kwas akrylowy

KWAS AKRYLOWY
Wiadomości zebrał Wojciech Węckowski
Kwas akrylowy to ważny surowiec chemiczny. Według danych z 2007 roku światowa
produkcja kwasu akrylowego osiągnęła poziom 4 mln ton/rok. 80% mocy wytwórczych
skupione jest przez zakłady będące własnością sześciu firm: BASF, Rohm and Haas, Dow
Chemical Company, Nippon Shokubai, Formosa Plastics oraz Arkema. Blisko 55%
otrzymanego kwasu akrylowego przerabiana jest „na miejscu” w procesach estryfikacji,
w których otrzymuje się: akrylan metylu, akrylan etylu, akrylan n-butylu oraz akrylan
2-etyloheksylu.
Związki
te
znajdują
szerokie
zastosowanie
przy
produkcji:
wodnorozcieńczalnych powłok malarskich; klejów, lepiszczy oraz środków wiążących do
włóknin; włókien akrylowych; papieru; emalii; farb drukarskich; witaminy B1; substancji
powierzchniowo czynnych. Pozostała ilość wytwarzanego kwasu akrylowego wprowadzana
jest do obrotu w postaci lodowego kwasu akrylowego. Produkt ten charakteryzuje się wysoką
czystością, zawiera jedynie niewielkie ilości inhibitorów polimeryzacji, i jest surowcem
(monomerem) w procesach polimeryzacji. Najważniejszymi produktami otrzymywanymi
przez polimeryzację kwasu akrylowego są tzw. super absorpcyjne polimery (SAP), czyli
polimery o hydrofilowych właściwościach, potrafiące wchłaniać duże objętości cieczy.
Znajdują one zastosowanie w produktach higieny osobistej, ogrodnictwie, budownictwie oraz
przemyśle meblarskim i opakowaniowym.
Dawniej kwas akrylowy otrzymywano z acetylenu. Metoda ta polegała na
przeprowadzeniu reakcji hydroksykarbonylowania acetylenu (jedna z reakcji Reppego)
w obecności katalizatora. Jako katalizator stosuje się karbonylek niklu Ni(CO) 4, a cały proces
prowadzony jest przy nadmiarze CO i pod ciśnieniem kilku atmosfer. W warunkach tych
zachodzi następująca reakcja:
4CH≡CH + Ni(CO)4 + 2HCl + 4H2O → 4CH2=CHCOOH + NiCl2 + H2
Katalizator jest odzyskiwany w procesie przemiany chlorku niklu z amoniakiem i tlenkiem
węgla:
+6NH3
NiCl2
+5CO+2H2O
Ni(NH3)6Cl2
Ni(CO)4 + 2NH3 + 2NH4Cl + (NH4)2CO3
Wydajność reakcji przemiany acetylenu wynosi 85%. Wysoka cena acetylenu oraz bardzo
wolna reakcja regeneracji katalizatora powodują, że metoda ta jest dziś stosowana tylko
w starych instalacjach.
Obecnie kwas akrylowy produkowany jest w procesie utleniania propylenu. Metoda ta
polega na utlenieniu propylenu do akroleiny i następnie akroleiny do kwasu akrylowego.
Początkowo proces ten próbowano prowadzić jednostopniowo, lecz, pomimo uproszczenia
aparatury, miało to swoje negatywne skutki w postaci wydajności niewiele przekraczającej
70%. Dziś preferowany jest proces dwustopniowy, pozwalający lepiej dobrać parametry dla
poszczególnych reakcji. Do pierwszego reaktora kierowana jest wstępnie ogrzana
mieszanina zawierająca: 4-7% obj. propylenu, 50-70% obj. powietrza i 24-40% pary wodnej.
W reaktorze podczas kontaktu mieszaniny z katalizatorem (Bi2O3-MoO3), w temperaturze
370-400°C, zachodzi reakcja utleniania propylenu:
CH3CH=CH2 + O2 → CH2=CHCHO + H2O
1
Ważną rolę pełni dodatek pary wodnej, która pozwala utrzymać mieszaninę poza
obszarem wybuchowości oraz hamuje uboczne reakcje polimeryzacji. Mieszanina po wyjściu
z pierwszego reaktora zawiera niewielkie ilości kwasu akrylowego będącego rezultatem
samoistnej przemiany akroleiny. Uzupełnia się ją poprzez dodatek tlenu i pary wodnej,
a następnie kieruje do drugiego reaktora. Tam w temperaturze 250-300°C na
zmodyfikowanych katalizatorach (katalizatory takie jak w pierwszym etapie z dodatkiem
tlenków telluru, fosforu, kobaltu jako promotorów) zachodzi proces utleniania akroleiny do
kwasu akrylowego. Następnie mieszanina poreakcyjne zraszana jest wodą absorbującą
kwas akrylowy, który następnie trafia do kolumny ekstrakcyjnej. Ostatecznie uzyskuje się
czysty produkt. Wydajność procesu wynosi 80-85%.
Jeszcze niedawne prognozy mówiły o stałym wzroście zapotrzebowania na kwas
akrylowy. Niestety, w obliczu światowego kryzysu gospodarczego, prognozy te straciły na
aktualności. Na chwilę obecną łatwiej jest przewidzieć spadek zapotrzebowania na wszelkie
surowce chemiczne. Nie zmienia to jednak faktu, że kwas akrylowy odgrywa dużą rolę
w gospodarce światowej.
Literatura:
1) „Rynek Chemiczny” 12/2007, artykuł pt.: „Kwas akrylowy”;
2) „Technologia podstawowych syntez organicznych”, E. Grzywa, J. Molenda, Tom 2,
Wyd. 3, WNT, Warszawa 2000.
2