N-buten je ključni člen v verigi kemične industrije C4. Kot osnovna organska kemična surovina povezuje nadaljnjo rafinacijo nafte in polimerne materiale ter fine kemikalije. Ta članek bo izčrpno predstavil znanje o N-butenu iz njegove definicije in lastnosti, industrijskih proizvodnih metod, področij uporabe ter vidikov varnostnega skladiščenja in transporta.
N-buten, običajno imenovan 1-buten (kemijska formula: C₄H₈, strukturna formula: CH₃CH₂CH=CH₂), je pomembna osnovna organska kemična surovina. Pri normalni temperaturi in tlaku je brezbarven plin, rahlo topen v vodi in zlahka topen v organskih topilih, kot sta etanol in eter. Običajno ima rahel aromatičen vonj.
1. Kemijska družina in fizikalne lastnosti
N-buten je eden od štirih izomerov butena. Ostali trije so 2-buten (ki se nadalje deli na cis in trans oblike) in izobutilen. Ključne fizikalne konstante izobutena so naslednje:
Molekulska masa: 56,1
Tališče: -185,3 stopinje
Vrelišče: -6,3 stopinje
Gostota: 0,5951 g/cm³ (pri 20/4 stopinj), težji od zraka kot plin (približno 1,93-krat več kot zrak).
Plamenišče: -80 stopinj (zaprta posoda), razvrščeno kot izjemno vnetljiva snov.
2. Metoda industrijske proizvodnje: izvor in proizvodni proces
N-buten, ki se uporablja v industriji, se v glavnem pridobiva z ločevanjem frakcije C4, proizvaja pa se lahko tudi s posebnimi sintetičnimi postopki.
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 pridobiva z destilacijo in na druge načine.
Dimerizacija etilena (metoda sinteze): V prisotnosti katalizatorja (kot sta titanov ester in trietilaluminij) je etilen podvržen reakciji dimerizacije, pri čemer se selektivno ustvari 1-buten visoke-čistosti. To je pomembna dopolnilna pot poleg metode ločevanja.
Pridobivanje stranskega-proizvoda: V nekaterih nastajajočih procesih, kot so projekti metanola-v-olefine (MTO), se 1-buten pojavlja tudi kot stranski proizvod.
3. Področja uporabe: od plastike do finih kemikalij
Tetradecen služi kot most, ki povezuje osnovne petrokemične izdelke in vrhunske-materiale. Njegove aplikacije so v glavnem razdeljene v dve smeri: kot intermediat za proizvodnjo drugih kemikalij in kot monomer za polimere.
Polimeri in kopolimeri:
Linearni kopolimerni monomer polietilena nizke{0}}gostote (LLDPE): To je ena najpomembnejših uporab 1-butena. Kopolimerizira se z etilenom, kar lahko izboljša odpornost proti razpokanju zaradi napetosti v okolju, fleksibilnost in druge lastnosti polietilena ter se pogosto uporablja v proizvodnji filmov, embalažnih materialov itd.
Poli 1-buten (PB): 1-buten se lahko sam polimerizira v poli 1-buten. To je visokomolekularni material z odlično odpornostjo proti lezenju pri visokih temperaturah, odpornostjo proti obrabi in napetostnim razpokam ter se uporablja predvsem na področju materialov za cevi.
Organski sintetični intermediati:
Proizvodnja butadiena: S katalitično oksidacijo in dehidrogenacijo se lahko n{0}}buten uporabi za proizvodnjo butadiena, ki je osnovna surovina za sintetični kavčuk (kot sta cis-butadienski kavčuk in stiren-butadienski kavčuk).
Priprava izobutanola in butanona: N-buten (običajno zmes 1-butena in 2-butena) je mogoče hidrolizirati, da nastane izobutanol, in nato dehidrogenirati, da nastane metil etil keton (butanon). Butanon je odlično industrijsko topilo in se pogosto uporablja v industriji barv, lepil in črnil.
Priprava epoksiciklobutana: z reakcijo katalitične oksidacije se lahko n-buten uporabi za proizvodnjo epoksiciklobutana, ki se lahko nato pretvori v druge fine kemikalije.
Druge fine kemikalije:
Izomerizacija za proizvodnjo propilena: pod delovanjem specifičnega katalizatorja lahko 2-buten (ki se pogosto obravnava kot tarča za pretvorbo običajnega butena) podvrže translokacijski reakciji z etilenom, da nastane propilen. To je pomembna tehnologija za uravnavanje ravnotežja zmogljivosti proizvodnje olefinov.
Oksidacija v adipinsko kislino: N-butilen se lahko uporablja tudi pri katalitični oksidaciji za proizvodnjo adipinske kisline (adipona), ki je surovina za proizvodnjo nenasičenih poliestrskih smol in aditivov za živila (kot je jabolčna kislina).
4. Varnost in skladiščenje/prevoz
Zaradi zelo vnetljive narave n-butena so njegovi varnostni ukrepi izjemnega pomena.
Nevarnost: v mešanici z zrakom lahko tvori eksplozivno zmes. Meja eksplozivnosti je približno 1,6 % do 10,0 % (po prostornini). Plin je težji od zraka in se nagiba k kopičenju v-nižinskih predelih. Ko naleti na vir vžiga, se bo vnel in sprožil. Poleg tega lahko stik tekočega n-butilena s kožo povzroči ozebline.
Strupenost: N-butilen je razvrščen kot nizko{1}}strupena snov. Ima predvsem učinke, kot so preprosto zadušitev, blaga anestezija in blago draženje. Izpostavljenost visokim koncentracijam lahko povzroči omotico, zaspanost in celo komo.
Zahteve glede shranjevanja: Hraniti ga je treba v hladnem, dobro-prezračenem skladišču, posebej namenjenem za vnetljive pline, stran od virov ognja in toplote ter ločeno od oksidantov in kislin. Med prevozom običajno uporabljajte jeklene-odporne jeklenke ali namenske tovornjake cisterne in poskrbite za anti{3}}statične ukrepe.
5. Trenutno stanje trga in industrije
N-buten je ključni člen v industrijski verigi ogljika štiri. Z izboljšanjem globalnih zmogljivosti krekinga etilena in katalitskega krekinga je skupna količina virov C4 obilna. Trenutno se industrijski trend osredotoča na visoko-uporabo 2-butenov (na primer za proizvodnjo propilena) kot tudi na-poglobljen razvoj polimer-razreda 1-butenov na področju visoko zmogljivih materialov.
Kot temeljna molekula na področju kemije je n-buten po različnih poteh kemičnih reakcij povzročil izdelke, kot so plastika, guma in topila, ki so tesno povezani z vsakdanjim življenjem. Razumevanje njegovih lastnosti in uporab ni le bistveno znanje za kemijske strokovnjake, ampak nam tudi pomaga razumeti, kako sodobne industrije učinkovito pretvarjajo naftne vire v-materiale visoke vrednosti.
