シクロヘキサノンは工業的にどのように作られるのでしょうか?生産ルート、プロセス、用途

工業的には、シクロヘキサノンは主にシクロヘキサンの酸化によって製造され、KA オイルとして知られるシクロヘキサノール-シクロヘキサノン混合物が得られ、その後分離および精製されます。他の商業ルー​​トには、フェノールの水素化や、あまり一般的ではありませんがシクロヘキセン-ベースのプロセスが含まれます。シクロヘキサノンの製造方法を理解することは、購入者にとって重要です。使用されるシクロヘキサノンの製造プロセスは、純度、コスト、供給の信頼性に直接影響します。- ルートの選択は、原料コスト、望ましい純度、および製造業者が下流でアジピン酸やカプロラクタムも製造しているかどうかによって決まります。

シクロヘキサノンとは何ですか?

• 化学名: シクロヘキサノン
• CAS番号: 108-94-1
• 分子式: C₆H₁₀O
• 分子量:98.14 g/mol
• 物理的形態:無色から淡黄色の-アセトン/ペパーミント-のような臭気のある油状の液体
• 主な用途:カプロラクタム（ナイロン 6 の場合）およびアジピン酸（ナイロン 66 の場合）の前駆体、工業用溶剤、塗料、接着剤、その他の化学中間体の原料

シクロヘキサノンは工業的にどのように作られるのでしょうか?

商業的には 3 つの主要なルートが使用されていますが、実際には互換性がありません。- それぞれが異なる原料サプライ チェーンとコスト構造に結びついています。

1. シクロヘキサン酸化プロセス (最も一般的なルート)

これは、特に統合されたナイロン生産施設でアジピン酸やカプロラクタムと並行してシクロヘキサノンが生産される場合に、主流の工業的方法です。この酸化経路を介してシクロヘキサンからシクロヘキサノンを生成することが、世界のシクロヘキサノン合成能力の大部分を占めます。

処理の流れ:

シクロヘキサン
↓
空気/酸素酸化 (コバルトまたはマンガン触媒、150 ～ 160 度、~0.9 ～ 1.0 MPa)
↓
KAオイル（シクロヘキサノール＋シクロヘキサノン混合物）
↓
蒸留・分離
↓
シクロヘキサノン（精製）

反応：

C₆H₁₂ + O₂ → C₆H₁₀O + H₂O

実際には、反応によりシクロヘキサノールとシクロヘキサノンの両方が生成されます - この混合物はと呼ばれますKAオイル（ケトン-アルコールオイル）。酸化は、酸素を供給するために予熱された圧縮空気を吹き込み、可溶性コバルト触媒（ナフテン酸コバルトやオクタン酸コバルトなど）を使用する一連の液相反応器-内で行われます。-重要な操作上の制約: シクロヘキサンの転化率はパスあたり約 10% 未満に意図的に維持されます。転化率を高くすると選択性が低下するからです。-目的の生成物は出発シクロヘキサンよりも熱的に安定していないため、過剰な転化により KA オイルが増えるのではなく、望ましくない生成物が生成されます。-。これにより、全体的な KA 選択率が約 80% に保たれ、未反応のシクロヘキサンが原料にリサイクルされます。

このルートが産業的に主流である理由:

• 原材料が安い- シクロヘキサンは比較的低コストで大量の石油化学原料であり、通常はベンゼンを水素化することで生成されます。{1}{2}
• 大規模な生産-- このプロセスは拡張性に優れており、継続的な高スループットの操作に適しています。{{1}
• 既存のインフラストラクチャ- 数十年にわたる設備容量、特にアジピン酸やカプロラクタムをすでに生産している拠点では、これが統合ナイロン サプライ チェーンの拡張や新規容量に対する抵抗が最も少ない道となっています。

2. フェノール水素化ルート

処理の流れ:

