ВЪГЛЕВОДОРОДНИ ПРИЛОЖЕНИЯ
Приблизително 90% от цялото произведено масло се използва като гориво. Въпреки факта, че частта от петрола, която се използва за производство на нефтохим
Ориз. 18.12. Приложения на нефтохимически продукти.
химическите продукти са малки, тези продукти са много важни. Много хиляди органични съединения се получават от продукти от дестилация на петрол. Те от своя страна се използват за производството на хиляди продукти, които задоволяват не само спешните нужди на съвременното общество, но и потребностите от комфорт (фиг. 18.12).
Въпреки че различните групи химически продукти, посочени на фиг. 18.2, широко наричани нефтохимикали, тъй като се извличат от нефт, трябва да се отбележи, че много органични продукти, особено ароматни, са промишлено получени от въглищен катран и други източници на суровина. И все пак приблизително 90% от всички суровини за органичната промишленост се добиват от масло.
Някои типични примери, показващи използването на въглеводороди като суровини за химическата промишленост, ще бъдат разгледани по-долу.
Метанът е не само едно от най-важните горива, но има и много други приложения. Той се използва за производство на така наречения синтезен газ или syngas. Подобно на водния газ, който се произвежда от кокс и пара, синтезният газ е смес от въглероден оксид и водород. Синтезният газ се получава чрез нагряване на метан или нафта до приблизително 750°C при налягане от около 30 atm в присъствието на никелов катализатор:
В сек. 7.2 беше разказано за използването на синтезен газ за производство на водород в процеса на Хабер (синтез на амоняк).
Синтезният газ също се използва за производство на метанол и другиорганични съединения. В процеса на получаване на метанол синтезният газ се пропуска върху повърхността на катализатор от цинков оксид и мед при температура 250 ° C и налягане 50–100 atm, което води до реакция
Синтезният газ, използван за този процес, трябва да бъде напълно пречистен от примеси.
Метанолът лесно се подлага на каталитично разлагане, при което от него отново се получава синтезен газ. Много е удобно да се използва за транспортиране на синтетичен газ. Метанолът е една от най-важните суровини за нефтохимическата промишленост. Използва се например за получаване на оцетна киселина:
Този процес се катализира от разтворим анионен родиев комплекс.Този процес се използва за промишлено производство на оцетна киселина, чието търсене надвишава това на процеса на ферментация.
Разтворимите родиеви съединения могат да се използват в бъдеще като хомогенни катализатори за производството на етан-1,2-диол от синтезен газ:
Тази реакция протича при температура от 300°C и налягане от около 500 -1000 atm. В момента този процес не е икономически изгоден. Продуктът на тази реакция
(тривиалното му име е етилен гликол) се използва като антифриз и за производството на различни полиестери, като терилен.
Метанът се използва и за производство на хлорометани, като трихлорометан (хлороформ). Хлорометаните имат различни приложения. Например хлорометанът се използва при производството на силикони.
И накрая, метанът все повече се използва за производството на ацетилен.
Тази реакция протича при приблизително 1500°C. За да се загрее метанът до тази температура, той се изгаря при условияограничен достъп на въздух.
Етанът също има редица важни приложения. Използва се в процеса на получаване на хлороетан (етил хлорид). Както бе споменато по-горе, етилхлоридът се използва за производството на тетраетилолово (IV). В Съединените щати етанът е важна суровина за производството на етилен (виж таблица 18.8).
Пропанът играе важна роля в промишленото производство на алдехиди като метанал (формалдехид) и етанал (оцетен алдехид). Тези вещества са от особено значение в производството на пластмаси (вижте Глава 20). Бутанът се използва за производството на бута-1,3-диен, който, както ще бъде описано по-долу, се използва за производството на синтетичен каучук.
Етилен. Един от най-важните алкени и като цяло един от най-важните продукти на нефтохимическата промишленост е етиленът. Той е суровина за много пластмаси. Нека ги изброим.
Полиетилен. Полиетиленът е продукт на полимеризация на етилен:
Полихлоретилен. Този полимер се нарича още поливинилхлорид (PVC). Получава се от хлоретилен (винилхлорид), който от своя страна се получава от
етилен. Обща реакция:
1,2-Дихлороетанът се получава под формата на течност или газ, като се използва цинков хлорид или железен (III) хлорид като катализатор.
При нагряване на 1,2-дихлороетан до температура 500°C под налягане 3 atm в присъствието на пемза се образува хлоретилен (винилхлорид).
Друг метод за производство на хлоретилен се основава на нагряване на смес от етилен, хлороводород и кислород до 250°C в присъствието на меден (II) хлорид (катализатор):
полиестерно влакно. Пример за такова влакно е териленът. Получава се от етан-1,2-диол, който от своя страна се синтезира от епоксиетан(етиленов оксид), както следва:
Етан-1,2-диол (етилен гликол) се използва също като антифриз и в синтетични детергенти.
Етанолът се получава чрез хидратиране на етилен с използване на фосфорна киселина върху силициев диоксид като катализатор:
Етанолът се използва за производството на етанал (ацеталдехид; вижте раздел 19.2). Освен това се използва като разтворител за лакове и лакове, както и в козметичната индустрия.
И накрая, етиленът се използва и за производството на хлороетан, който, както беше споменато по-горе, се използва за производството на тетраетилолово(IV) антидетонационни добавки за бензин.
Пропен. Пропенът (пропилен), подобно на етилена, се използва за синтеза на различни химически продукти. Много от тях се използват в производството на пластмаси и каучук.
Полипропилен. Полипропенът е продукт на полимеризация на пропен:
Пропанон и пропенал. Пропанонът (ацетон) се използва широко като разтворител и също така се използва в производството на пластмаса, известна като плексиглас (полиметилметакрилат). Пропанонът се получава от (1-метилетил)бензен (виж по-долу) или от пропан-2-ол. Последният се получава от пропен, както следва:
Окисляването на пропена в присъствието на оксиден катализатор при температура 350°C води до получаването на пропенал (акрилов алдехид):
Пропан-1,2,3-триол. Пропан-2-ол, водороден пероксид и пропенал, получени в процеса, описан по-горе, могат да се използват за получаване на пропан-1,2,3-триол (глицерол):
Глицеринът се използва при производството на целофаново фолио.
пропенитрил (акрилонитрил). Тази връзка се използва за получаванесинтетични влакна, каучук и пластмаси. Получава се чрез преминаване на смес от пропен, амоняк и въздух върху повърхността на молибдатов катализатор при температура 450°C:
Метилбута-1,3-диен (изопрен). Чрез неговата полимеризация се получават синтетични каучуци. Изопренът се произвежда чрез следния многоетапен процес:
Епоксипропанът се използва за производство на полиуретанови пени, полиестери и синтетични детергенти. Той се синтезира, както следва:
Бут-1-ен, бут-2-ен и бута-1,2-диен се използват за производството на синтетичен каучук. Ако бутените се използват като суровини за този процес, те първо се превръщат в бута-1,3-диен чрез дехидрогениране в присъствието на катализатор смес от оксид-алуминиев триоксид:
Най-важният представител на редица алкини е етин (ацетилен). Ацетиленът има множество приложения, като например:
като гориво в кислородно-ацетиленови горелки за рязане и заваряване на метали. Когато ацетиленът гори в чист кислород, в неговия пламък се развиват температури до 3000°C;
за получаване на хлоретилен (винилхлорид), въпреки че етиленът в момента се превръща в най-важната суровина за синтеза на хлоретилен (виж по-горе), за получаване на разтворител от 1,1,2,2-тетрахлороетан.
Бензен и метилбензен (толуен) се произвеждат в големи количества при рафинирането на суров нефт. Тъй като в този случай метилбензенът се получава дори в по-големи количества от необходимото, част от него се превръща в бензен. За тази цел смес от метилбензен с водород се прекарва върху повърхността на платинов катализатор, поддържан от алуминиев оксид при температура 600°C под налягане:
Този процес се нарича хидроалкилиране.
Като източник се използва бензенсуровини за получаване на редица пластмаси. (-метилетил) бензен (кумол или 2-фенилпропан). Използва се за производство на фенол и пропанон (ацетон). Фенолът се използва при синтеза на различни каучуци и пластмаси. Трите стъпки в процеса на производство на фенол са изброени по-долу.
Поли(фенилетилен) (полистирен). Мономерът на този полимер е фенилетилен (стирен). Получава се от бензен: