بتروكيمياييات

Petrochemicales -

البتروكيميائيات

فاروق قنديل

أهم هذه الهدروكربونات ( الفحوم الهدروجينية)	بتروكيميائيات من الغاز الطبيعي
المركبات الأليفاتية compounds aliphtic	غاز الاصطناع
المركبات الأوليفينية	البتروكيميائيات غير العضوية
المركبات العطرية

البتروكيميائيات petrochemicals منتجات كيميائية مشتقة من البترول (النفط) أو الغاز الطبيعي أو الفحم. ويمكن الحصول على بعض المركبات الكيميائية المصنعة من البترول.

أهم مصادر البتروكيميائيات الأولفينات olefins وتشمل: الإتلين ethylene والبروبلين propylene والعطريات
aromatics التي تشمل البنزن benzene والتولوين toluene ومماكبات الزيلينxylenes. تنتج مصافي البترول الأولفينات والمركبات العطرية بالتكسير الحفزي في الطور السائل fluid
catalytic للقطفات البترولية. تنتج المصانع الكيميائية الأولفينات بالتكسير البخاري steam cracking لمنتجات الغاز الطبيعي السائلة مثل الإيتان ethane والبروبان propane. ويحصل على العطريات بالإصلاح الحفزي catalytic reforming للنفتا naphtha.

تعد الأولفينات والعطريات حجر الأساس في إنتاج طيف واسع من المواد مثل المحلات والمنظفات والمواد اللاصقة. الأولفينات هي الأساس في صناعة البوليمرات (المتماثرات) التي تستخدم في صناعة السلع البلاستيكية (اللدائنية) والخيوط التركيبية (الألياف) fibers والمتماثرات المطاطية (الممرونات) elastormers والمزلِّقات lubricants. تتركز الصناعات البتروكيميائية الضخمة في الولايات المتحدة وأوربا الغربية. بيد أن هناك نمواً متزايداً في الطاقة الإنتاجية لهذه المواد في الشرق الأوسط وآسيا. يبين المخطط (1) المصادر الرئيسية للهدروكربونات hydrocarbons المستعملة في إنتاج البتروكيميائيات.

المخطط (1) المصادر الرئيسية للهدروكربونات المستعملة في إنتاج البتروكيميائيات.

أهم هذه الهدروكربونات ( الفحوم الهدروجينية):

أ- الميتان methane والإيتان والبروبان والبوتان butane : يحصل عليها من مصانع معالجة الغاز الطبيعي .

ب – النفتا: يحصل عليها من مصافي تكرير البترول.

ج– البنزن والتولوين ومماكبات الزيلين ويرمز إليه بـ BTX، ويحصل عليها من مصافي البترول باستخلاصها من منتجات وحدات الإصلاح الحفزي.

د- المازوت (الوقود النفطي) gas oil: يتشكل في مصافي البترول.

يستعمل الميتان والبنزن والتولوين والزيلينات (ضروب الزيلين) مواد أولية في إنتاج البتروكيميائيات، غير أن الإيتان والبروبان وضروب البوتان والنفتا والمازوت تعد مواد أولية اختيارية في مصانع التكسير الحراري البخاري التي تنتج هذه المواد البتروكيميائية التي تستخدم مواد وسطية intermediates في صناعة البتروكيميائيات الأخرى. وفي عام 2007 كانت الكميات المنتجة من الإتلين والبروبلين في وحدات التكسير البخاري 115 ميغا طن من الإتلين و70 ميغا طن من البروبلين. ويجب التمييز بين وحدات التكسير البخاري ووحدات الإصلاح البخاري steam reforming التي تنتج الهدروجين والأمونيا (النشادر).

تقسم البتروكيميائيات التجارية الأساسية استناداً إلى بنيتها الكيميائية إلى ست مجموعات: (1) أليفاتية،(2) أولفينية، (3) عطرية، (4) مركبات من الغاز الطبيعي، (5) مركبات من غاز الاصطناع synthesis gas (مزيج من و)، (6) مركبات لاعضوية.

- المركبات الأليفاتية compounds aliphtic

أهم أفرادها وأبسطها الميتان ويتم الحصول عليه من البترول ومن الغاز الطبيعي، أو كمنتج في العديد من عمليات التكسير. ويعد الميتان مادة أولية مهمة يصنع منه كثير من البتروكيميائيات. كما يعد الإيتان والبروبان والبوتان مصادر مهمة للحصول على البتروكيميائيات حيث يمكن تحويلها بسهولة إلى الإتلين الذي يعد مادة أولية أساسية مهمة لتحضير البتروكيميائيات. يبيِّن المخطط (2) أهم الكيميائيات المشتقة من الميتان.

المخطط (2 ) الكيميائيات المشتقة من الميتان.

- المركبات الأوليفينية:

وهي تشمل: الإتلين والبروبلين والبوتادئين وأولفينات أخرى.

أ- الإتلين: هو أبسط أولفين يستخدم مادة أولية أساسية في الصناعة الكيميائية، كما يستعمل مسرعاً لإنضاج الفواكه في مستودعات التخزين. ومن المركبات التي تصنع منه متعدد الإتلين (بولي إتلين polyethylene) والإتانول من خلال إماهة الإتلين. ويحصل على أكسيد الإتلين بأكسدة الإتلين، ويصنع منه إتلين غليكول ethylene
glycol بإماهته، وهو يضاف إلى الماء المستعمل في مشعات radiators السيارات لمقاومته التجمد، كما يستخدم في الحصول على متعددات الإستر ببلمرته مع الحموض ثنائية الكربوكسيل، ويصنَّع منه أيضاً إترات الغليكول glycol ethers من خلال تكاثف الغليكول. ويمكن الحصول من الإتلين على أسيتات الڤينيل vinyl acetate . يستخدم إتلين الغليكول في تصنيع 2,1- ثنائي كلور الإيتان وثلاثي كلور الإتلين ورباعي كلور الإتلين الذي يستعمل مُحِلّاً في التنظيف الجاف وفي إزالة البقع الدهنية. ويصنع منه كذلك كلوريد الڤينيل وهو المونومير (موحود monomer) المستخدم في تصنيع متعدد (بولي) ڤينيل كلوريد poly vinyl chloride (PVC) الذي يستعمل في صناعات مختلفة مثل صناعة أنابيب الصرف الصحي. ويبيِّن المخطط (3) الكيميائيات المشتقة من الإتلين.

المخطط (3) الكيميائيات المشتقة من الإتلين.

ب- البروبلين: هو الفرد الثاني من الأولفينات، ويستخدم مونوميراً ومادة أولية في الصناعة الكيميائية. ومن الكيميائيات المصنَّعة منه الكحول الإيزوبروبيلي (2- بروبانول) الذي يستخدم محلاً، والأكريلونتريل الذي يستخدم مونوميراً في تصنيع الأورلون orlon، وبوليمر
(Acrylonitrile- Butadiene- Styrene(ABS (أكريلونتريل - بوتادئين- ستيرين). ومن مشتقاته أيضاً متعدد البروبلين وأكسيد البروبلين الذي يصنع منه البوليول المستعمل في إنتاج ضروب متعدد اليوريتان Polyurethanes وبروبلين الغليكول الذي يستخدم مبرِّداً في مشعات السيارات وسائلاً مزيلاً للجليد في الطائرات. ويعطي تكاثف الغليكولات إترات الغليكول، كما يعطي حمض الأكريليك. الذي تصنع منه ألياف الأكريليك ويصنع من البروبلين أيضاً كلوريد الألّيل الذي يحضر منه هبوكلورو هدرين. ويسمى أيضاً كلور الأُكسيران المستخدم في تصنيع راتنج الإبوكسيد. والراتنجات الإبوكسيدية polyepox ides نوع من المواد اللاصقة المشكلة من بيس فينول A والإيبيكلوروهدرين epichlorohydrin OH أو وبعض الأمينات (المخطط 4).

المخطط (4) الكيميائيات المشتقة من البروبلين.

