Введение к работе
Актуальность темы. Российская Федерация является крупнейшей в мире лесной державой, где произрастает около половины мировых запасов хвойных деревьев. Все они продуцируют смолистые вещества, одним из важнейших компонентов которых является скипидар, представляющий собой смесь монотерпеновых углеводородов с незначительным содержанием кислородсодержащих монотерпеноидов. Лес, как известно, является растительным возобновляемым сырьем, поэтому скипидар, в отличие от нефтехимического и минерального сырья, практически неисчерпаем. Однако в настоящее время скипидар не находит квалифицированного применения и используется в основном в качестве растворителя. Вследствие этого развитие современной лесохимической промышленности неразрывно связано с разработкой новых, высокоэффективных способов его переработки с целью получения высококачественных материалов для народного хозяйства страны.
Одним из таких скипидарных продуктов являются ментадиены, которые могут использоваться для синтеза различных ценных продуктов — инсектицидов, гербицидов, некоторых душистых веществ, а также биологически активных продуктов. Кроме того, ментадиены сравнительно легко вступают в реакцию полимеризации, сополимеризации и диенового синтеза с получением соответствующих продуктов, которые имеют значение для производства алкидных смол.
Другим перспективным продуктом переработки скипидара является л-цимол, который обладает ароматической структурой и может с успехом применяться в качестве растворителя в различных отраслях промышленности взамен ароматических растворителей нефтяного происхождения. Кроме того, л-цимол служит сырьем для синтеза тимола - дезинфицирующего средства, а также для получения терефталевой кислоты -важнейшего мономера для синтеза полимерных материалов. Дегидрированием л-цимола получают диметилстирол и л-метилстирол, применяемые в синтезе каучука, а еще одним возможным направлением использования л-цимола является получение л-крезола, который является ключевым продуктом для изготовления искусственных смол.
Однако, несмотря на большое количество научно-исследовательских и прикладных работ, посвященных переработке скипидара в ценные вторичные продукты, в настоящее время в Российской Федерации отсутствует отвечающая современным технико-экономическим и экологическим требованиям технология переработки скипидара в ментадиены и л-цимол. Поэтому разработка на основе скипидара технологии получения ментадиенов и л-цимола с заданными физико-химическими и потребительскими свойствами является актуальным и экономически целесообразным направлением развития лесохимической промышленности.
1 Автор выражает благодарность д.т.н. Радбилю Б.А. и к.х.н. Радбилю А.Б. за помощь в работе над диссертацией
Целью данной работы является разработка технологии получения ментадиенов и п-цимола в едином технологическом потоке на основе каталитических превращений скипидара.
В задачи данного исследования входило:
изучение кислотно-каталитической изомеризации а-пинена и скипидара, влияния условий реакции на выход ментадиенов и л-цимола;
оптимизация процесса получения ментадиенов и и-цимола путем изомеризации а-пинена (скипидара);
изучение диспропорционирования дипентена и смеси ментадиенов;
разработка технологии получения ментадиенов и л-цимола из скипидара в едином технологическом потоке;
экономическая оценка эффективности новой технологии переработки скипидара с получением ментадиенов и л-цимола.
Научная новизна
-
Установлено, что изомеризация а-пинена, р-пинена и А3-карена в присутствии водного раствора хлорной кислоты приводит к образованию одних и тех же моноциклических монотерпеновых углеводородов - ментадиенов (дипентена, у-терпинена, тер-пинолена) и л-цимола.
-
Определены оптимальные условия процесса изомеризации скипидара, обеспечивающие максимальное содержание ментадиенов и л-цимола в изомеризате.
3 Впервые изучено диспропорционирование ментадиенов (дипентена, у-
терпинена, терпинолена) в присутствии йода. Показано, что реакция диспропорциони
рования сопровождается изомеризационными превращениями ментадиенов, а также их
дегидрированием и приводит к образованию л-цимола, л-ментана и соответствующих
ментенов. Предложен механизм диспропорционирования ментадиенов в присутствии
йода.
Практическая ценность работы. На основании результатов экспериментальных исследований разработана малоотходная технология изомеризации скипидара, обеспечивающая получение в едином технологическом потоке ментадиенов и л-цимола. Разработана малоотходная технология получения л-цимола из скипидара, включающая последовательные процессы его изомеризации в присутствии хлорной кислоты и диспропорционирования в присутствии йода. При этом наряду с л-цимолом в качестве товарных продуктов выступают смесь монотерпеновых углеводородов, обогащенная л-ментаном, и политерпены.
Разработан технологический регламент производства ментадиенов и л-цимола для их выпуска на действующих производственных мощностях ОАО «Лесосибирский КЭЗ» (г. Лссосибирск, Красноярского края). Ожидаемая дополнительная прибыль предприятия от их реализации при объеме переработки скипидара 1000 т в год составит не менее 7 млн. руб. в год с дальнейшей перспективой роста.
Основные положения, выносимые на защиту
- результаты исследований кислотно-каталитической изомеризации а-пинена и
скипидара, диспропорционирования ментадиенов;
технология получения ментадиенов и и-цимола из скипидара в едином технологическом потоке;
экономическая эффективность технологии переработки скипидара с получением ментадиенов и и-цимола.
Апробация работы и публикации. Результаты работы подготовлены к внедрению на ОАО "Лесосибирский КЭЗ" (г. Лесосибирск, Красноярского края).
По материалам диссертации опубликована 4 статьи, в том числе 2 статьи в журналах "Вестник Нижегородского университета" и "Химия растительного сырья», 4 тезисов докладов. Основные результаты исследований докладывались и обсуждались на III и IV Всероссийских конференциях «Химия и технология растительных веществ» (Саратов, 2004; Сыктывкар, 2006); Всероссийской конференции «Новые достижения в химии и химической технологии растительного сырья» (Барнаул, 2005); IX нижегородской сессии молодых ученых (Н.Новгород, 2004).
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из следующих разделов: введение; глава 1 - аналитический обзор; глава 2 — методы проведения эксперимента; глава 3 - экспериментальная часть; глава 4 — технологическая схема производства; глава 5 -технико-экономические показатели производства ментадиенов и п-цимола и их эффективность; выводы; список использованных источников.
Материал диссертации изложен на 113 страницах, включая 24 таблицы и 19 рисунков. Список цитируемой литературы насчитывает 130 наименований.
Похожие диссертации на Разработка технологии получения ментадиенов и n-цимола из скипидара
