Una risposta completa ed esaustiva alla tua risposta riempirebbe un trattato di chimica o petrolchimica o perlomeno un libro sull’argomento. Per fortuna c’\u00e8 chi ci ha gi\u00e0 pensato (vedi note bibliografiche ed il sito: www.minerva.unito.it\/Chimica& Industria\/Dizionario\/DizRubrica.htm). In ogni caso cercher\u00f2 di farti un riassunto di petrolchimica utilizzando come fonte il disizonario di chimica e chimica industriale. Le classi di processi fisici\/reazioni che intervengono nei moderni impianti sono essenzialmente le seguenti: PROCESSI FISICI: Raffinazione Distillazione Decantazione Filtrazione Evaporazione Miscelazione Da tali processi si separano le frazioni di idrocarburi gassose da quelle liquidi e lo scopo principale \u00e8 l’ottenimento dei combustibili (gas naturali [metano, propano, butano e derivati], benzine, kerosene, nafte, oli combustibili, bitumi). PROCESSI CHIMICI<\/SPAN><\/B> (vedi sotto per la definizione dei termini) Combustione Reforming Craking Ossidazione <\/SPAN> Riduzione Queste reazioni si propongono di arricchire una o pi\u00f9 frazioni di interesse rispetto ai processi ficisi di separazione dei prodotti petrolchimici ed inoltre consentono di ottenere quantit\u00e0 superiori i alcheni ed aromatici che normalmente non sono presenti se non in % minime. Forniamo anche una serie di definizioni di processi industriali petrolchimici e di prodotti di petrolchimica tratti dal dizionario di chimica industriale on-line che, presi nel loro insieme, forniscono un quadro ampio delle reazioni di petrolchimica. PETROLCHIMICA Scienza<\/SPAN><\/B> Tecnica e branca dell’industria che si occupano dei prodotti chimici derivati dal petrolio. La petrolchimica studia e produce, per definizione, ogni sostanza, elementare o complessa, ricavata integralmente o in parte dalle materie prime estratte dal petrolio. \u00c8 molto difficile tuttavia definire in modo preciso questa branca dell’industria in sempre maggiore espansione. La complessit\u00e0 e l’importanza della chimica dei derivati del petrolio sono la ragione del suo enorme sviluppo. Ai suoi inizi l’industria chimica ricavava i suoi prodotti finiti solo da materie prime di origine animale o vegetale e poi dai minerali e dal carbone. Ma dopo la scoperta dei processi di sintesi, il pi\u00f9 celebre dei quali fu quello dell’ammoniaca (inizio della produzione nel 1913), la chimica cominci\u00f2 a interessarsi degli idrocarburi, la cui infinita variet\u00e0 offre insospettate possibilit\u00e0 di impiego. Se si tiene conto che fa parte della petrolchimica anche la produzione di zolfo (estrazione dal gas naturale), al quale si ricollega la pi\u00f9 importante industria chimica classica, quella dell’acido solforico, che la fabbricazione degli idrocarburi aromatici (benzene, toluene, xilene), un tempo esclusivamente sottoprodotti delle cokerie, \u00e8 molto aumentata nelle raffinerie e che spesso le raffinerie sono associate ai gasogeni, il termine petrolchimica assume un significato molto pi\u00f9 vasto che in passato. Le origini di questa branca industriale si pongono tra il 1920 e il 1925, quando si incominci\u00f2 a cercare un impiego per le enormi quantit\u00e0 di gas di raffineria che si ottengono dalla distillazione del petrolio grezzo. La conversione di queste olefine gassose in alcooli, glicoli e chetoni, apr\u00ec una nuova via alla chimica dei composti alifatici. I residui di lavorazione, un tempo non commerciabili, sono oggi integralmente sfruttati, sia sottoponendoli a cracking per ottenere benzine, sia estraendone numerosi composti; inoltre, con i vari processi di idrogenazione e di deidrogenazione \u00e8 possibile trasformare i semplici, doppi, tripli legami tra carbonio e carbonio e ottenere cos\u00ec una grande variet\u00e0 di composti. Durante la seconda guerra mondiale la grande richiesta di gomma sintetica e di esplosivi dette un notevole impulso alla petrolchimica; in Germania si ricorse al processo di sintesi Fischer-Tropsch che, utilizzando l’ossido di carbonio e l’idrogeno, fatti reagire a varie temperature, sotto pressione e in presenza di catalizzatori, permetteva di produrre idrocarburi lineari e ramificati, alcooli, aldeidi, acidi, metanolo, ecc. Il costante aumento della produzione dell’industria petrolchimica \u00e8 legato, oltre che al costo proporzionalmente pi\u00f9 basso dei suoi prodotti, all’aumento della loro domanda: quella di caucci\u00f9 aumenta con l’aumentare dei veicoli; quella dell’ammoniaca con il sempre maggior impiego dei concimi chimici in agricoltura; le materie plastiche sono utilizzate in quantit\u00e0 sempre maggiore e sempre pi\u00f9 vasto diviene il loro campo di impiego, come materiali da costruzione, per autoveicoli, per apparecchiature industriali e domestiche. La petrolchimica comprende due grandi classi di produzione, a seconda delle materie prime utilizzate: 1. quella alifatica che utilizza l’etano, l’etilene, l’acetilene, il propano, il propilene, il butadiene, ecc., prodotti provenienti per lo pi\u00f9 dal cracking ad alta temperatura del gas naturale o di determinate frazioni petrolifere; 2. quella aromatica, che utilizza il benzene, il toluene, lo xilene, il naftalene, ecc., ottenuti dal reforming catalitico degli oli pesanti. A queste si aggiungono le classi dei composti eterociclici e inorganici, come l’ammoniaca, l’acido cianidrico, lo zolfo. Nei paesi ad economia avanzata la sovracapacit\u00e0 di produzione \u00e8 esplosa con ripetute crisi del petrolio. PETROLCHIMICA (settori) <\/SPAN>La petrolchimica ha raggiunto uno sviluppo tale da dover essere distinta in diversi settori, a seconda della tipologia chimica dei composti fondamentali trattati in questi settori. Per la petrochimica alifatica si rimanda alle voci su etilene, propilene, butileni, acetilene; per la petrolchimica aromatica si rinvia alla voce benzene e omologhi superiori. Qui di seguito sono trattati due ulteriori settori. Petrolchimica eterociclica. Il furfurolo, C4H3OCHO, ricavato dal pentano, \u00e8 usato, oltre che come solvente selettivo per la separazione di composti saturi da quelli insaturi negli oli lubrificanti, come componente delle resine fenoliche. Il tiofene, C4H4S, ricavato dal pentano e dal furfurolo, \u00e8 usato nell’industria farmaceutica per la preparazione di prodotti antistaminici. Il pirrolo, C4H4NH, ottenuto facendo reagire furano e ammoniaca, \u00e8 particolarmente usato nell’industria farmaceutica per la sintesi degli alcaloidi nicotina e atropina. La piridina, C5H5N, ottenuta da acetone ed ammoniaca o estratta dai gas di cokeria, \u00e8 uno dei pi\u00f9 importanti solventi organici. Petrolchimica inorganica. La petrolchimica, nella ricerca di un integrale sfruttamento dei suoi sottoprodotti, ha invaso il campo della chimica inorganica e in alcuni casi ha rivoluzionato antiquati processi. La quantit\u00e0 di zolfo ricavato dai gas naturali o dai gas di raffineria, per estrazione di idrogeno solforato con etanolammine, \u00e8 in continuo aumento. Il nero di carbone o carbon black, utilizzato dall’industria della gomma, si ottiene dai gas naturali. L’idrogeno si ricava sia dal reforming catalitico delle benzine, sia dal cracking termico dei gas naturali: una parte di questo idrogeno \u00e8 sfruttata nell’ambito della raffineria per i processi di idrogenazione, il rimanente \u00e8 immesso sul mercato e utilizzato per la sintesi di importanti prodotti, in primo luogo per quella dell’ammoniaca. Da ammoniaca e metano si ottiene acido cianidrico, usato nella sintesi del nitrile acrilico, importante materia prima per la produzione di elastomeri sintetici e di resine termoplastiche. Con il processo Fischer-Tropsch si ottengono, partendo da idrogeno e ossido di carbonio, molti prodotti di sintesi: alcool metilico, formaldeide, aldeidi, chetoni, ecc. Liquido di origine naturale, di odore caratteristico e colore variabile dal verde sporco al bruno-nerastro. Il suo nome significa “olio di pietra”, in quanto nei giacimenti si trova entro i pori della roccia. E’ costituito da una miscela di idrocarburi, principalmente liquidi ed in proporzione minore gassosi e solidi, la cui composizione dipende dal giacimento di provenienza. Sono presenti anche altre sostanze, come composti organici ossigenati, composti dello zolfo, etc. Le riserve mondiali di petrolio sono stimate in almeno 150 miliardi di tonnellate, a fronte di un consumo annuo superiore a 3 miliardi di tonnellate. I suoi derivati, ottenuti dall’industria petrolchimica (v. anche raffinazione, reforming, benzina, gasolio), hanno dato al mondo una grande disponibilit\u00e0 di energia a basso costo, contribuendo sostanzialmente allo sviluppo industriale dell’ultimo secolo. Miscuglio di idrocarburi solidi della serie CnH2n+2, caratterizzati da una elevata inerzia agli agenti chimici. Si dice anche di uno qualsiasi o all’insieme degli omologhi del metano, di formula generale CnH2n+2. Chimica. La paraffina raffinata \u00e8 bianca, leggermente traslucida, insapore e inodore, untuosa al tatto. La sua purezza \u00e8 indicata dal punto di fusione, che per le qualit\u00e0 correnti varia da E’ il terzo componente della serie degli idrocarburi saturi (alcani) di formula C3H8. E’ presente in natura nel gas naturale e pu\u00f2 essere facilmente liquefatto. In miscela con butano ed altri gas \u00e8 commercializzato come GPL. A 650\u00b0 C subisce il cracking prevalentemente ad etilene e propilene, costituendo un’importante fonte industriale di questi monomeri. PROPILENE (petrolchimica) Il propilene, CH2 = CHCH3, ha reattivit\u00e0 paragonabile a quella dell’etilene. La sua concentrazione nei gas di cracking e di reforming varia dal 10 al 30%: si separa facilmente per distillazione a bassa temperatura. Pu\u00f2 essere ottenuto anche per deidrogenazione del propano in presenza di catalizzatori. Il polipropilene (C3H6)n \u00e8 il polimero del propilene. Il tetramero (C3H6)4, ottenuto a Idrocarburo fortemente insaturo (con triplo legame tra i due atomi di carbonio) prodotto per pirolisi di idrocarburi o da idrolisi del carburo di calcio, usato principalmente come combustibile per generare alte temperature ad es. per saldature. A partire dagli anni 1920-1930 sono state studiate, soprattutto a opera di W. Reppe, altre reazioni di addizione dell’acetilene, i cui prodotti sono tra i pi\u00f9 importanti dell’industria chimica organica: trovano infatti impiego come monomeri per l’ottenimento di polimeri o come prodotti base. Queste reazioni avvengono tutte attraverso l’azione di opportuni catalizzatori: l’acetilene somma acqua per dare aldeide acetica, acido cloridrico per dare cloruro di vinile, acido cianidrico per dare acrilonitrile, ossido di carbonio e alcooli, mediante i quali si ottengono gli esteri acrilici. ACETILENE (petrolchimica) <\/SPAN><\/B> L’acetilene C2H2, uno dei prodotti maggiormente pregiati della petrolchimica, \u00e8 ottenuto industrialmente mediante cracking all’arco elettrico di idrocarburi a basso numero di atomi di carbonio oppure mediante cracking termico ad alta temperatura del gas naturale, per parziale combustione del metano. Dall’acetilene si ottiene l’ossido di etilene, il butadiene, l’acetaldeide e, per reazione con l’acido cianidrico, l’acrilonitrile. \u00c8 inoltre la materia prima per la produzione di resine e gomme sintetiche e di tutta una serie di prodotti di primaria importanza. Per reazione diretta col cloro si ottiene il tricloroetano che, per successiva reazione con ossido di calcio, d\u00e0 il tricloroetilene, ClCH = CCl2, o trielina, uno tra i pi\u00f9 energici sgrassanti. Dalla reazione dell’acetilene con acido cloridrico si ottiene il cloruro di vinile, CH2 = CHCl, che polimerizzando d\u00e0 il cloruro di polivinile, la pi\u00f9 usata e conosciuta tra le materie plastiche. Per dimerizzazione dell’acetilene si ottiene il vinilacetilene, materia prima per la produzione di gomma sintetica. Reagendo con acido acetico, l’acetilene d\u00e0 acetato di vinile che polimerizzando d\u00e0 l’acetato di polivinile, altra materia termoplastica di importanza pari a quella del cloruro di polivinile. ALCANI Composti chimici caratterizzati dalla sola presenza di legami carbonio-idrogeno, individuati quindi dalla formula generale CnH2n+2. Esempi tipici sono il metano (n=1), l\u2019etano (n=2), il propano (n=3), il butano (n=4), etc. I combustibili liquidi pi\u00f9 diffusi (benzine, gasoli, oli combustibili, etc.) contengono quantit\u00e0 significative di miscele di alcani. Composti chimici organici caratterizzati dall’essere terminati con un gruppo -CHO. I loro prodotti di riduzione sono alcoli, quelli di ossidazione acidi organici, esempio tipico \u00e8 l’acetaldeide, che per riduzione d\u00e0 alcol etilico e per ossidazione acido acetico. Idrocarburo saturo di formula C4H10.Esistono due butani isomeri: il butano normale CH3CH2CH2CH3 gassoso, che liquefa a 0,5 \u00b0C e l’isobutano (CH3)2CHCH3 gassoso, che liquefa a 12 \u00b0C. Il suo punto di ebollizione lo rende facilmente liquefacibile: da qui derivano i numerosi usi industriali e domestici. Il butano commerciale \u00e8 una miscela complessa di idrocarburi ottenuta dalla distillazione di petroli: butano e isobutano, contenuti nel grezzo, butene e isobutene che provengono dal cracking. Questa miscela \u00e8 usata come combustibile domestico ed \u00e8 venduta in bombole dette \u201cdi gas liquido\u201d; si aggiungono sostanze che le conferiscono odore sgradevole in modo da rivelare eventuali fughe molto pericolose data la facile esplosivit\u00e0 delle miscele butano- aria. Il butano commerciale \u00e8 anche utilizzato come carburante per motori a scoppio, avendo un numero di ottano molto elevato. Per le utilizzazioni nel campo chimico l’n-butano \u00e8 sovente sottoposto a cracking per produrre acetilene, etilene e propilene, o a deidrogenazione per ottenere butene, fonte del butadiene. Inoltre dall’ossidazione dell’n-butano in fase gas si ottengono metanolo, acido acetico, acetone, mentre in fase liquida si ricavano acido acetico, acetato di butile, ecc. L’isobutano per alchilazione fornisce una benzina ad alto numero di ottano, usata come carburante avio. Molecola organica aromatica insatura ciclica, la prima della serie aromatica. Il benzene fu scoperto nel 1825 da Faraday tra i prodotti della distillazione di un olio, sottoprodotto della fabbricazione del gas illuminante. Mitscherlich lo prepar\u00f2 nel 1833 riscaldando l’acido benzoico su calce. Mansfield e Hofmann lo isolarono dal catrame di carbon fossile nel 1848, mentre Berthelot ne realizz\u00f2 la sintesi nel 1866 dall’acetilene. La formula di struttura ciclica fu proposta da Kekul\u00e9 nel 1866. Il benzene \u00e8 presente nel petrolio ed \u00e8 separato per distillazione. E\u2019 anche prodotto da pirolisi di idrocarburi, utilizzato principalmente come prodotto intermedio e come solvente. Come intermedio \u00e8 utilizzato per la preparazione del nailon, delle gomme, dei detergenti, dei coloranti, degli insetticidi, ecc. L’utilizzo come solvente \u00e8 in costante diminuzione in conseguenza della sua sospetta cancerogenicit\u00e0. ETILENE<\/SPAN><\/B> Idrocarburo non saturo di formula CH2=CH2, primo termine della serie degli idrocarburi aventi un doppio legame. L’etilene fu scoperto nel 1669 dal tedesco Johann Joachim Becher. \u00c8 presente in piccole quantit\u00e0 nel gas di carbon fossile e nel gas degli altiforni e di cokeria. Si ottiene industrialmente con metodi particolari di cracking dell’etano, del gasolio o della nafta. In laboratorio si prepara disidratando l’alcool sia in presenza di acido solforico verso 160 \u00baC, sia in fase gassosa, su allumina a 430 \u00baC. L’etilene \u00e8 un gas che liquefa a 104 \u00baC e solidifica a 169 \u00baC. Un litro d’acqua ne scioglie 225 cm\u00b3 a 0 \u00baC. Essendo un composto insaturo, pu\u00f2 dare reazioni di addizione. In presenza di metalli finemente suddivisi (rame, nichel, platino) e di idrogeno, si trasforma in etano; addiziona a freddo il cloro o il bromo formando dicloro- o dibromoetano. Addiziona anche l’acido cloridrico, l’acido bromidrico, l’acido iodidrico e solforico formando rispettivamente il cloruro, il bromuro, lo ioduro e l’idrogenosolfato di etile. A freddo addiziona l’acido ipocloroso dando la cloridrina etilenica (HOCH2CH2Cl); riduce il permanganato trasformandosi a seconda delle condizioni in glicol, acido ossalico, biossido di carbonio. Brucia con fiamma chiara e in condizioni ben controllate, a 300 \u00baC in presenza di rete di argento, viene ossidato dall’aria a ossido