ج - الهدروكربونات: هي مزيج من ضروب كل من البوتان والبوتلين والبوتادئين. تستخدم مماكبات البوتلين مونوميرات تشاركية comonomers. يدخل الإيزوبوتلين في صنع متيل ثالثي بوتيل الإتر
(MTBE) Methyl Tert- Butyl Ether، كما يستخدم مونوميراً مع كمية قليلة من الإيزوبرين مشكلاً المطاط البوتيلي. أما 3,1- بوتادئين فهو ديئن يستخدم غالباً مونوميراً أو مونوميراً تشاركياً في تفاعل البلمرة الذي يعطي بوليمرات مطاطية elastomers مثل البولي بوتادئين ومطاط الستيرين -البوتادئين أو مواد لدائنية مثل الأكريلونتريل - بوتادئين - ستيرين (ABS). . والمطاط الصنعي مؤلف من بوليمرات ممرونة (مطاطية)
elastic polymers تتكون من بتروكيميائيات. وهي غالباً ما تكون مونوميرات مثل 3,1- بوتادئين وستيرين وايزوبوتلين وايزوبرين وكلوروبرين وبوليمرات ممرونة، وهي تصنع غالباً مع نسبة مئوية عالية من المونوميرات الديئنية المترافقة مثل 1,3- بوتادئين والإيزوبرين والكلوروبرين .

د- الأولفينات العالية ومنها: البولي أولفينات مثل بولي ألفا – أولفينات التي تستخدم مزلِّـقات، كما تستخدم مونوميرات ومونوميرات تشاركية، ويضاف بعضها إلى الإتلين عند بلمرته مثل 1- الهكسن بكميات قليلة فيتشكل متعدد إتلين أكثر مرونة.

– المركبات العطرية

أ- البنزن: هو الفرد الأبسط في صنف الفحوم الهدروجينية العطرية aromatic hydrocarbons ويصنع منه :

إيتيل البنزن: وذلك بمعالجة البنزن بالإتلين: ويصنع منه الستيرين بنزع هدروجين dehydrogenation زمرة الإتيل في إتيل البنزن، ويتبلمر الستيرين معطياً متعدد ستيرين polystyrene .

ب- الكومين cumene (إيزوبروبيل البنزن): مادة أولية تدخل في عملية الكومين cumene process التي ينتج منها الفينول والأسيتون اللذان يصنعان غالباً بهذه الطريقة. ويشتق من الكومين أيضاً بيس فينول bis phenol A) A) الذي يستخدم في صناعة راتنجات إيبوكسي epoxy ومتعدد الكربونات.

وراتنجات إيبوكسي نوع من الغراء يدخل في تركيبه بيس فينول A وإيبي كلوروهدرين وبعض الأمينات.

أما متعدد الكربونات polycarbonates فيصنع من بيس فينول A والفوسجين (ثنائي كلوريد الكربونيل). ويشتق من الكومين محلات مثل الكحول الإيزوبروبيلي والأسيتون والبنزن والتولوين وضروب الزيلين.

ج- حلقي الهكسان: هدروكربون حلقي أليفاتي مشبع يستعمل أحياناً محلاً غير قطبي. ويحضَّر من حلقي الهكسان حمض الأديبك adipic الذي يتبلمر بلمرة تشاركية copolymerization مع ثنائي الأمين مشكلاً النايلون nylon. وضروب النايلون نوع من متعددات الأميد تتشكل من البلمرة التشاركية بين الحموض ثنائية الكربوكسيل وثنائيات الأمين. ويحضر منه كذلك الكبرولاكتام caprolactam وهو أميد حلقي تحوي حلقته 6 ذرات كربون. يتشكل من البلمرة التشاركية لحمض الأديبيك والكلبرولاكتام متعدد الأميدات وهو نوع آخر من النايلون.

د- نترو البنزن: يحضر بالنترجة الأحادية للبنزن، وبإرجاعه يتم الحصول على الأنيلين (أمينو البنزن). ويستخدم متيلين ثنائي فينيل ثنائي إيزوسيانات(MDI) مونوميراً تشاركياً يتبلمر مع الديولات أو البوليولات ليعطي ضروب متعدد اليوريتان، أو يتبلمر مع ضروب متعدد الأمين معطياً ضروب متعدد اليوريا.