フェノール
↓
水素化（パラジウム-ベースの触媒、約140度）
↓
シクロヘキサノール（またはシングルステップ構成ではシクロヘキサノンに直接）-
↓
脱水素（2 ステップの場合）-
↓
シクロヘキサノン

このルートは、触媒と反応器の設計に応じて、単一ステップ プロセス（フェノールを直接水素化してシクロヘキサノンにする）または 2 ステップ プロセス（フェノール → シクロヘキサノール → 脱水素 → シクロヘキサノン）として実行できます。-パラジウム-ベースの触媒は、単一反応器の水素化で 90% 以上のシクロヘキサノン収率を達成できます。その際、KA- 油- 相当の生産では、水素-対フェノールの最適モル比が約 2.1 になります。{6}}

利点:

高純度- 一般に、ラジカル媒介のシクロヘキサン酸化に起因する広範囲の副生成物の拡散を回避できるため、シクロヘキサン酸化よりも選択性が高くクリーンなプロセスと考えられています。{{1}{2}}

制限事項:

原材料費の高騰- フェノールは一般にシクロヘキサンより高価で、その価格はクメンプロセス（ベンゼン + プロピレン→クメン→フェノール + アセトン、ホックプロセス経由）に依存しており、シクロヘキサンの酸化には同程度ではない原料市場への露出の層が加わります。

3. シクロヘキセン-ベースのルート

処理の流れ:

シクロヘキセン (ベンゼンの選択的水素化による)
↓
水分補給
↓
シクロヘキサノール
↓
脱水素反応
↓
シクロヘキサノン

このルートはシクロヘキセンから始まり、シクロヘキセン自体はベンゼンの部分的（選択的）水素化によって生成されます-。これは単にベンゼンをシクロヘキサンに完全に水素化するよりも複雑な最初のステップですが、異なる反応経路が開かれます。シクロヘキセンは水和されてシクロヘキサノールとなり、その後脱水素されてシクロヘキサノンとなります。

特徴:

• 代替ルート- シクロヘキサン酸化ほど世界的に広く採用されていませんが、商業的に、特にナイロン中間体を直接製造するために開発されたプロセスで使用されています。
• 選択性の向上- プロセスに固有のラジカル連鎖副反応の一部を回避できるため、シクロヘキサンの直接酸化と比較して選択性プロファイルが向上します。-

シクロヘキサノン製造工程フロー図

最も一般的な商用経路であるシクロヘキサン酸化は、次の全体的な順序に従います。

シクロヘキサン
|
酸化反応器
(Co/Mn触媒、150-160度、空気/O2)
|
KAオイル
(シクロヘキサノール+シクロヘキサノン)
|
分離
|
蒸留
|
シクロヘキサノン
(精製品)

シクロヘキサノンが（アジピン酸への途中の中間体ではなく）最終目標生成物である場合、通常、KA オイルのシクロヘキサノール画分を接触脱水素して追加のシクロヘキサノンに変換し、シクロヘキサノールを共生成物として扱うのではなく、目的のケトンの収率を最大化します。-。

工業用シクロヘキサノンの製造ルートの比較

個々のセルよりも、コンテキスト内でこの表を読むことが重要です。最良のシクロヘキサノン製造方法は、生産者が他に何を製造しているかに完全に依存します。アジピン酸またはカプロラクタムの生産と統合された施設は、ほぼ常にシクロヘキサンの酸化に有利です。これは、KA オイルがシクロヘキサノンとアジピン酸の両方の共通原料であり、資本がすでに整っているためです。下流の統合を持たないスタンドアロンのシクロヘキサノン製造業者、または医薬品または特殊溶媒用途での純度を優先する製造業者は、原料コストが高くてもフェノールの水素化を検討する可能性が高くなります。-

シクロヘキサン酸化が主要な工業的方法であるのはなぜですか?

すでに説明したプロセス レベルの利点のほかに、このルートが世界の生産能力の大部分を占めている理由をいくつかの構造的要因が説明しています。{0}

• 料金- シクロヘキサンは、クメンとアセトンの共生産の経済学に関連したコストプレミアムがかかるフェノールとは異なり、十分に確立された競争力のある価格設定を備えたバルク石油化学製品です。{{1}{2}}
• 可用性- シクロヘキサンは、このチェーンに供給するために特に大規模に生産され、信頼性の高い世界供給が行われています。
• 規模- このプロセスは非常に大きな単一トレインの処理能力で実証されており、大手生産者の単位当たりの資本コストが削減されます。{1}{2}
• 既存のナイロン6/ナイロン66業界- 世界のシクロヘキサノンの生産能力のほとんどは、すでにアジピン酸（ナイロン 66）のために KA オイルを消費するか、シクロヘキサノンをカプロラクタム（ナイロン 6）に導くルートをとっている統合拠点またはその近くにあります。そのため、酸化ルートは別個のフェノール サプライ チェーンを必要とするのではなく、既存の資本投資を強化します。

ナイロン 6 の製造におけるシクロヘキサノンの役割

これは世界的にシクロヘキサノンの唯一最大の需要要因であり、その全体像を理解する価値があります。

シクロヘキサン
↓
シクロヘキサノン
↓
シクロヘキサノンオキシム（ヒドロキシルアミンとの反応）
↓
ベックマン転位
↓
カプロラクタム
↓
ナイロン6

シクロヘキサノンは、まずヒドロキシルアミン（またはヒドロキシルアミン塩）との反応によりシクロヘキサノンオキシムに変換されます。オキシムはその後、ベックマン転位- オキシムを 7 員環ラクタム、カプロラクタムに再構成する酸-触媒反応。-次にカプロラクタムは開環重合されて生成されます。{4}ナイロン6、世界で最も広く生産されている合成繊維およびエンジニアリング プラスチックの 1 つです。

ナイロン 66 の平行鎖に注目する価値があります。この場合、完全な KA オイル混合物 (シクロヘキサノールとシクロヘキサノンの両方) が、通常は硝酸でさらに酸化され、アジピン酸その後、ヘキサメチレンジアミンと結合してナイロン 66 が生成されます。統合されたシクロヘキサン酸化サイトでは、同じ KA オイル ストリームからシクロヘキサノン (ナイロン 6 チェーンの場合) とアジピン酸 (ナイロン 66 チェーンの場合) の両方が生成されることが多いのはこのためです。各ナイロン タイプの市場需要に基づいて分割を調整します。

シクロヘキサノンの産業応用

• ナイロンの製造- 主な用途は、カプロラクタム (ナイロン 6) および KA オイル経由のアジピン酸 (ナイロン 66) の前駆体としてです。
• 溶媒- 樹脂、ラッカー、さまざまなポリマーの強力な溶媒として使用され、特に極性材料と非極性材料の両方に対して優れた溶解力が必要な場合に使用されます。-
• コーティング- 工業用塗料や塗料配合物に含まれる一般的な溶剤成分であり、その蒸発速度と溶剤特性が評価されています。
• 接着剤- 接着剤配合物、特にポリマー成分の溶解または活性化に使用されます。
• 化学中間体- ナイロン チェーンを超えたさまざまな下流化学合成の原料。

産業用バイヤー向けのシクロヘキサノンの品質要件

不純物は酸化反応や重合反応を妨げる可能性があるため、下流工程では純度と一貫性が非常に重要です。一般的な産業仕様には次のようなものがあります。

シクロヘキサノンは可燃性液体（引火点約 44 度）として分類されており、通常は 55- ガロン (208 L) のスチールドラム、タンク車、またはタンクローリーで輸送されます。腐食性ではないため、通常、輸送や保管の際に不活性ガスで覆う必要はありません。ただし、可燃性/可燃性の物質としてラベル付けし、熱、火花、裸火から遠ざけて保管する必要があります。

信頼できるシクロヘキサノンのサプライヤーを選択するにはどうすればよいですか?

産業用バイヤー、特に下流のナイロンまたは特殊化学プロセスに供給するバイヤーの場合、サプライヤーの精査は価格以上のものである必要があります。

• 分析証明書 (COA)- すべてのバッチには、必要なグレードに対する純度、水分含有量、酸性度、色の仕様を確認する COA が付属して出荷されます。
• 安全データシート (SDS)- 取り扱い、保管、輸送のコンプライアンスに関する現在の SDS 文書。
• 技術データシート (TDS)- サプライヤーの製品グレードに固有の詳細な物理/化学特性データ。
• ISO認証取得- ISO 9001（または同等の）品質管理認証は、より一貫したバッチ間の品質管理を示します。{2}}-
• 輸出経験- 国際配送、税関書類作成、仕向地市場の化学規制（EU の REACH など）への準拠の実績。-
• 包装- ドラム、IBC、ISO タンク、またはバルクのオプションが容量要件と保管/処理能力に適合していることを確認します。

よくある質問

シクロヘキサノンは工業的にどのように製造されますか?

主にシクロヘキサンの接触空気酸化によってシクロヘキサノール-シクロヘキサノン混合物（KA オイル）が生成され、その後分離されて精製されます。フェノールの水素化およびシクロヘキセン-ベースのルートは、特に高純度または異なる原料の経済性が優先される場合に、代替の商業的方法として使用されます。

シクロヘキサノンの主原料は何ですか?

シクロヘキサンは、酸化経路を介して世界的に主要な原料です。フェノールは、代替水素化ルートの主原料です。

シクロヘキサノンはベンゼンから作られますか?

間接的にはそうです。主なルートでは、ベンゼンが最初に水素化されてシクロヘキサンになり、次にこれが酸化されてシクロヘキサノンが生成されます（KA オイル経由）。シクロヘキセン-ベースのルートでは、ベンゼンは完全にシクロヘキサンになるのではなく部分的に（選択的に）水素化されてシクロヘキセンとなり、その後水和および脱水素されてシクロヘキサノンになります。フェノールのルートでは、通常、ベンゼンはクメンに変換され、次にフェノールに変換されてから、シクロヘキサノンに水素化されます。

シクロヘキサノン製造におけるKAオイルとは何ですか?

KA オイル (「ケトン- アルコール」オイル) は、シクロヘキサンの接触空気酸化によって生成される混合シクロヘキサノール/シクロヘキサノン生成物ストリームです。シクロヘキサノン製造用のシクロヘキサノールは蒸留によって成分化合物に分離され、シクロヘキサノン全体の収率を高めるために通常はさらに脱水素化されます。

シクロヘキサノンとカプロラクタムの関係は何ですか?

シクロヘキサノンはカプロラクタムの直接の前駆体です。これは（ヒドロキシルアミンとの反応により）シクロヘキサノン オキシムに変換され、その後ベックマン転位を受けてカプロラクタム - が形成されます。このモノマーは開環重合されてナイロン 6 が生成されます。-。

シクロヘキサノンの製造に最も一般的に使用される方法はどれですか?

KA オイルへのシクロヘキサン酸化は、原料コストが低いことと、既存のアジピン酸およびカプロラクタムの生産インフラと統合されていることが主な理由で、世界中で最も広く使用されている商業的方法です。

シクロヘキサノンの製造は環境に優しいですか?

ほとんどの大規模な石油化学プロセスと同様、シクロヘキサノンの製造では、エネルギー使用、VOC 排出、副生成物の管理（特に酸化ルートのパスごとの選択性の低さから）に関連した環境への配慮が必要です。-生産者は、触媒のリサイクル、製品の回収、排出制御によってこれらを管理していますが、主要な商業ルートで「影響がゼロ」ということはありません。-特定の環境調達要件を持つ購入者は、業界の一般的な主張に基づいて推測するのではなく、プロセス ルートと排出データについてサプライヤーに直接問い合わせる必要があります。-