ЗАСТОСУВАННЯ ВУГЛЕВОДОРОДІВ
Приблизно 90% всієї нафти, що видобувається, використовують як паливо. Незважаючи на те, що та частина нафти, яка використовується для отримання нафтохімічних
Мал. 18.12. Використання продуктів нафтохімічної промисловості.
хімічних продуктів, мала, ці продукти мають дуже велике значення. З продуктів перегонки нафти одержують багато тисяч органічних сполук. Вони, у свою чергу, використовуються для отримання тисяч продуктів, які задовольняють не тільки нагальні потреби сучасного суспільства, а й потреби в комфорті (рис. 18.12).
Хоча різні групи хімічних продуктів зазначені на рис. 18.2, у широкому сенсі позначені як нафтохімічні продукти, оскільки їх одержують з нафти, слід зазначити, що багато органічних продуктів, особливо ароматичних сполук, у промисловості одержують із кам'яновугільної смоли та інших джерел сировини. І все-таки приблизно 90% усієї сировини для органічної промисловості отримують з нафти.
Нижче буде розглянуто деякі типові приклади, що показують використання вуглеводнів як сировину для хімічної промисловості.
Метан є не лише одним із найважливіших видів палива, але має ще й безліч інших застосувань. Він використовується для отримання так званого синтез-газу, або сингазу. Подібно до водяного газу, який отримують з коксу і пари, синтез-газ є сумішшю моноксиду вуглецю і водню. Синтез-газ одержують, нагріваючи метан або лігроїн приблизно до 750°С під тиском близько 30 атм у присутності нікелевого каталізатора:
У розд. 7.2 було розказано про використання синтез-газу для отримання водню в процесі Габер (синтез аміаку).
Синтез-газ використовується також для одержання метанолу та іншихорганічних сполук. В процесі одержання метанолу синтез-газ пропускають над поверхнею каталізатора з оксиду цинку та міді при температурі 250 °С та тиску 50-100 атм, що призводить до реакції
Синтез-газ, який використовується для проведення цього процесу, має бути ретельно очищений від домішок.
Метанол неважко піддати каталітичного розкладання, при якому з нього знову виходить синтез-газ. Це дуже зручно використовувати для транспортування синтез-газу. Метанол є одним із найважливіших видів сировини для нафтохімічної промисловості. Він використовується, наприклад, для отримання оцтової кислоти:
Каталізатором для цього процесу є розчинний аніонний комплекс родію Цей спосіб використовується для промислового одержання оцтової кислоти, потреби в якій перевищують масштаби її отримання в результаті ферментації.
Розчинні сполуки родію, можливо, будуть використовуватися в майбутньому як гомогенні каталізатори процесу отримання етан-1.2-діолу з синтез-газу:
Ця реакція протікає при температурі 300°З тиску порядку 500 -1000 атм. Нині такий процес економічно невигідний. Продукт цієї реакції
(його тривіальна назва - етиленгліколь) використовується як антифриз і для отримання різних поліефірів, наприклад терилену.
Метан використовується також для отримання хлорометанів, наприклад, трихлорометану (хлороформу). Хлорометани мають різноманітні застосування. Наприклад, хлорометан використовується у процесі одержання силіконів.
Нарешті метан все більше використовується для отримання ацетилену.
Ця реакція протікає приблизно за 1500°С. Щоб нагріти метан до такої температури, його спалюють в умовахобмежений доступ повітря.
Етан теж має низку важливих застосувань. Його використовують у процесі одержання хлороетану (етилхлориду). Як було зазначено вище, етилхлорид використовується для отримання тетраетилсвинцю (IV). У Сполучених Штатах етан є важливою сировиною для одержання етилену (див. табл. 18.8).
Пропан відіграє важливу роль у промисловому отриманні альдегідів, наприклад метаналю (мурашиного альдегіду) та етаналю (оцтового альдегіду). Ці речовини мають особливо важливе значення у виробництві пластмас (див. гл. 20). Бутан використовується для отримання бута-1,3-дієну, який, як буде описано нижче, використовується для отримання синтетичного каучуку.
Етилен. Одним з найважливіших алкенів і взагалі одним з найважливіших продуктів нафтохімічної промисловості є етилен. Він є сировиною для отримання багатьох пластмас. Перелічимо їх.
Поліетилен. Поліетилен є продуктом полімеризації етилену:
Поліхлороетилен. Цей полімер має назву полівінілхлорид (ПВХ). Його отримують з хлороетилену (вінілхлориду), який у свою чергу отримують з
етилену. Сумарна реакція:
1,2-Дихлороетан одержують у вигляді рідини або газу, використовуючи як каталізатор хлорид цинку або хлорид заліза (III).
При нагріванні 1,2-дихлороетану до температури 500°С під тиском 3 атм у присутності пемзи утворюється хлороетилен (вінілхлорид)
Інший спосіб отримання хлороетилену заснований на нагріванні суміші етилену, хлороводню та кисню до 250°С у присутності хлориду міді(II) (каталізатор):
Поліефірне волокно. Приклад такого волокна є терилен. Його одержують з етан-1,2-діолу, який у свою чергу синтезують з епоксиетану.(етиленоксиду) наступним чином:
Етан-1,2-діол (етиленгліколь) використовується також як антифриз і для отримання синтетичних миючих засобів.
Етанол отримують гідратацією етилену, використовуючи як каталізатор фосфорну кислоту на носії з кремнезему:
Етанол використовується для отримання етаналю (ацетальдегіду; див. Розд. 19.2). Крім того, його використовують як розчинник для лаків і політур, а також у косметичній промисловості.
Нарешті, етилен використовується ще для одержання хлороетану, який, як було зазначено вище, застосовується для виготовлення тетраетилсвинцю (IV)-антидетонаторної присадки до бензинів.
Пропен. Пропен (пропілен), як і етилен, використовується для синтезу різноманітних хімічних продуктів. Багато хто з них використовується у виробництві пластмас і каучуків.
Поліпропен. Поліпропен є продуктом полімеризації пропену:
Пропанон та пропеналь. Пропанон (ацетон) широко використовується як розчинник, а крім того, застосовується у виробництві пластмаси, відомої під назвою плексигласу (поліметилметакрилат). Пропанон одержують з (1-метилетил)бензолу (див. нижче) або з пропан-2-олу. Останній одержують із пропену наступним чином:
Окислення пропену в присутності каталізатора з оксиду при температурі 350°З призводить до отримання пропеналю (акрилового альдегіду):
Пропан-1,2,3-тріол. Пропан-2-ол, пероксид водню та пропеналь, одержувані в описаному вище процесі, можуть використовуватися для отримання пропан-1,2,3-тріолу (гліцерину):
Гліцерин застосовується у виробництві целофанової плівки.
Пропеннітрил (акрилонітрил). Це з'єднання використовується для отриманнясинтетичних волокон, каучуків та пластмас. Його отримують, пропускаючи суміш пропіна, аміаку та повітря над поверхнею молібдатного каталізатора при температурі 450°С:
Метилбута-1,3-дієн (ізопрен). Його полімеризацією отримують синтетичні каучуки. Ізопрен отримують за допомогою наступного багатостадійного процесу:
Епоксипропан використовується для отримання поліуретанових пінопластів, поліефірів та синтетичних миючих засобів. Його синтезують наступним чином:
Бут-1-єн, бут-2-єн і бута-1,2-дієн використовуються для отримання синтетичних каучуків. Якщо як сировина для цього процесу використовуються бутени, їх спочатку перетворюють на бута-1,3-дієн шляхом дегідрування в присутності каталізатора-суміші оксиду з оксидом алюмінію:
Найважливішим представником низки алкінів є етин (ацетилен). Ацетилен має численні застосування, наприклад:
як паливо в киснево-ацетиленових пальниках для різання та зварювання металів. При горінні ацетилену в чистому кисні в його полум'ї розвивається температура до 3000 ° С;
для отримання хлороетилену (вінілхлориду), хоча в даний час найважливішою сировиною для синтезу хлороетилену стає етилен (див. вище), для отримання розчинника 1,1,2,2-тетрахлороетану.
Бензол і метилбензол (толуол) одержують у великих кількостях при переробці сирої нафти. Оскільки метилбензол отримують при цьому навіть у більших кількостях, ніж необхідно, його частину перетворюють на бензол. З цією метою суміш метилбензолу з воднем пропускають над поверхнею платинового каталізатора на носії оксиду алюмінію при температурі 600°С під тиском:
Цей процес називається гідроалкілуванням.
Бензол використовується як вихіднийсировини для одержання ряду пластмас. (-Метилетил) бензол (кумол або 2-фенілпропан). Його використовують для отримання фенолу та пропанону (ацетону). Фенол застосовується для синтезу різних каучуків та пластмас. Нижче наведено три стадії процесу отримання фенолу.
Полі(фенілетилен) (полістирол). Мономером цього полімеру є фенілетилен (стирол). Його одержують із бензолу: