البتروكيماويات – أهم الصناعات البتروكيميائية

البتروكيماويات – أهم الصناعات البتروكيماوية

– هناك الكثير من المركبات المهمة التي يمكن الحصول عليها من البترول ويطلق على هذا النوع البتروكيماويات أو الصناعات البتروكيمياوية.

(1) تصنيع الهيدروجين

– يعتبر عملية تصنيع الهيدوجين واحدة من أهم البتروكيمياويات (الصناعات البتروكيماوية).

– يمكن إنتاج الهيدروجين من الغاز الطبيعي ومن بعض السوائل البترولية وكذلك كمنتوج ثانوي لعمليات التكسير الحراري.

(أ) تحضير الهيدروجين بالطريقة البخارية

– يتم تحضير الهيدروجين بهذه الطريقة من تفاعل المركبات الهيدروكاربونية مع بخار الماء بوجود بعض العوامل المساعدة.

– حيث تمرر الغازات على مفاعل يحتوي على البوكسايت بوصفه عاملاً مساعداً للتخلص من مركبات الكبريت، ثم تمرر الغازات الناتجة من برج خاص وتغسل بالمحلول المائي للصودا الكاوية ثم بالماء لوحده.

– تخلط الغازات النقية داخل فرن خاص حيث تمرر خلال أنابيب عمودية تحتوي على النيكل بوصفه عاملاً مساعداً (درجة حرارة الأنابيب تتراوح بين 820^o – 870^o م) فيتحول الغاز إلى هيدروجين وثاني أوكسيد الكاربون وأول أوكسيد الكاربون، ثم تبرد الغازات بالماء تبريداً فجائياً إلى حوالي 360^oم).

– تمرر الغازات الناتجة داخل مفاعل يحوي أوكسيد حديد / أوكسيد كروم بوصفه عاملاً مساعداً فيتحول أول أوكسيد الكاربون إلى ثاني أوكسيد الكاربون (عند درجة 420^o م ثم تبرد – الغازات إلى درجة (40^oم).

– تعالج الغازات المبردة بالمركب أحادي ايثانول أمين الذي يمتص غاز ثاني أوكسيد الكاربون ثم يفصل هذا الغاز عن المذيب بالتسخين.

– تمرر الغازات ( هيدروجين وقليل من CO و CO₂) على النيكل الساخن بوصفه عاملاً مساعدا فتتحول آثار CO و CO₂ بوجود الهيدروجين بهذه العملية (المثنية) إلى غاز الميثان.

– الهيدروجين الناتج من هذه العملية يكون بنقاوة 99.9%.

(ب) تحضير الهيدروجين بالأكسدة الجزئية

– تحتاج هذه الطريقة إلى وحدة لإنتاج الأوكسجين.

– من مميزات هذه الطريقة أنها تستخدم عدداً كبيراً من المواد الخام التي تتراوح بين الغاز الطبيعي وزيت الوقود المتخلف من تصفية النفط حيث ينتج الغاز الصناعي بوساطة الاحتراق الجزئي للمركب الهيدروكاربوني بوجود غاز الأوكسجين.

– ثم يعالج غاز أول أوكسيد الكاربون الناتج من الهيدروجين بوساطة بخار الماء لتحويله إلى هيدروجين وثاني أوكسيد الكاربون ثم تنقى الغازات بطرق مشابهة لما سبق.

(2) تصنيع الأيثلين

– إن طريقة التكسير الحراري هي من أهم الطرائق المستعملة لإنتاج الأيثلين حيث يتم تكسير الهيدروكاربونات بوجود بخار الماء عند درجة حرارة تبلغ حوالي 800 م، وإن عدد التفاعلات يزداد مع ازدياد مع ازدياد الوزن الجزئي للمادة الخام المستعملة في تحضيره.

– عند تكسير الايثان يكون هناك تفاعل رئيس واحد هو كما يلي:

– أما عند تكسير البروبان فإن عدد التفاعلات يزداد إلى أربعة تفاعلات كما يلي:

– من المعلوم أن تفاعلات التكسير بعكس تفاعلات البلمرة تكون تفاعلات ماصة للحرارة Endothermic ، وإن عواملها الرئيسة هي الضغط والحرارة وزمن التلامس، حيث من الملاحظ أنه كلما قل زمن التلامس زادت نسبة الأولفين الناتج وقلت التفاعلات العكسية أي البلمرة.

– يعد الأثلين من أهم المركبات الأساسية للصناعات البتروكيمياوية حيث يمكن أن يصنع لينتج العديد من المركبات حسب المخطط الآتي:

← متعدد الأثلين عالي الكثافة.

← متعدد الأثلين واطئ الكثافة.

← أوكسيد أثلين ← أثلين كلايكول

← أثلين ← ستايرين ←  متعدد الستايرين

            ← كحول اثيلي ← اسيتالدهيد

            ← أسيتات الفنيل ← أصباغ.

(3) تصنيع البروبلين

– يعتبر عملية تصنيع البروبلين واحدة من أهم البتروكيمياويات (الصناعات البتروكيماوية).

– يمكن إنتاج هذا المركب بطريقة التكسير الحراري بوجود العوامل المساعدة حيث تستخدم لذلك المركبات الهيدروكاربونية التي تستخدم لإنتاج الأثلين حيث أن البروبلين يكون ناتجاً آخر من الأثلين، وحين يستعمل النفط الثقيل (مثل زيـت الغاز) تكون نسبة إنتاجه حوالي 50%.

– يمكن تصنيع العديد من المركبات باستخدام البروبلين كمادة أولية ومن أهم هذه المركبات يوضحها المخطط الآتي:

← کحول ايزوبروبيل

← اکریلونتریل ← متعدد اکریلونتريل

← متعدد البروبلين

← أوكسيد بروبلين ← متعدد اليوريثان

← كيومين ←  فينول ←  راتنجات فينولية.

(4) تصنيع البيوتادايين

– هناك عدة طرائق لإنتاج هذه المادة المهمة في الصناعات المطاطية ومن بين هذه الطرق هي طريقة سحب الهيدروجين من البيوتان ومن ثم من البيوتين.

– من المعلوم أن هذه التفاعلات ماصة للحرارة لذا يجب إجراء التفاعلات عند درجة حرارة عالية (600^o – 670^o م) وضغط منخفض باستخدام بعض العوامل المساعدة مثل كروم / المنيوم، ثم يستخلص البيوتادايين بواسطة مذيب مناسب.

– يستفاد من البيوتادايين في إنتاج مركبات عديدة أهمها كما يلي:

• مطاط ستايرين بيوتادايين .S.B.R.
• مطاط البيوتادايين .B.R.
• مطاط النتريل .N.R.
• أكريلونتريل بيوتادايين ستايرين ABS

(5) تصنيع البنزول C₆H₆

– يعد هذا المركب في العصر الحالي العمود الفقري للعديد من الصناعات البتروكيميائية  (البتروكيمياويات) وخاصة صناعة الأدوية.

– حيث يحضر هذا المركب من تقطير قطران الفحم الحجري، إلا أن هذه الطريقة استبدلت بطريقة أحدث وهي تحضيره من المركبات البترولية الحاوية على (6-8) ذرات كاربون بوجود بعض العوامل المساعدة مثل Cr₂O₃ / Al₂O₃ و MgO / Al₂O₃ عند درجة 500^oم وضغط 35^o جوي تقريباً.

– يتكون أولاً مركب أوليفيني هو 1 ، 3 ، 5 – هكساترايين ثم المركب 1، 3، 5 هكساترايين الحلقي الذي هو البنزول.

(6) تصنيع كلوريد الفاينيل Vinyl Chloride

– هناك عدة طرائق لإنتاج هذه المادة المهمة في الصناعات البلاستيكية من أهمها هو تحضيره من الأثلين.

– حيث يفاعل الأثلين مع الكلور أولاً حيث ينتج ثنائي كلوروايثان بعدها يتم سحب جزيئة كلوريد هيدروجين من المركب الأخير لتحصل على كلوريد الفاينيل.

– أن أكسدة كلوريد الهيدروجين الحاصل يؤدي إلى تكون الكلور الذي يعاد استعماله لعملية التحضير.

(7) تصنيع الستايرين

– يعد الستايرين المادة الأساسية لصناعة مادة بلاستيكية واسعة الاستعمل هي متعدد الستايرين.

– أن المهم في تصنيع الستايرين هو تحضير مادة أثيل بنزين كمادة وسيطة لتحضيره.

– يتم تحضير أثيل بنزين بوساطة الكلة البنزول مع الأثلين بوجود كلوريد الألمنيوم الجاف.

– ومن المهم أن يكون البنزول على درجة عالية من النقاوة وأن يكون تركيز الأثلين حوالي 90%.

– يمكن إزالة جزيئة هيدروجين من المركب أثيل بنزين النقي (99%) بوجود عوامل مساعدة ودرجة حرارة 630^o م بوجود البخار فيتحول إلى مركب ستايرين.

(8) تصنيع أوكسيد الأثلين

– من الطرائق المناسبة لصناعة هذه المادة أكسدة الأثلين بوجود الفضة كعامل مساعد:

– يستعمل في هذا التفاعل مسند خامل مثل أوكسيد الألمنيوم وبزمن تلامـ لا يزيد على خمس ثواني وحسب الميكانيكية الآتية:

– أن التفاعل الرئيس الذي ينافس إنتاج أوكسيد الأثلين هو تأكسد الأثلين بصورة تامة إلى H₂O ، CO₂

– أن اختيار النتائج والسيطرة على التفاعل عملية غير سهلة عند درجات الحرارة العالية لذا يجب الأخذ بنظر الاعتبار السيطرة على الحرارة العالية المتحررة عند تأكسد الأثلين وهذا ما يجب أن يدخل في تصميم المعمل المبين في الشكل التالي فقد وجد أن إضافة ^6-10 من مادة ثاني كلوريد الأثلين إلى المواد المتفاعلة تساعد في السيطرة على التفاعل.

– يستعمل هذا المركب في تحضير أثلين كلايكول بإضافة الماء إليه وهي مادة مانعة للانجماد.

– كما يستعمل في صناعة متعدد أوكسيد الأثلين ذي الاستعمالات الكثيرة.

(9) صناعة حامض الفتاليك اللامائي

– يمكن تحضير هذا المركب من أكسدة النفثالين أو أورثوزايلين بالهواء وبوجود خامس أوكسيد الفناديوم كعامل مساعد حيث وجد أن استعمال المادة الثانية تعطي مردوداً اقتصادياً أكبر من استعمال المادة الأولى.

– يستعمل هذا الحمض في صناعة مواد ملينة للبلاستيك وفي صناعة ارتنجات متعدد الأستر غير المشبع.

(10) صناعة المنظفات من البترول

– يعتبر صناعة المنظفات واحدة من أهم الصناعات البتروكيماوية (البتروكيمياويات).

– أن المنظفات الصناعية التي توزع في الأسواق في عصرنا الحالي هي عبارة عن خليط من عدة مواد تحتوي على مادة تصنع من البترول وهي المادة الفعالة في عمل المنظف.

– أن من أهم المواد الفعالة التي تستعمل كمادة أساسية في المنظف المصنع هي:

(أ) سلفونات الكيل البنزين Alkyl Benzene Sulphonate

يمكن إنتاج هذه المادة من:

(1) تحويل البروبلين بطريقة البلمرة إلى رباعي البروبلين.

(2) يكاثف المركب السابق مع البنزين لإنتاج دو ديسايل بنزين.

(3) يعامل الناتج الأخير بحامض الكبريتيك ثم بمحلول الصودا الكاوية لإنتاج ملح الصوديوم للمركب دوديسائل بنزين سلفونات.

(ب) سلفونات الكيل البنزين مستقيم السلسلة Linear Alkyi Benzene Sulphonate

– وجد أن جودة المنظف تزداد بإزدياد طول السلسلة المستقيمة للألكيل المرتبطة بحلقة البنزين.

– يحضر هذا المركب عندما تفصل البرافينات (10-14 ذرة كاربون) من الكيروسين وتحول إلى أولفين بإزالة الهيدروجين منها (H₂) ثم تكثف مع البنزين لإنتاج الكيل بنزين مستقيم السلسلة.

– بعدها يعامل المركب بحامض الكبريتيك ويعادل بالصودا الكاوية للحصول على السلفونات الفعالة.

– للحصول على المنظف الصناعي، يؤخذ الملح السلفوني السابق (بنسبة حوالي %20 من المنظف الكلي) ويضاف إليه عدداً من المواد أهمها:

(1) كبريتات الصوديوم (مادة مالئة ومرطبة). 20%

(2) ثلاثي بولي فوسفات الصوديوم (مادة مساعدة على التنظيف) 31%

(3) سليكات الصوديوم (مادة مالئة ومانعة للتآكل) 18%

(4) بيربورات الصوديوم (مادة معقمة). 2%

(5) صوديوم كاربوكسي مثيل السليلوز (مانعة لتكوين رواسب) 1%

(6) مواد أخرى 8%

 

المراجع 

– كتاب الصناعات الكيميائية – الجزء الثالث – البترول والكيمياويات، الصابون الممظفات الصناعية. ، المطاط – د/ أحمد مدحت عبد السلام – القاهرة – دار الفكر العربي – الطبعة الأولى 1997.

– الكيمياء العضوية الإليفاتية – د/ عادل شاكر الطائي – دار المسيرة للنشر والتوزيع – عمان – الأردن – 2009

– أسس الكيمياء الصناعية – د/ محمد مجدى واصل – القاهرة – دار الفجر للنشر والتوزيع – الطبعة الأولى 2005.

– الكيمياء الصناعية – الجزء الثاني – تكنولوجيا الصناعات الكيميائية العضوية. – د/ طارق إسماعيل كاخيا – الطبعة الأولى.