить з реактора, фракціонують на водень, метан та інші легкі гази та бензол. Бензол зазвичай очищають контактно-земляним методом. Отриманий продукт є чистим бензолом (марки «для нітрування»). Вихід бензолу на установці гідродеалкілування толуолу досягає 96-98%.

Матеріальний баланс процесу гідродеалкілування толуолу

Одержання бензолу диспропорціонуванням толуолу
Протягом останніх 15 років попит на бензол та ксилоли почав значно випереджати попит на толуол. У результаті розроблено технологічний процес диспропорціонування толуолу, що дозволяє підвищити обсяги виробництва цих продуктів.
При диспропорціонуванні толуолу відбувається відновлення до бензолу з втратою метильної групи (тобто гідродеалкілування) та окислення до ксилолу, оскільки метильна група приєднується до іншої молекули толуолу (переалкілування). Каталізаторами процесу служать платина і паладій, рідкісноземельні метали і неодим, нанесені на оксид алюмінію, а також хром, нанесений на алюмосилікат.
Толуол подається до реактора, де знаходиться нерухомий шар каталізатора. У реактор також вводять кілька водню для придушення осадження вуглеводнів на поверхні каталізатора. Режим роботи реактора – температура 650-950ºС та тиск 10,5-35 атм. Потік, що виходить з реактора, охолоджують, витягають з нього водень на рецикл. Решту суміш тричі переганяють із виділенням на першій стадії неароматичних сполук, на другій – бензолу, на третій – ксилолів.

Матеріальний баланс процесу диспропорціонування толуолу

Як показує матеріальний баланс процесу, вихід товарів одну стадію досить високий. При економічній обґрунтованості отримання бензолу з толуолу вибір між процесами гідродеалкілування та диспропорціонування залежить від інших економічних міркувань, зокрема від необхідного кінцевого складу продуктів.

Області застосування бензолу
Попит на бензол визначається розвитком споживаних галузей. Основні галузі застосування бензолу - виробництво етилбензолу, кумолу та циклогексану та аніліну.
Етилбензол є важливим нафтохімічним продуктом, основний обсяг якого використовуються для виробництва стиролу. Більше 65% виробленого стиролу, у свою чергу, використовується для виробництва полістиролу. Частина, що залишилася, використовується у виробництві акрилонітрил-бутадієн-стиролу (АБС) і стирол-акрилонітрилу (САН), ненасичених поліефірів і стирол-бутадієнового каучуку.
Основною сферою застосування фенолу є хімічна промисловість. Найбільш значущими продуктами, у виробництві яких використовується фенол, є бісфенол-А та фенолформальдегідні смоли. Фенол також використовується у виробництві синтетичного волокна капрону, барвників, пестицидів, лікарських засобів (аспірин, салол). Розведені водні розчини фенолу (карболка, 5%) застосовують для дезінфекції приміщень, білизни.
Циклогексан використовується як сировина для отримання капролактаму, розчинника. Капролактам у свою чергу застосовується для термопластичних смол (поліамід 6), капронових волокон і ниток.
Нітробензол є напівпродуктом для отримання аніліну, який використовується для виробництва метилдіізоціанатів, з яких одержують поліуретани. Анілін також використовується при виробництві штучних каучуків, гербіцидів та барвників.
Бензол також використовується для отримання малеїнового ангідриду, є сировиною для синтетичних волокон, каучуків, пластмас. Застосовується як компонент моторного палива підвищення октанового числа, як розчинник і екстрагент у виробництві лаків, фарб, поверхнево-активних речовин.
Схематично основні синтези на основі бензолу можна подати так:

Схема основних синтезів на основі бензолу

Застосування продуктів переробки бензолу

Продукт	Хімічна формула	Застосування
Стирол		Основна сфера застосування – виробництво полістиролу.
Фенол		Застосовують у виробництві бісфенолу-А, фенолформальдегідних пластмас, синтетичного волокна капрону, барвників, пестицидів, лікарських препаратів (аспірин, салол). Розведені водні розчини фенолу (карболка, 5%) застосовують для дезінфекції приміщень, білизни.
Капролактам		Є основною сировиною для одержання поліаміду-6 (нейлон, капрон, ультрамід).
Анілін		Застосовується як напівпродукт у виробництві поліуретанів, барвників, вибухових речовин та лікарських засобів (сульфаніламідні препарати).
Малеїновий ангідрид		Застосовується для отримання полімерних матеріалів, алкідних та полімерних смол, у виробництві синтетичних волокон, миючих засобів, фармацевтичних препаратів, присадок та стабілізаторів палива, фумарової та яблучних кислот, сільськогосподарських препаратів
Алкілбензоли		Останні матеріали розділу: