Il benzene è l'idrocarburo più semplice appartenente alla classe dei composti organici noti come aromatici. La sua formula, C6H6, riflette la sua struttura ad anello, in cui tutti e sei gli atomi di carbonio condividono equamente gli elettroni e i legami carbonio-carbonio sono intermedi tra legami singoli e doppi. A temperatura ambiente, il benzene è un liquido incolore con l'odore di "benzina dolce". Il benzene bolle a 176,2 gradi Fahrenheit e gela sotto i 41,9 gradi Fahrenheit. Il benzene è una sostanza chimica pericolosa altamente infiammabile e cancerogena. Si presenta naturalmente come componente del petrolio greggio e ci sono diversi modi per prepararlo.
Rompere il petrolio greggio
La preparazione del benzene dal petrolio greggio usando il calore è chiamata cracking. Il cracking è un processo a più fasi in cui un impianto vaporizza petrolio grezzo, aggiunge vapore e poi passa brevemente la miscela gassosa attraverso un forno a temperature comprese tra 1.300 e 1.650 gradi Fahrenheit. La miscela risultante di idrocarburi è chiamata gas di pirolisi grezzo. I solventi, solitamente alcoli, estraggono quindi il benzene e altri composti aromatici, incluso il metilbenzene. Infine, i composti disciolti subiscono una distillazione frazionata, che separa i diversi componenti, compreso il benzene.
Riformare Nafta
La nafta si riferisce agli idrocarburi a catena lineare, o alifatici, contenenti 5-10 atomi di carbonio. La nafta è derivata principalmente dal petrolio e dal gas naturale. Per trasformare la nafta in benzene, i reattori devono prima rimuovere tutte le impurità solforose e poi mescolare la nafta con l'idrogeno a 930 gradi Fahrenheit, un processo chiamato idroformatura. Il gas passa sopra un catalizzatore, come platino o renio, a 5 atmosfere di pressione. Questo processo converte gli idrocarburi alifatici nei loro corrispondenti composti aromatici. Il benzene, formato dal composto alifatico a sei atomi di carbonio esano, e gli altri idrocarburi vengono quindi disciolti e distillati per separare i diversi composti.
Disproporzione del toluene
Il metilbenzene, noto anche come toluene, è un sottoprodotto della riformazione della nafta ma ha un valore commerciale limitato. Gli impianti di lavorazione possono convertire il toluene negli idrocarburi più preziosi benzene e xilene. Una miscela toluene-idrogeno passa su un catalizzatore, solitamente zeolite, un minerale contenente alluminosilicati, in condizioni di 15-25 atmosfere di pressione e 800-900 gradi Fahrenheit. L'apparecchiatura quindi distilla la miscela di idrocarburi risultante per separare le frazioni di benzene, toluene e xilene. Il toluene viene riciclato per un'ulteriore sproporzione.
Idrodealchilazione del toluene
Un metodo alternativo per preparare il benzene dal toluene è l'idrodealchilazione. I reattori comprimono il toluene e l'idrogeno a pressioni comprese tra 20 e 60 atmosfere e riscaldano la miscela a temperature comprese tra 930 e 1.220 gradi Fahrenheit. In presenza di un catalizzatore, una reazione converte la miscela in benzene e metano. Catalizzatori adatti includono cromo, molibdeno e platino. L'idrogeno residuo viene riciclato e il benzene viene separato per distillazione. Questo metodo si traduce in un tasso di conversione del 90 percento.