Etilēns (C2H4): definīcija, īpašības, ražošana un lietojumi

Etilēns (C2H4): definīcija, īpašības, ražošana un lietojumi — rūpniecības nozīmīgums, polietilēna ražošana un bioloģiskā hormona loma

Etilēns jeb etēns ir ķīmisks savienojums ar diviem oglekļa atomiem un četriem ūdeņraža atomiem katrā molekulā. Šīs molekulas ir savienotas ar dubulto saiti, kas padara to par ogļūdeņradi. Tas ir ļoti svarīgs rūpniecībā, un to izmanto pat bioloģijā kā hormonu. Tas ir arī visvairāk izgatavotā ķīmiskā viela. Kopš 2005. gada katru gadu tiek saražoti aptuveni 75 miljoni tonnu šīs vielas. Visvairāk to izmanto polietilēna ražošanā.

Kas ir etilēns — savienojuma pamatīpašības

Ķīmiskā formula: C2H4 (etilēns / etēns). Molekula satur karbona dubulto saiti, kas nosaka lielu reaktivitāti pie addīcijas reakcijām.

• Fiziskās īpašības: bezkrāsains, uzliesmojošs gāzveida savienojums. Molmasa ≈ 28,05 g·mol⁻¹. Vārīšanās temperatūra −103,7 °C, kušanas temperatūra −169,2 °C. Kritiskā temperatūra ir ap +9 °C.
• Reaktivitāte: dubultā saite viegli piedalās pievienošanās reakcijās — polimerizācijā, halogenēšanā, hidrohalogenēšanā, hidratācijā u.c. Ar skābekli var oksidēties uz etilēna oksīdu.
• Degšanas īpašības: ļoti uzliesmojošs — veido sprādzienbīstamus maisījumus ar gaisu; eksplozijas robežas aptuveni dažos procentos tilpuma daļās.

Ražošanas metodes

Etilēnu mūsdienu rūpnieciskā ražošana balstās galvenokārt uz hidrokarbonu termisko vai katalītisko sadalīšanu. Biežākās metodes:

• Steam cracking (tvaika krakings): visizplatītākā metode — augstā temperatūrā (800–900 °C) termiski sadala naphthas, naftas frakcijas vai saspiesto etānu, iegūstot etilēnu, propilēnu un citus olefīnus. Reakcijas apstākļi un izejvielas nosaka produktu sastāvu; etāna blakusārdītāji ASV, piemēram, dod relatīvi daudz etilēna.
• Katālītiskā un dehidrogenēšana (PDH): etāna vai etila savienojumu katalītiska dehidrogenēšana uz etilēna — izmanto, ja kvalitatīvs etāns ir pieejams un nepieciešama selektīvāka ražošana.
• Etanola dehidratācija (bioetilēns): no bioloģiski ražota etanola iespējams saražot etilēnu ar katalītisku dehidratāciju. Šī ceļa popularitāte pieaug, jo tas ļauj iegūt bio-izcelsmes etilēnu.
• Ķīmiskā pārstrāde un atkritumu pirolīze: plastmasu pirolīze un ķīmiskā pārstrāde var sniegt monomērus vai skaidrus frakcijas, tostarp etilēnu, kā daļu no plastmasu aprites risinājumiem.

Galvenie lietojumi

Etilēns ir pamats daudziem rūpnieciskiem produktiem — no tā iegūst plašu ķīmisko starpproduktu klāstu:

• Polietilēns (PE): vislielākais etilēna patēriņš — polietilēna (zemblīvuma un augstblīvuma) ražošana, kas tiek izmantota iepakojumos, plēvēs, caurulēs un citur.
• Etilēna oksīds: oksidēšana uz etilēna oksīdu un tālāka hidroizolācija uz etilēna glicolu (etilēnglikolu) — izmanto antifrīzos, poliestera ražošanā (PET) un šķīdinātājos.
• 1,2-dihlorētāns (etilēna dihlorīds): starpprodukts vinilhlorīda (VCM) iegūšanai, no kura ražo PVC.
• Ķīmiskie starpprodukti: etilēns ir izejviela etilbenzēna, styrola, etilēnglikolu, elektroķīmiskām un organiskām sintēzēm.
• Lauksaimniecība: kā gāzveida hormons (redzams tālāk) — izmantots augļu nogatavināšanai un augu fenoloģisko procesu regulēšanai.

Etilēns kā augu hormons

Etilēns ir vienkāršs, bet spēcīgs gāzveida augu hormons, kas ietekmē augļu nogatavināšanos, ziedēšanu, lapu izkrišanu un dzinumu augšanu. To izmanto gan lauksaimniecībā, gan pārtikas loģistikā, lai kontrolētu nogatavināšanas procesu (piem., banānu, tomātu un citu klimakterisko augļu nogatavināšana). Komerciāli bieži lieto vielas (piem., etefons), kas pēctam izdala etilēnu.

Drošība un vides ietekme

• Drošības jautājumi: etilēns ir ļoti uzliesmojošs un var izraisīt eksplozijas, ja rodas gaisa maisījums noteiktā koncentrāciju diapazonā. Rūpnieciskā vidē nepieciešami metodes noplūžu novēršanai, sprādziendrošas iekārtas un monitorings. Lielās koncentrācijās tas ir vienkāršs nosmakšanas risks (asfiksants).
• Vides aspekts: etilēns pats par sevi nav ilgstošs siltumnīcefekta gāze, tomēr tā ražošana lielā mērā balstās uz fosilo kurināmo (naftu, dabasgāzi). Etilēns ir arī reaktīvs atmosfēras sastāvdaļa, kas veicina troposfēras ozona un sekundāro organisko daļiņu veidošanos, tādējādi ietekmējot gaisa kvalitāti.
• Tendences: rūpniecības nozare strādā pie oglekļa emisiju samazināšanas — ieviešot efektīvākas krakinga tehnoloģijas, elektroenerģijas izmantošanu, bioloģiskus izejmateriālus (bioetilēns) un ķīmiskas pārstrādes risinājumus, lai veicinātu cirkulāru ekonomiku.

Ekonomiska nozīme

Etilēns ir viens no svarīgākajiem petroķīmijas produktiem pasaulē — no tā atkarīgas daudzas plastmasu, šķīdinātāju un šķiedru rūpniecības nozares. Globalā pieprasījuma dēļ tā ražošanas apjomi ir milzīgi (mūsdienās vairāk nekā 150 miljoni tonnu gadā), un sektors pastāvīgi attīstās, meklējot ilgtspējīgākas ražošanas metodes.

Piezīme: ja nepieciešama specifiska tehniska informācija (piem., eksplozijas robežas, autoizdegšanas temperatūra, pakāpes un drošības datu lapas — SDS), lūdzu, norādiet, kurā jomā vēlaties detalizētākos datus, un es pievienošu precīzākas vērtības un atsauces.

Jautājumi un atbildes

J: Kas ir etilēns?

J: Kāda ir etilēna nozīme rūpniecībā?

J: Vai etilēnu var izmantot bioloģijā?

J: Cik daudz etilēna saražo katru gadu?

J: Kāds ir galvenais etilēna izmantošanas veids?

J: Kāda veida saite ir etilēnam?

J: Cik ūdeņraža atomu ir katrā etilēna molekulā?

Meklēt pēc burta