Jak powstaje benzen

Benzen to najprostszy węglowodór należący do klasy związków organicznych zwanych aromatami. Jego wzór, C6H6, odzwierciedla strukturę pierścienia, w której wszystkie sześć atomów węgla ma równe udziały elektronów, a wiązania węgiel-węgiel są pośrednie między wiązaniami pojedynczymi i podwójnymi. W temperaturze pokojowej benzen jest bezbarwną cieczą o zapachu „słodkiej benzyny”. Benzen wrze w temperaturze 176,2 stopnia Fahrenheita i zamarza poniżej 41,9 stopnia Fahrenheita. Benzen jest niebezpieczną substancją chemiczną, która jest wysoce łatwopalna i rakotwórcza. Występuje naturalnie jako składnik ropy naftowej i istnieje kilka sposobów jej przygotowania.

Otrzymywanie benzenu z ropy naftowej za pomocą ciepła nazywa się krakingiem. Kraking to wieloetapowy proces, w którym zakład odparowuje surową ropę naftową, dodaje parę, a następnie krótko przepuszcza mieszaninę gazową przez piec w temperaturach od 1300 do 1650 stopni Fahrenheita. Powstała mieszanina węglowodorów nazywana jest surowym gazem pirolitycznym. Rozpuszczalniki, zwykle alkohole, następnie ekstrahują benzen i inne związki aromatyczne, w tym metylobenzen. Na koniec rozpuszczone związki przechodzą destylację frakcyjną, która oddziela różne składniki, w tym benzen.

Nafta odnosi się do prostołańcuchowych lub alifatycznych węglowodorów zawierających 5–10 atomów węgla. Benzyna pochodzi głównie z ropy naftowej i gazu ziemnego. Aby przekształcić benzynę w benzen, reaktory muszą najpierw usunąć wszelkie zanieczyszczenia siarkowe, a następnie zmieszać benzynę z wodorem w temperaturze 930 stopni Fahrenheita w procesie zwanym hydroformowaniem. Gaz przechodzi przez katalizator, taki jak platyna lub ren, pod ciśnieniem 5 atmosfer. Proces ten przekształca węglowodory alifatyczne w odpowiadające im związki aromatyczne. Benzen utworzony z sześciowęglowego związku alifatycznego heksanu i inne węglowodory są następnie rozpuszczane i destylowane w celu oddzielenia różnych związków.

Metylobenzen, znany również jako toluen, jest produktem ubocznym reformacji benzyny ciężkiej, ale ma ograniczoną wartość handlową. Zakłady przetwórcze mogą przetwarzać toluen w bardziej wartościowe węglowodory benzen i ksylen. Mieszanina toluenu z wodorem przechodzi przez katalizator - zwykle zeolit, minerał zawierający glinokrzemiany - w warunkach ciśnienia 15-25 atmosfer i 800-900 stopni Fahrenheita. Sprzęt następnie destyluje powstałą mieszaninę węglowodorów w celu oddzielenia frakcji benzenu, toluenu i ksylenu. Toluen jest zawracany do dalszej dysproporcjonowania.

Alternatywną metodą wytwarzania benzenu z toluenu jest hydrodealkilacja. Reaktory sprężają toluen i wodór do ciśnień od 20 do 60 atmosfer i podgrzewają mieszaninę do temperatur od 930 do 1220 stopni Fahrenheita. W obecności katalizatora reakcja przekształca mieszaninę w benzen i metan. Odpowiednie katalizatory obejmują chrom, molibden i platynę. Pozostały wodór zawraca się, a benzen oddziela się przez destylację. Ta metoda daje współczynnik konwersji wynoszący 90 procent.