Aplicaciones de la química en la ingeniería petrolera: un artículo de 3000 palabras. Progreso de la investigación y aplicación de la química verde en la industria petroquímica En mayo de 2003, la Sociedad Internacional de Ingeniería organizó la conferencia "Ingeniería verde: definición de principios" en Sanding, EE. UU., con el propósito de determinar un conjunto de principios verdes. Principios de ingeniería. Principios para guiar a los ingenieros en el diseño de productos y procesos. Hacer que satisfaga las necesidades de las empresas, el gobierno y la sociedad, incluidos el costo, la seguridad, la usabilidad y el impacto ambiental. Finalmente, se anunciaron los principios Sandestin del marco de trabajo del ingeniero. Los nueve principios que los ingenieros deben seguir para realizar plenamente la ingeniería verde en proyectos de ingeniería son: (1) Considerar el proceso y el producto como un todo, y utilizar métodos de análisis e integración del sistema para. evaluar el impacto ambiental (2) Proteger y mejorar los ecosistemas naturales, y también proteger la salud, la vida y la tranquilidad humanas (3) Considerar todo el ciclo ecológico en las actividades de ingeniería (4) Garantizar la entrada y salida segura y benigna de todos los materiales; y energía tanto como sea posible; (5) ) Minimizar el consumo de recursos naturales; (6) Se deben hacer esfuerzos para reducir la generación de residuos (7) Desarrollar e implementar soluciones de ingeniería basadas en el conocimiento geográfico y humanístico local (8); ) Innovar, crear e inventar tecnologías para lograr el desarrollo sostenible, y Proponer creativamente soluciones de ingeniería basadas en tecnologías tradicionales y convencionales (9) Permitir que los accionistas y la sociedad participen activamente en el desarrollo de soluciones de ingeniería [2]. La industria química del siglo XX se basó en recursos minerales como el carbón, el petróleo y el gas natural. Especialmente alrededor de la década de 1960, la industria petroquímica se desarrolló rápidamente, lo que también produjo problemas sociales cada vez más graves, como los recursos y el medio ambiente. Desde 1990, el concepto de química verde ha surgido rápidamente y se ha convertido en la dirección del desarrollo sostenible de la industria química, incluida la industria petroquímica. Ha atraído cada vez más la atención de los gobiernos, las empresas y el mundo académico de varios países. En el campo de la industria petroquímica, algunas tecnologías químicas verdes se desarrollan y aplican continuamente, e incluso gradualmente se convierten en algunas industrias emergentes. Este artículo presenta algunos nuevos desarrollos en tecnologías petroquímicas sostenibles. 1 La "economía atómica" de una reacción de oxidación de hidrocarburos que utiliza peróxido de hidrógeno como oxidante es una medida de cuántos átomos de materia prima ingresan al producto en una reacción química. Esta norma no sólo exige ahorrar al máximo los recursos de materias primas, sino que también exige minimizar las emisiones de residuos. La reacción de oxidación de los hidrocarburos es un proceso de reacción muy importante en la industria petroquímica. Dado que las moléculas del producto con grupos funcionales que contienen oxígeno son mucho más reactivas que los hidrocarburos de alimentación, la selectividad de este tipo de reacción suele ser baja y algunas reacciones deben completarse en múltiples pasos, lo que a menudo produce una gran cantidad de desechos. Como oxidante suave, el peróxido de hidrógeno puede realizar reacciones de oxidación direccional altamente selectivas bajo la catálisis de ciertas sustancias. Además, no es tóxico y se convierte en agua inofensiva después de la reacción, lo que mejora en gran medida la "economía atómica" de la reacción. , por lo que se considera un oxidante verde [1]. 