Введение в гидроперекись кумола
Гидроперекись кумола (CHP), также известная как кумилгидроперекись, является одним из наиболее значимых в промышленности органических гидроперекисей. Имея регистрационный номер CAS 80-15-9 и молекулярную формулу C₉H₁₂O₂, CHP служит важнейшим промежуточным продуктом в мировом производстве фенола и ацетона по методу Хока, на долю которого приходится более 95 % мировых производственных мощностей по выпуску фенола.
Основные сведения: гидропероксид кумола (CHP)
- Номер CAS: 80-15-9
- Молекулярная формула: C₉H₁₂O₂
- Молекулярная масса: 152,19 г/моль
- Внешний вид: жидкость от бесцветной до бледно-желтой
- Температура кипения: 153 °C (разлагается)
- Плотность: ~1,06 г/см³ при 20 °C
- Температура 10-часового периода полураспада: ~155 °C
- Содержание активного кислорода: ~10,5 % (теоретическое)
- Основное применение: промежуточный продукт для производства фенола/ацетона (процесс Хока)
- Мировой объем производства: более 12 млн метрических тонн в год (в качестве промежуточного продукта, не в чистом виде)
Физические и химические свойства
| Свойство | Значение |
|---|---|
| Внешний вид | Жидкость от бесцветной до бледно-желтой |
| Запах | Характерный ароматический запах |
| Плотность при 20 °C | 1,06 г/см³ |
| Показатель преломления (nD²⁰) | 1,522–1,525 |
| Температура вспышки | ~79 °C (в закрытом тигле) |
| Давление паров при 20 °C | <0,1 гПа |
| Растворимость в воде | Слабо растворим (~1,5 г/100 мл) |
| Растворимость в органических растворителях | Растворим в спиртах, кетонах, эфирах, ароматических углеводородах |
| Температура плавления | ~80 °C |
Производство: процесс окисления кумола
CHP получают промышленным способом путем окисления кумола (изопропилбензола) воздухом в жидкой фазе. Реакция протекает по механизму свободнорадикальной цепной реакции:
C₆H₅CH(CH₃)₂ + O₂ → C₆H₅C(CH₃)₂OOH
Окисление обычно проводится при температуре 90–120 °C и давлении 4–6 бар в каскаде реакторов. Для поддержания слабощелочной среды (pH 8–10) добавляют карбонат натрия или гидроксид натрия, что подавляет кислотно-катализируемое разложение продукта CHP. Степень превращения кумола ограничивается примерно 20–25 % за один проход, чтобы свести к минимуму образование побочных продуктов; непрореагировавший кумол извлекается путем дистилляции и возвращается в цикл.
Основные области применения
1. Производство фенола и ацетона (процесс Хока)
Подавляющая часть CHP, производимого в мире, потребляется на собственных потребностях интегрированных заводов по производству фенола и ацетона. Процесс Хока включает кислотно-катализируемое расщепление CHP с образованием фенола и ацетона:
C₆H₅C(CH₃)₂OOH → C₆H₅OH + (CH₃)₂CO
Эта реакция обычно проводится с использованием серной кислоты в качестве катализатора при температуре 50–90 °C. Соотношение фенола и ацетона составляет примерно 1:0,62 по массе. Фенол является ключевым сырьем для производства бисфенола А (поликарбонатных и эпоксидных смол), фенольных смол, капролактама (нейлон 6) и алкилфенолов. Ацетон в основном используется в качестве растворителя и исходного сырья для производства метилметакрилата (ММА) и бисфенола А.
2. Инициатор полимеризации
CHP служит высокотемпературным инициатором для радикальной полимеризации стирола, акрилатов и других виниловых мономеров. Благодаря высокой температуре 10-часового периода полураспада (~155 °C) он особенно подходит для процессов объемной и растворной полимеризации, протекающих при повышенных температурах. CHP также используется в качестве инициатора при производстве смол АБС (акрилонитрил-бутадиен-стирол) методом массовой полимеризации.
