náhled|vpravo|Ropná rafinerie firmy Shell v Martinez, KaliforniePetrochemie je obor chemie, který studuje přeměny ropy a zemního plynu na chemické látky používané k výrobě mnoha surovin pro petrochemický průmysl. Toto odvětví produkuje asi 90% průmyslově vyráběných organických sloučenin.

Mezi základní suroviny petrochemie patří ropa, zemní plyn a uhlovodíky (například propan nebo butan). Z nich se vyrábějí chemické látky, jako je etylen, propylen, benzen nebo toluen. Ty pak slouží jako výchozí suroviny pro výrobu plastů (polyetylen, polypropylen, PVC), syntetických vláken (polyester, nylon) nebo syntetického kaučuku (například pro pneumatiky). Dále jsou to detergenty, rozpouštědla, barvy a laky, kosmetika, léčiva, obalové materiály a mnoho dalších produktů.

Jedním z nejvýznamnějších procesů petrochemie je krakování (anglicky crack – trhati), při kterém se štěpí uhlovodíky s dlouhým uhlíkatým řetězcem na uhlovodíky s kratším řetězcem. Vyrábí se tak například benzín, etylen, propylen a mnoho dalších lehkých uhlovodíků pro petrochemický průmysl. Dalšími nezbytnými procesy jsou destilace (rozdělení ropy na frakce), vakuová destilace (zpracování těžkých zbytků), izomerizace (přestavba molekul na vhodnější frakce), polymerizace (spojování alkenů do větších molekul) a mnoho dalších.

Petrochemický průmysl dodává suroviny mnoha dalším odvětvím – automobilovému, stavebnímu, elektrotechnickému, textilnímu i zdravotnickému průmyslu. K základním produktům petrochemického průmyslu patří benzín (palivo pro osobní auta), nafta (palivo pro nákladní auta, autobusy a některé osobní vozy), kerosin (letecké palivo), topné oleje (pro vytápění), mazací oleje (pro motory a stroje), asfalt (na stavbu silnic).

Historie Význační vědci zabývající se těžbou a zpracováním ropy a zemního plynu:

náhled|Addiewell Works v Západním Lothianu (1866 - 1921) byl jeden z největších chemických závodů ve SkotskuJames Young (1811 - 1883) byl skotský chemik, který patří mezi průkopníky zpracování ropy. Vyvinul metody výroby petroleje a mazacích olejů z ropy. Založil jednu z prvních rafinerií na světě. Edwin Drake (1819 - 1880) byl americký průkopník v oblasti stavby a technologie ropných vrtů. V roce 1859 vyvrtal první úspěšný moderní ropný vrt v Pensylvánii. Tím odstartoval rozvoj ropného a později i petrochemického průmyslu. Dmitrij Mendělejev (1834 - 1907) byl ruský chemik, který je známý především objevem periodické tabulky prvků. Zabýval se také zpracováním ropy a prosazoval, aby se ropa využívala jako cenná chemická surovina, nejen jako palivo. Vladimir Šuchov (1853 - 1939) byl ruský vědec a architekt, který v roce 1891 vynalezl a patentoval přístroj na nepřetržitou frakční destilaci ropy a na nepřetržité získávání plynu jejím štěpením - krakováním. William Merriam Burton (1865 - 1954) byl americký chemik, který vyvinul termické krakování, při kterém se těžké složky ropy rozkládají na lehčí. Díky tomu bylo možné vyrábět více benzínu.

Eugène Jules Houdry (1892 - 1962) byl francouzsko-americký strojní inženýr, který vyvinul katalytické krakování ropných surovin. To výrazně zlepšilo výrobu kvalitních paliv a petrochemických surovin.

Význační vědci zabývající se produkty z ropy a zemního plynu:

náhled|Telefon z bakelitu - prvního plastu vyrobeného ze syntetických složekHenri Victor Regnault (1810 - 1878) byl francouzský chemik a fyzik známý pečlivým měřením tepelných vlastností plynů. Vynikal ve vznikajícím oboru organická chemie a syntetizoval několik chlorovaných uhlovodíků (například vinylchlorid, polyvinylchlorid, dichlormethan). Johann Eduard Simon (1789 - 1856) byl německý lékárník a v roce 1839 náhodou objevil polystyren při destilaci olejovité látky z pryskyřice eukalyptu. Zjistil, že získaný styrol za několik dní zhoustl na želatinu. Bylo to v důsledku tehdy ještě neznámé polymerace. William Henry Perkin (1838 - 1907) byl anglický chemik, který objevil první syntetické barvivo na světě - Mauveine. Mělo fialovou barvu a výborně se chytalo na látky. Friedrich Reinitzer (1857 - 1927) byl česko-rakouský botanik a chemik, který pozoroval, že cholesterylbenzoát má dva různé body tání. Na svém objevu dále pracoval a stal se tak objevitelem tekutých krystalů. V roce 1965 byl na bázi tekutých krystalů vyroben první displej. Leo Baekeland (1863 - 1944) byl belgicko-americký chemik a vynálezce. Je nazýván otcem plastového průmyslu, neboť se mu podařilo vyrobit umělou hmotu z fenolu a formaldehydu. Po svém autorovi byla nazvána bakelit. V roce 1920 postavila společnost Union Carbide v Západní Virginii první petrochemický závod na světě. V roce 1928 byla vynalezena syntetická paliva pomocí Fischer-Tropschova procesu. Walter Bock (1895 - 1948) byl německý chemik, který v roce 1929 vynalezl syntetický kaučuk Buna-S, který se skládá ze styrenu a butadienu a používá se k výrobě pneumatik pro automobily. Otto Karl Julius Röhm (1876 - 1939) německý vědec, který polymeroval v roce 1933 první akrylátové sklo - methylmethakrylát. Michael Willcox Perrin (1905 - 1988) byl britský vědec kanadského původu, který v roce 1935 vynalezl polyethylen. Wallace Hume Carothers (1896 - 1937) byl americký chemik a vynálezce. Vedl výzkum organické chemie ve firmě DuPont zaměřený na polymery. V roce 1930 vynalezl neopren a v roce 1935 nylon. Otto Bayer (1902 - 1982) byl německý průmyslový chemik ve společnosti IG Farben a jeho skupina zde v roce 1937 objevila polyadiční reakci pro syntézu polyuretanů z polyisokyanátu a polyolu. Roy J. Plunkett (1910 - 1994) byl americký chemik, který vynalezl v roce 1938 polytetrafluorethylen - známý jako teflon. V roce 1946 pak vynalezl polyester. Friedrich Rudolf Stastny (1908 - 1985) byl německo-rakouský chemický inženýr a vynálezce a významně přispěl k rozšíření velkovýroby chemikálií v oblasti pěnových plastů. Jeho nejvýznamnějším vynálezem je polystyren. Na začátku 50. let byl objeven polypropylen. Stephanie Louise Kwoleková (1923 - 2014) byla americká chemička polského původu a průkopnice vývoje polymerů. V roce 1965 vynalezla první ze skupiny extrémně pevných umělých vláken - známých jako Kevlar.

Petrochemické sloučeniny

Primární petrochemické sloučeniny

Olefiny zahrnují ethen (triviální název ethylen), propen (triviální název propylen), buten a butadien. Ethylen a propylen jsou důležitými zdroji průmyslových chemikálií a plastových výrobků. Butadien se používá při výrobě syntetického kaučuku. Aromatické uhlovodíky zahrnují benzen, toluen a xylen (zkratka BTX). Benzen je surovinou pro barviva a syntetické detergenty, benzen a toluen pro isokyanáty MDI a TDI používané při výrobě polyuretanů, xyleny se využívají k výrobě plastů a syntetických vláken. Uhlovodíky (methan, ethan, propan a butan) se získávají při zpracování zemního plynu.

Seznam důležitých derivátů Ethen

Polyethylen je termoplast, který vzniká polymerací ethenu. Ethanol se synteticky připravuje katalytickou hydratací ethenu. Ethylenoxid je nejjednodušší epoxid a vyrábí se katalytickou oxidací ethenu. Vinylacetát je monomer a používá se na výrobu polyvinylacetátu. Vyrábí se reakcí ethenu s kyselinou octovou a kyslíkem za přítomnosti palladia jako katalyzátoru. 1,2-Dichlorethan se používá pro výrobu vinylchloridu (surovina pro výrobu PVC). Vyrábí se chlorací ethenu.

Propen

Kyselina akrylová je nejjednodušší nenasycená karboxylová kyselina. Vyrábí se dvoustupňovou katalytickou oxidací propenu vzdušným kyslíkem ve směsi s vodní parou. Polymerací se z ní vyrábějí akrylátové polymery. Allylchlorid je halogenderivát propenu. Většinou se převádí na epichlorhydrin, který se používá pro výrobu plastů. Polypropylen je adiční polymer vyrobený z propylenového monomeru. Vedle polyetylenu a PVC je to třetí nejčastější používaný polymerizační plast. Propylenoxid je vyráběný oxidací propylenu. Dále se z něj vyrábějí polyuretanové plasty.

Buten

Isobuten často se používá jako meziprodukt. Alkylací s butanem se z isobutenu vyrábí isooktan, který se používá jako aditivum do paliv. Polymerizací z isobutylenu vzniká butylový kaučuk (polyisobutylen). 1,3-Butadien se používá jako výchozí surovina pro výrobu polymerů, zejména styren-butadienového kaučuku a polybutadienu.

Benzen

Ethylbenzen se vyrábí z benzenu a ethenu. Monomer styren vzniká dehydrogenací ethylbenzenu, polymer polystyren se pak vyrábí polymerací styrenu. Kumen se vyrábí z isopropylbenzenu reakcí s benzenem a propenem, oxidací kumenu se vyrábí fenol a aceton. Cyklohexan vzniká hydrogenací benzenu a vyrábí se z něj nylon. Nitrobenzen vzniká nitrací benzenu a vyrábí se z něj anilin a polyuretan Chlorbenzen vzniká chlorací benzenu za přítomnosti katalyzátoru, dříve se používal při výrobě některých pesticidů, zejména DDT.

Toluen

Benzen se může připravit právě z toluenu a vodíku za odštěpení metanu. Trinitrotoluen se vyrábí postupnou nitrací toluenu a je to známá trhavina TNT. Toluen je používán ve směsích s benzenem a xylenem pro zvyšování oktanového čísla automobilových benzínů. Kyselina benzoová vzniká oxidací toluenu, využívá se jako konzervační prostředek, léčivo proti kožním infekcím a je důležitým prekurzorem v organické syntéze.

Xylen

Xylen je směs tří izomerů aromatického uhlovodíku (o-xylen, m-xylen a p-xylen). Používá se jako rozpouštědlo v polygrafii, lakýrnictví a v gumárenském nebo kožedělném průmyslu. P-xylen se využívá jako surovina pro výrobu kyseliny tereftalové, což je monomer používaný pro výrobu polymerů, například PET.

Petrochemie a životní prostředí V současnosti petrochemie a následně petrochemický průmysl dodává suroviny mnoha odvětvím - automobilovému, stavebnímu, elektrotechnickému, textilnímu nebo zdravotnickému průmyslu. Na druhé straně patří mezi významné zdroje znečištění ovzduší, vody a půdy:

Emise skleníkových plynů - při těžbě ropy a zemního plynu, jejich dopravě i zpracování vzniká velké množství oxidu uhličitého (CO2) a metanu (CH4).

Znečištění ovzduší - petrochemické závody vypouštějí například oxidy síry (SO2), oxidy dusíku (NOx), těkavé organické látky nebo jemné prachové částice.

Znečištění vody a půdy - při těžbě i výrobě někdy dochází k ropným haváriím, úniku chemikálií, odpadní vody mohou obsahovat ropné látky nebo těžké kovy.

Dnes jsou moderní petrochemické závody díky přísnějším předpisům, novým technologiím a nepřetržitému monitorování výroby daleko menšími znečišťovateli než před 50 lety:

Čištění odpadních plynů - než spaliny opustí komín, procházejí několika stupni čištění. Nepřetržité měření emisí - na komínech jsou automatické analyzátory, které nepřetržitě měří obsah odpadních plynů. Čištění odpadních vod - voda používaná při výrobě se neodvádí přímo do řek, ale prochází opět několika stupni čištění.

Uzavřené výrobní systémy - dříve docházelo při výrobě k úniku nebezpečných sloučenin, dnes se používají uzavřená potrubí a hermeticky uzavřené zásobníky.

Nakládání s odpady - vznikající odpady se třídí, recyklují nebo bezpečně likvidují. Prevence havárií - závody mají víceúrovňové bezpečnostní systémy.

Odkazy Reference

Související články Petrochemický průmysl Ropná rafinerie Krakování Ropa Zemní plyn

Externí odkazy

Kategorie:Obory a disciplíny chemie