هــ- ضروب ألكيل البنزن: هدروكربونات عطرية تستعمل مواد أولية في صناعة المواد الفعالة سطحياً surfactants السلفونية، وهي مكونات رئيسية في صناعة المنظّفات detergents. وتتضمن المنظفات مواد فعالة سطحياً من نمط سلفونات ألكيل البنزن وايتوكسيلات نونيل الفينول وكلور البنزن. ويبين المخطط (5) الكيميائيات المشتقة من البنزن.

المخطط (5 ) الكيميائيات المشتقة من البنزن

و-التولوين: وهو متيل البنزن، ويستخدم محلاً أو مادة أولية في اصطناع مركبات عضوية أخرى، ويشتق منه:

- البنزن

- دي إيزوسيانات التولوين(DIT): ويستخدم مونوميراً تشاركياً، يتبلمر مع الديولات أو البوليولات مشكلاً ضروب متعدد اليوريتان ومع ثنائي أو متعدد الأمين متعددات اليوريا.

- حمض البنزوئيك: وهو كربوكسي البنزن ويعد مادة أولية في اصطناع الكثير من المركبات العضوية العطرية، ويحضر بأكسدة التولوين ببرمنغنات البوتاسيوم. ويبين المخطط (6) الكيميائيات المشتقة من التولوين.

المخطط (6) الكيميائيات المشتقة من التولوين.

د- ضروب الزيلين: وهي ضروب ثنائي متيل البنزن وتشمل: أورتو و ميتا- وبارا - زيلين، تستخدم محلات لكنها تعد مواد أولية في تصنيع العديد من المركبات، فأورتو–زيلين يمكن أكسدة زمرتي المتيل فيه فيعطي حمض أورتو فتاليك الذي يتبلمه dehydration متحولاً إلى بلا ماء حمض الفتاليك.

وتتأكسد زمرتا المتيل في بارا زيلين فيتشكل حمض تير فتاليك. أما إستر ثنائي متيل تير فتالات فيعد مونوميراً تشاركياً ويعطي عند بلمرته مع مونوميرات ثنائية الهدروكسيل متعددات الإستر. بيد أن متعدد الإستر (متعدد إتلين – تير فتالات) والمصنع من منتجات بتروكيميائية هو الأكثر رواجاً. وتؤدي أكسدة ميتا-زيلين إلى تشكيل حمض الإيزوفتاليك الذي يستخدم في اصطناع الراتنجات الألكيديةalkyds التي تدخل في صناعة الدهانات، والراتنجات متعددات الأميد، ومتعددات الإستر غير المشبعة. ويبين المخطط (7) الكيميائيات المشتقة من ضروب الزيلين.

المخطط (7) الكيميائيات المشتقة من ضروب الزيلين.

- بتروكيميائيات من الغاز الطبيعي

يعد الغاز الطبيعي natural gas مصدراً مهماً للهدروكربونات _مثل الإيتان والبروبان_ ذات الأوزان الجزيئية الأعلى من الميتان والتي تعد مواد كيميائية وسطية في الاصطناع العضوي، كما أصبح إنتاج الهدروجين من عمليات الإصلاح الحفزي مجدياً اقتصادياً. وكانت المصادر الرئيسية للحصول على الهدروجين سابقاً تعتمد على تحطيم الميتان (أو الغاز الطبيعي) بالتفاعل بين الميتان وبخار الماء، ولكنه أمكن مؤخراً الحصول من التفاعل الأخير عند درجات حرارة تقع بين o900س
وo1000س على أحادي أكسيد الكربون والهدروجين وهو مايسمى غاز الاصطناع synthesis gas وفق المعادلة (1):

وإذا عولج هذا لاحقاً ببخار الماء عند الدرجة o500س بوجود حفاز يتحول أحادي أكسيد الكربون إلى ثنائي أكسيد الكربون وزيادة من الهدروجين وفق المعادلة (2).

