Πώς κατασκευάζεται το βενζόλιο

Το βενζόλιο είναι ο απλούστερος υδρογονάνθρακας που ανήκει στην κατηγορία οργανικών ενώσεων γνωστών ως αρωματικών. Ο τύπος του, C6H6, αντικατοπτρίζει τη δομή του δακτυλίου του, στην οποία και τα έξι άτομα άνθρακα μοιράζονται εξίσου ηλεκτρόνια και οι δεσμοί άνθρακα-άνθρακα είναι ενδιάμεσοι μεταξύ μονών και διπλών δεσμών. Σε θερμοκρασία δωματίου, το βενζόλιο είναι ένα άχρωμο υγρό με τη μυρωδιά της «γλυκιάς βενζίνης». Το βενζόλιο βράζει στους 176,2 βαθμούς Φαρενάιτ και παγώνει κάτω από 41,9 βαθμούς Φαρενάιτ. Το βενζόλιο είναι μια επικίνδυνη χημική ουσία που είναι πολύ εύφλεκτη και καρκινογόνος. Εμφανίζεται φυσικά ως συστατικό του αργού πετρελαίου και υπάρχουν διάφοροι τρόποι για την παρασκευή του.

Η παρασκευή βενζολίου από αργό πετρέλαιο χρησιμοποιώντας θερμότητα ονομάζεται ρωγμή. Το Cracking είναι μια διαδικασία πολλαπλών σταδίων στην οποία μια εγκατάσταση εξατμίζει το ακατέργαστο πετρέλαιο, προσθέτει ατμό και στη συνέχεια περνά για λίγο το αέριο μείγμα μέσω ενός κλιβάνου σε θερμοκρασίες μεταξύ 1.300 και 1.650 βαθμών Θερμόμετρο Φαρενάιτ. Το προκύπτον μείγμα υδρογονανθράκων ονομάζεται ακατέργαστο αέριο πυρόλυσης. Διαλύτες, συνήθως αλκοόλες, στη συνέχεια εκχύλιση βενζολίου και άλλων αρωματικών ενώσεων, συμπεριλαμβανομένου του μεθυλοβενζολίου. Τέλος, οι διαλυμένες ενώσεις υφίστανται κλασματική απόσταξη, η οποία διαχωρίζει τα διάφορα συστατικά, συμπεριλαμβανομένου του βενζολίου.

Η νάφθα αναφέρεται σε ευθείας αλυσίδας, ή αλειφατικούς, υδρογονάνθρακες που περιέχουν 5-10 άτομα άνθρακα. Η νάφθα προέρχεται κυρίως από πετρέλαιο και φυσικό αέριο. Για να αναμορφωθεί η νάφθα σε βενζόλιο, οι αντιδραστήρες πρέπει πρώτα να απομακρύνουν τυχόν θειικές ακαθαρσίες και στη συνέχεια να αναμείξουν τη νάφθα με υδρογόνο στους 930 βαθμούς Φαρενάιτ, μια διαδικασία που ονομάζεται υδρομορφοποίηση. Το αέριο περνά πάνω από έναν καταλύτη, όπως πλατίνα ή ρήνιο, κάτω από 5 ατμόσφαιρες πίεσης. Αυτή η διαδικασία μετατρέπει αλειφατικούς υδρογονάνθρακες στις αντίστοιχες αρωματικές τους ενώσεις. Το βενζόλιο, το οποίο σχηματίζεται από το εξάνιο 6-άνθρακα αλειφατική ένωση, και οι άλλοι υδρογονάνθρακες διαλύονται και αποστάζονται για να διαχωριστούν οι διάφορες ενώσεις.

Το μεθυλοβενζόλιο, επίσης γνωστό ως τολουόλιο, είναι ένα υποπροϊόν της αναμόρφωσης της νάφθας αλλά έχει περιορισμένη εμπορική αξία. Τα εργοστάσια επεξεργασίας μπορούν να μετατρέψουν τολουόλιο σε πιο πολύτιμους υδρογονάνθρακες βενζόλιο και ξυλόλιο. Ένα μείγμα τολουολίου-υδρογόνου περνά πάνω από έναν καταλύτη - συνήθως ζεόλιθο, ένα ορυκτό που περιέχει αργιλοπυριτικά - υπό συνθήκες 15-25 ατμόσφαιρες πίεσης και 800-900 βαθμούς Φαρενάιτ. Ο εξοπλισμός στη συνέχεια αποστάζει το προκύπτον μίγμα υδρογονανθράκων για να διαχωρίσει τα κλάσματα βενζολίου, τολουολίου και ξυλενίου. Το τολουόλιο ανακυκλώνεται για περαιτέρω δυσαναλογία.

Μια εναλλακτική μέθοδος παρασκευής βενζολίου από τολουόλιο είναι η υδροδευαλκυλίωση. Οι αντιδραστήρες συμπιέζουν τολουόλιο και υδρογόνο σε πιέσεις μεταξύ 20 και 60 ατμοσφαιρών και θερμαίνουν το μείγμα σε θερμοκρασίες μεταξύ 930 και 1.220 βαθμών Φαρενάιτ. Παρουσία καταλύτη, μια αντίδραση μετατρέπει το μείγμα σε βενζόλιο και μεθάνιο. Κατάλληλοι καταλύτες περιλαμβάνουν χρώμιο, μολυβδαίνιο και πλατίνα. Το εναπομένον υδρογόνο ανακυκλώνεται και το βενζόλιο διαχωρίζεται με απόσταξη. Αυτή η μέθοδος οδηγεί σε ποσοστό μετατροπής 90 τοις εκατό.