3. Отверждение ненасыщенных полиэфирных смол
В сочетании с металлическими ускорителями (как правило, солями кобальта или марганца) CHP может инициировать отверждение ненасыщенных полиэфирных смол при комнатной или умеренно повышенной температуре. Эта окислительно-восстановительная система инициирования обеспечивает баланс между сроком годности смеси и скоростью отверждения для таких областей применения, как покрытия, клеи и литьевые изделия.
4. Химический синтез
CHP используется в качестве окислителя в различных органических превращениях, включая эпоксидирование алкенов, окисление сульфидов до сульфоксидов и промышленное производство пропиленоксида по технологии Sumitomo PO-only (эпоксидирование пропилена гидроперекисью кумола).
Безопасность и обращение
CHP классифицируется как органический пероксид типа E или типа F (UN 3109 или 3110), что указывает на более низкий уровень опасности по сравнению со многими другими органическими пероксидами. Тем не менее, необходимо соблюдать надлежащие меры безопасности:
- Термическая стабильность: CHP обладает относительно высокой термической стабильностью для органического пероксида, но при температуре выше 100 °C его разложение резко ускоряется. Следует избегать локального перегрева.
- Чувствительность к загрязнению: CHP чувствителен к загрязнению сильными кислотами, которые катализируют экзотермическое разложение. Оборудование должно быть тщательно очищено и не содержать остатков кислот.
- Хранение: Хранить при температуре не выше 30 °C в оригинальной таре. Обеспечить надлежащую вентиляцию и наличие вторичной защитной оболочки.
- Пожаротушение: Для тушения пожара используйте водяной распыл или туман. Эвакуируйте персонал из зоны, если пожар затронул CHP в больших количествах.
- Средства индивидуальной защиты: перчатки, устойчивые к воздействию химических веществ (из бутилкаучука или ПВА), защитные очки, лицевой щиток и огнестойкая одежда.
Часто задаваемые вопросы
В: Чем CHP отличается от других органических пероксидов с точки зрения классификации опасности?
О: Кумольный гидропероксид классифицируется как органический пероксид типа E или типа F (в зависимости от концентрации/состава), что делает его одним из наименее опасных органических пероксидов с точки зрения риска возгорания и взрыва. Это обусловлено его относительно высокой термической стабильностью, высокой температурой кипения и низким давлением паров. Тем не менее, CHP все же может подвергаться экзотермическому разложению при загрязнении сильными кислотами или нагревании выше его SADT.
В: Какова связь между гидропероксидом кумола и мировым рынком фенола?
О: Практически весь фенол, производимый в промышленных масштабах, получают по методу Хока с использованием гидропероксида кумола в качестве ключевого промежуточного продукта. На каждую метрическую тонну произведенного фенола расходуется примерно 1,35 метрической тонны кумола. Объем мирового рынка фенола в 2023 году превысил 12 млн метрических тонн, при этом рост рынка составлял примерно 3–4 % в год, чему способствовал спрос на бисфенол А, фенольные смолы и поликарбонатные пластмассы. Следовательно, спрос на CHP напрямую зависит от состояния отрасли производства фенола и ацетона.
Ключевые выводы
- Гидроперекись кумола (CHP, CAS 80-15-9) является основным промежуточным продуктом в мировом производстве фенола и ацетона по методу Хока.
- При температуре, при которой период полураспада составляет 10 часов, равной ~155 °C, CHP демонстрирует превосходную термическую стабильность по сравнению с другими органическими пероксидами.
- Помимо производства фенола, CHP используется в качестве инициатора высокотемпературной полимеризации, отвердителя для уретановых полимеров (UPR) и окислителя в химическом синтезе.
- CHP классифицируется как органический пероксид низкой степени опасности (тип E/F), однако соблюдение надлежащих правил обращения и хранения по-прежнему имеет решающее значение.
- Мировой рынок CHP неразрывно связан со спросом на фенол, который продолжает расти на фоне расширения производства поликарбонатов и эпоксидных смол.
- Компания Shandong Do Sender Chemicals поставляет высококачественный кумоновый гидропероксид для применения в полимеризации и химическом синтезе.