Wie Benzol hergestellt wird

Benzol ist der einfachste Kohlenwasserstoff aus der Klasse der als Aromaten bekannten organischen Verbindungen. Seine Formel, C6H6, spiegelt seine Ringstruktur wider, in der alle sechs Kohlenstoffatome gleich viele Elektronen teilen und die Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen zwischen Einfach- und Doppelbindungen liegen. Bei Raumtemperatur ist Benzol eine farblose Flüssigkeit mit dem Geruch von „süßem Benzin“. Benzol siedet bei 176,2 Grad Fahrenheit und gefriert unter 41,9 Grad Fahrenheit. Benzol ist eine gefährliche Chemikalie, die leicht entzündlich und krebserregend ist. Es kommt natürlicherweise als Bestandteil von Rohöl vor und es gibt mehrere Möglichkeiten, es herzustellen.

Die Herstellung von Benzol aus Rohöl unter Verwendung von Hitze wird als Cracken bezeichnet. Cracken ist ein mehrstufiger Prozess, bei dem eine Anlage Rohöl verdampft, Dampf hinzufügt und dann leitet das Gasgemisch kurzzeitig durch einen Ofen bei Temperaturen zwischen 1.300 und 1.650 Grad Fahrenheit. Das resultierende Kohlenwasserstoffgemisch wird als Pyrolyse-Rohgas bezeichnet. Lösungsmittel, normalerweise Alkohole, extrahieren dann Benzol und andere aromatische Verbindungen, einschließlich Methylbenzol. Schließlich werden die gelösten Verbindungen einer fraktionierten Destillation unterzogen, bei der die verschiedenen Komponenten, einschließlich Benzol, getrennt werden.

Naphtha bezieht sich auf geradkettige oder aliphatische Kohlenwasserstoffe mit 5–10 Kohlenstoffatomen. Naphtha wird hauptsächlich aus Erdöl und Erdgas gewonnen. Um Naphtha zu Benzol zu reformieren, müssen Reaktoren zuerst alle schwefelhaltigen Verunreinigungen entfernen und dann das Naphtha mit Wasserstoff bei 930 Grad Fahrenheit mischen, ein Prozess, der als Hydroforming bezeichnet wird. Das Gas strömt unter einem Druck von 5 Atmosphären über einen Katalysator, wie Platin oder Rhenium. Dieses Verfahren wandelt aliphatische Kohlenwasserstoffe in ihre entsprechenden aromatischen Verbindungen um. Benzol, gebildet aus der sechs-Kohlenstoff-aliphatischen Verbindung Hexan, und die anderen Kohlenwasserstoffe werden dann gelöst und destilliert, um die verschiedenen Verbindungen zu trennen.

Methylbenzol, auch als Toluol bekannt, ist ein Nebenprodukt der Naphtha-Reformierung, hat jedoch einen begrenzten kommerziellen Wert. Verarbeitungsanlagen können Toluol in die wertvolleren Kohlenwasserstoffe Benzol und Xylol umwandeln. Ein Toluol-Wasserstoff-Gemisch fließt über einen Katalysator – normalerweise Zeolith, ein Mineral, das Alumosilikate enthält – unter Bedingungen von 15 bis 25 Atmosphären Druck und 800 bis 900 Grad Fahrenheit. Die Ausrüstung destilliert dann das resultierende Kohlenwasserstoffgemisch, um die Benzol-, Toluol- und Xylolfraktionen zu trennen. Das Toluol wird zur weiteren Disproportionierung zurückgeführt.

Ein alternatives Verfahren zur Herstellung von Benzol aus Toluol ist die Hydrodealkylierung. Reaktoren komprimieren Toluol und Wasserstoff auf Drücke zwischen 20 und 60 Atmosphären und erhitzen die Mischung auf Temperaturen zwischen 930 und 1.220 Grad Fahrenheit. In Gegenwart eines Katalysators wandelt eine Reaktion die Mischung in Benzol und Methan um. Geeignete Katalysatoren umfassen Chrom, Molybdän und Platin. Der verbleibende Wasserstoff wird zurückgeführt und das Benzol destillativ abgetrennt. Diese Methode führt zu einer Conversion-Rate von 90 Prozent.