1.1 Aplicación industrial de la oximación de ciclohexanona catalizada por un tamiz molecular de titanio y silicio para preparar ciclohexanona oxima. La preparación de ciclohexanona oxima es el proceso central de la tecnología de producción principal actual de monómero de fibra química ε-caprolactama. Debe obtenerse mediante la reacción de ciclohexanona y sal de hidroxilamina. Sin embargo, el proceso de preparación de la sal de hidroxilamina no es "atómico". económico" y provoca corrosión y contaminación graves. A finales de la década de 1980, la empresa italiana EniChem propuso un nuevo proceso de amoximación para la ciclohexanona, que se sintetiza directamente a partir de ciclohexanona, amoníaco y peróxido de hidrógeno mediante una reacción "atómico-económica" de un solo paso bajo catálisis de tamices moleculares de titanio-silicio. El Instituto de Investigación Sinopec también desarrolló con éxito un nuevo proceso de amoximación de ciclohexanona con derechos de propiedad intelectual independientes y cooperó con Sinopec Baling Branch para completar una prueba industrial de 70 kt/a en agosto de 2003. La tasa de conversión de la ciclohexanona y la selectividad de la ciclohexanona oxima superan el 99,5, y la tasa de utilización del amoníaco supera el 97. Sin embargo, en el proceso tradicional de HPO, la tasa de utilización de amoníaco es inferior al 60%. Al mismo tiempo, el nuevo proceso evita la generación y uso de óxidos de nitrógeno y SOx (HPO), convirtiendo la preparación de ciclohexanona oxima en un proceso de producción limpio. El proceso tradicional de producción de caprolactama que utiliza benceno como materia prima tiene un flujo de proceso largo, un proceso complejo, una gran inversión y un alto costo. Empresas extranjeras como DuPont, BASF y DSM han desarrollado nuevas tecnologías para producir caprolactama utilizando butadieno como materia prima [2, 3], que pueden simplificar el proceso y reducir los costos de producción, sin embargo, debido a la enorme inversión en nuevos equipos y altos. Riesgos técnicos, hasta el momento Falta de industrialización.
El nuevo proceso de amoximación de ciclohexanona es adecuado para la transformación técnica de los equipos existentes y hará más competitiva la ruta del proceso de benceno a caprolactama. 1.2 Se han logrado nuevos avances en el nuevo proceso de epoxidación de propileno a óxido de propileno. Desde el nacimiento del tamiz molecular de titanio y silicio (TS-1), el proceso de oxidación en fase líquida a baja temperatura utilizando peróxido de hidrógeno como oxidante se ha investigado y desarrollado continuamente. Otro tipo de avance destacado es la epoxidación de olefinas con peróxido de hidrógeno para preparar epoxi. El proceso más importante es la epoxidación de propileno para preparar óxido de propileno. Usando TS-1 como catalizador, se epoxidan propileno y peróxido de hidrógeno para preparar óxido de propileno. El rendimiento de óxido de propileno fue superior al 97% (referido al propileno) y al 87% basado en peróxido de hidrógeno. Los subproductos son principalmente agua y oxígeno. La utilización efectiva de átomos en este proceso llega a 76. Sin embargo, la tasa de utilización efectiva de átomos en el proceso tradicional de producción de clorhidrina en dos pasos es de sólo 365.438 0, lo que requiere una gran cantidad de cloro y cal, lo que provoca una grave corrosión de los equipos y contaminación ambiental. En vista del hecho de que el tamiz molecular TS-1 es caro y difícil de separar del producto, también se están investigando continuamente otros sistemas catalíticos para la epoxidación de propileno, como la zeolita beta cargada con estaño [5] y el catalizador de complejo de nitrógeno orgánico Fe2 [ 6,7] y catalizadores de transferencia de fase de grupos metálicos que contienen tungsteno [8]. Recientemente, BASF y Dow Chemical Company han logrado grandes avances en el desarrollo de un proceso de epoxidación de peróxido de hidrógeno de propileno (HPPO) y completaron sus respectivas evaluaciones detalladas. Se dice que las ventajas del método HPPO son un proceso corto, una baja inversión y una huella pequeña porque no coproduce otros productos, especialmente equipos de producción a pequeña escala. Las dos partes tienen previsto completar la ampliación piloto en un futuro próximo e iniciar la construcción de la primera unidad de producción de 300 kt/a, que se espera que esté terminada y puesta en funcionamiento a principios de 2007 [9]. Además, Degussa y Uhde también planean construir una unidad de óxido de propileno de 60 kt/a en Sasol, Sudáfrica, utilizando el proceso HPPO. Se informa [10] que ha desarrollado un catalizador de tamiz molecular especial que puede minimizar la cantidad de subproductos. Aunque el nuevo proceso de epoxidación de propileno utiliza peróxido de hidrógeno como oxidante, el rendimiento del producto se puede mejorar considerablemente siempre que se utilice un catalizador adecuado. Al mismo tiempo, debido a la simplificación del proceso, el proceso todavía tiene buenos beneficios técnicos y económicos, y se espera que las ventajas de protección ambiental de esta tecnología tengan un impacto importante en la industria del óxido de propileno. 1.3 La tecnología de preparación de otros compuestos orgánicos que contienen oxígeno utiliza peróxido de hidrógeno como oxidante. Las olefinas, alcoholes y compuestos carbonílicos se pueden oxidar con alta selectividad a epóxidos, alcoholes y ácidos carboxílicos, y se puede evitar el uso de catalizadores metálicos, oxidantes que contienen cloro y disolventes orgánicos. La literatura [11] presenta el nuevo proceso desarrollado por Sato Kazuhiko et al. Los compuestos diol se producen por oxidación de olefinas. Usando un catalizador de ácido sulfónico cargado con resina ordinario para hacer reaccionar diferentes olefinas y olefinas cíclicas con un exceso de 30% de peróxido de hidrógeno, se puede obtener trans-1,2-diol con alta selectividad y alto rendimiento, y también se pueden obtener olefinas terminadas en hidroxilo. obtenido. Puede reaccionar en un solo paso para formar compuestos trihidroxi. Du Zexue et al. [12] desarrollaron un nuevo proceso de destilación catalítica en suspensión para la epoxidación de cloruro de propileno y peróxido de hidrógeno para preparar epiclorhidrina. La selectividad de la reacción alcanza más de 98 y se espera que reemplace el proceso de producción de clorhidrina existente. 2. Las tecnologías químicas verdes como el fosgeno y el ácido cianhídrico que reemplazan materias primas tóxicas y nocivas son sustancias altamente tóxicas. Debido a sus propiedades químicas extremadamente reactivas, todavía se utilizan ampliamente como materias primas químicas. Sin embargo, si estos productos químicos se filtran accidentalmente durante los procesos de fabricación y uso, causarán innumerables víctimas humanas y desastres ambientales. Por lo tanto, ha llamado la atención el desarrollo de tecnologías químicas verdes como el fosgeno altamente tóxico y el ácido cianhídrico con materias primas no tóxicas e inofensivas [13]. Nuevos procesos para producir isocianato y policarbonato en lugar de fosgeno Actualmente, los procesos para producir isocianato en lugar de fosgeno incluyen: producir isocianato a partir de amina primaria y dióxido de carbono o carbonato de dimetilo, producir isocianato a partir de carbonilación oxidativa de amina primaria y monóxido de carbono, producir isocianato a partir de. nitro La carbonilación del benceno y el monóxido de carbono produce isocianato. Algunas de estas tecnologías se encuentran en la etapa piloto, pero el costo de producción es aproximadamente un 10% más alto que el método original de fosgeno, lo cual no es económico y debe mejorarse. Se ha desarrollado con éxito un proceso para producir policarbonato utilizando carbonato de dimetilo como materia prima en lugar de fosgeno. Primero, el carbonato de dimetilo reacciona con el fenol para formar carbonato de difenilo y luego reacciona con el bisfenol A para formar policarbonato polimérico. Actualmente se está construyendo una fábrica para producir carbonato de dimetilo mediante el método de carbonilación oxidativa de metanol, reemplazando la ruta tradicional de utilizar fosgeno como materia prima.