يعد إرجاع أحادي أكسيد الكربون بالهدروجين التفاعل الأساسي في العديد من الاصطناعات، ومنها صناعة المتانول والكحولات ذات درجات حرارة الغليان المرتفعة. يجري اصطناع الهدروكربونات بتفاعل فيشر- تروبش Fischer- Tropsch عند درجات حرارة تقع بين o200وo350س والتي هي عالية كفاية من أجل حصول تفاعل غاز الماء water gas (غاز اصطناع بنسب معينة) بوجود حفاز (المعادلة 3).

المنتجات الرئيسية في هذا التفاعل هي الأولفينات إلى جانب بعض المركبات العضوية المحتوية على الأكسجين والتي تتغير بنيتها بتغير الحفّاز (الوسيط) أو درجة الحرارة أو الضغط أو نسبة أحادي أكسيد الكربون إلى الهدروجين.

غاز الاصطناع

يستعمل غاز الاصطناع مادة أولية في اصطناع طيف واسع من الكيميائيات. هناك العديد من الحفازات تقوم بتنشيط عملية الإصلاح البخاري steam reforming كما في المعادلة (1).

وتقود هذه العملية إلى تشكل غاز يحتوي على كميات كبيرة من الهدروجين وأحادي أكسيد الكربون وكميات قليلة من الهدروكربونات غير المشبعة مقارنة بالمنتج الغازي الناتج من العملية غير الحفزية .

ويمكن الحصول على غاز الاصطناع من الزيت الثقيل بأكسدة جزيء منه بكمية غير كافية من الأكسجين تؤدي إلى تشكل أحادي أكسيد الكربون والهدروجين وفق المعادلة (4).

البتروكيميائيات غير العضوية

هي بتروكيميائيات لاتحوي كربوناً، مثال ذلك الكبريت (S) وكبريتات الأمونيوم ونترات الأمونيوم وحمض الآزوت (النتريك). والأمونيا (النشادر) هو المنتج الأكثر أهمية، وهو يحضر بالتفاعل المباشر بين الهدروجين والآزوت حيث يكون الهواء المصدر الرئيسي للآزوت (المعادلة 5).

أما الهدروجين فيحضر تقليدياً من تفاعل فحم الكوك وبخار الماء، وهناك مصادر أخرى للهدروجين منها غازات عملية التكرير والإصلاح البخاري للغاز الطبيعي (الميتان) والنفتا والأكسدة الجزيئية للهدروكربونات، وتستخدم الأمونيا على نطاق واسع في إنتاج نترات الأمونيوم NH₄NO₃ مثلها مثل أملاح الأمونيوم الأخرى والبولة (اليوريا)، وهي المكونات الرئيسية في الأسمدة الآزوتية.

ويعد أسود الكربون carbon black مركباً بتروكيميائياً غير عضوي، ويصنع غالباً بحرق المادة العضوية بوجود كمية محدودة من الهواء، والمصادر الكربونية المستخدمة في اصطناعه متعددة منها الميتان والزيوت البترولية العطرية وقطران الفحم. ويستعمل أسود الكربون في إنتاج المطاط الصنعي.

أما الكبريت فيحضر بأكسدة كبريتيد الهدروجين وفق المعادلة (6):

وكبريتيد الهدروجين أحد مكونات الغاز الطبيعي وأحد أهم الغازات المنبعثة من مصفاة النفط؛ ولاسيما الغازات المنبعثة من عملية نزع الكبريت الهدروجيني hydrodesulfurization. يحول معظم الكبريت إلى حمض الكبريت الذي يستعمله الصناعيون في صناعة الأسمدة، ويستخدم الكبريت في إنتاج ثنائي كبريتيد الكربون CS2 والكبريت النقي وفي صناعة الورق.

مراجع للاستزادة: - صلاح يحياوي، صالح القادري، فاروق قنديل، الكيمياء العضوية الصناعية، تأليف بيتر وايزمان، مترجم، منشورات جامعة حلب، 1983. -Institute of Petroleum, Modern Petroleum Technology, John &Wiley Sons, 2000. -V.A. Sokolove, Petroleum, University Press of the Pacific, 2002.

---

- التصنيف : الكيمياء والفيزياء - النوع : الكيمياء والفيزياء - المجلد : المجلد الرابع مشاركة :