di etilene. L’ossido di etilene C2H4O, etere interno del glicol etilenico, \u00e8 un liquido che bolle a 13 \u00baC e si ottiene per azione degli alcali sulla cloridrina etilenica o per ossidazione controllata dell’etilene; \u00e8 un agente di sintesi industriale molto importante. L’etilene \u00e8 un’importantissima materia prima dell’industria del petrolio. La sua polimerizzazione conduce ai polietileni o politeni; serve per la preparazione dell’etilbenzene e per la sintesi dell’alcool etilico; lo si fa allora assorbire in acido solforico concentrato ottenendo idrogenosolfato di etile che per idrolisi d\u00e0 alcool e acido solforico diluito. Serve anche per la preparazione del dicloroetano, dell’ossido di etilene, della cloridrina etilenica, del glicol etilenico, ecc. Nelle diverse attivit\u00e0 dell’industria petrolifera, dall’estrazione alla distllazione, compaiono molti materiali gassosi, a ciascuno dei quali \u00e8 stata attribuita una opportuna denominazione: Gas di soluzione, gas che si trova miscelato al grezzo in un giacimento petrolifero. Il gas di soluzione, diminuendo la densit\u00e0 apparente del petrolio, ne permette l’estrazione spontanea fino al 20% del greggio presente. Gas di cappa, gas sovrastante il petrolio in un giacimento petrolifero. Dopo la perforazione, il gas di cappa, in pressione, trascina il petrolio sottostante permettendo, in alcuni casi, l’estrazione spontanea fino al 35-40% del petrolio presente. Gas naturale, gas che si trova in giacimenti sotterranei, associato o meno a petrolio grezzo, il cui costituente fondamentale \u00e8 il metano; v. la voce relativa. Gas umido, gas contenente frazioni facilmente condensabili. Gas liquido o liquefatto, idrocarburo leggero, butano o propano, estratto sia dai gas naturali sia dai gas di raffineria, che pu\u00f2 essere immagazzinato, trasportato e utilizzato allo stato liquido, in recipienti sotto pressione. Il gas liquido viene particolarmente usato come combustibile per usi civili e come carburante per trattori e autoveicoli. Gas di raffineria, miscela di vari idrocarburi che si liberano sotto forma di gas durante le operazioni di distillazione, cracking, stabilizzazione. Gas di testa, gas che si raccoglie in testa alla colonna di distillazione. Gas da olio, gas prodotto col cracking degli oli di petrolio a una temperatura tra 700 e 800 \u00baC.I gas da olio, dei quali fanno parte i gas di raffineria, sono costituiti da metano, etano, propano, butano, etilene, propilene; il loro potere calorifico varia da Gli idrocarburi gassosi sono frequentemente associati al petrolio negli stessi tipi di giacimento; tuttavia, se i gas, in proporzione variabile, esistono in tutti i giacimenti petroliferi, il reciproco non \u00e8 sempre vero, ed estesi giacimenti sono composti essenzialmente da gas. La pressione \u00e8 talvolta considerevole; la coltivazione, difficile, necessita di apparecchiature complicate. Il gas naturale \u00e8 costituito da E\u2019 un combustibile derivato dalla raffinazione del petrolio, costituito da una miscela di idrocarburi, pi\u00f9 pesante delle benzine. Carburante impiegato in particolare per motori con ciclo Otto, ottenuto dalla raffinazione del petrolio. Le benzine sono miscele di numerosi composti, appartenenti alle famiglie delle paraffine, delle olefine e degli aromatici, in proporzioni variabili a seconda del ciclo produttivo e del tipo di utilizzo. Per le prestazioni delle benzine \u00e8 importante l’additivazione con agenti antidetonanti, alcuni dei quali (MTBE), possono migliorarne anche la compatibilit\u00e0 con l’ambiente. RAFFINAZIONE<\/SPAN><\/B> E’ l’insieme delle operazioni di trasformazione del petrolio greggio in derivati utili. Si procede innanzitutto ad un frazionamento per distillazione, preriscaldando il greggio in un forno tubolare a circa 400\u00b0 C. Esso viene successivamente iniettato alla base della colonna di distillazione. A diverse altezze al suo interno si raccolgono le varie frazioni: GPL, benzina leggera, nafta, cherosene, gasolio e residui. RAFFINERIA (petrolchimica) <\/SPAN><\/B>
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