Etüleen (eteen): definitsioon, omadused ja polüetüleeni tootmine
Etüleen (eteen): definitsioon, omadused ja polüetüleeni tootmine — selge ülevaade keemiast, rakendustest ja tööstuslikest tootmisprotsessidest.
Etüleen ehk eteen on keemiline ühend, mille igas molekulis on kaks süsinikuaatomit ja neli vesinikuaatomit (keemiline valem C2H4). Need aatomid on seotud kaksiksidemega, mistõttu etüleen kuulub süsivesinike hulka kui lihtne olefiin (alkeen). See on värvitu, kergelt magusa lõhnaga, väga lenduv ja kõrge reaktiivsusega gaas, mis mängib suurt rolli nii keemia- kui ka tööstuses ning on tuntud ka kui taimedes toimiv signaalmolekul: kasutatakse isegi bioloogias kui hormoonina viljade küpsemise reguleerimiseks.
Peamised omadused
- Keemiline valem: C2H4.
- Füüsikalised omadused: värvitu gaas, kergelt magusa lõhnaga; keemistemperatuur umbes −103,7 °C ja sulamistemperatuur ligikaudu −169 °C.
- Reaktiivsus: kaksikside teeb etüleenist hästi reageeriva ühendi — see osaleb polümerisatsioonis, halogeenimise, oksüdatsiooni ja hüdrogeenimise reaktsioonides.
- Tuleoht: väga kergesti süttiv; õhus tekivad plahvatuslikud seguvahemikud (umbes 2,7–36 vol%).
Tootmine
Etüleeni peamine tootmismeetod on nafta- ja gaasitööstuse käitised, kus orgaanilisi süsivesinikke kuumutatakse kõrgetel temperatuuridel (nn aurukraakkimine ehk steam cracking). Sellest protsessist saadakse lisaks etüleenile ka propeeni, butaane ja aromaatseid ühendeid. Teine levinud meetod on etaani katalüütiline dehüdrogenatsioon gaasikõrvaltõmbeil (peamiselt maagaasi töötlemisel).
Polüetüleeni (polüetüleen) tootmiseks läbib etüleen polümerisatsiooni, mille puhul etüleenimolekulid liidetakse pikkadeks makromolekulideks. Sõltuvalt meetodist ja katalüsaatorist saadakse erinevaid polüetüleeni tüüpe:
- LDPE (madala tihedusega): valmistatakse kõrges rõhus vaba-radikaalset polümerisatsiooni kasutades; toode on painduv, kasutusel kilekotid ja kestad.
- HDPE (kõrge tihedusega): toodetakse madalrõhul katalüütiliselt (näiteks Ziegler–Natta või kromikatalüsaatorid); toode on tugevam ja jäigem, kasutatakse torudes, konteinerites ja mänguasjades.
- LLDPE (lineaarne madala tihedusega): valmistatakse ko-polümerisatsiooniga, mis annab hea venivuse ja vastupidavuse õhemates kiletoodetes.
- Muu tehnoloogia: kaasaegsed metalloceeni katalüsaatorid võimaldavad paremat omaduste juhtimist ja ühtlasemat molekulaarset struktuuri.
Etüleen on globaalselt üks kõige enam toodetud keemilisi ühendeid — see on kemikaal, mille tootmismaht on olnud väga kõrge; alates 2005. aastast toodetakse seda igal aastal umbes 75 miljonit tonni (sellest suur osa läheb polüetüleeni tootmisse).
Kasutusvaldkonnad
- Peamine kasutusala on polümeeride (eelkõige polüetüleen) tootmine — see moodustab suuri osa pakenditest, torudest, kilegaetmetest ja igapäevastest plasttoodetest.
- Keemiatööstuses on etüleen lähteaineks paljude teiste ühendite valmistamisel, näiteks etanool, etüleenoksiid ja etüleenglükool.
- Põllumajanduses ja viljatootmises kasutatakse etüleeni kontrollitud kogustes viljade ja puuviljade küpsemise kiirendamiseks.
Ohutus ja keskkonnamõjud
- Terviseriskid: etüleen ei ole tugeva toksilisusega, kuid suures kontsentratsioonis võib see põhjustada lämbumist, samuti on see tule- ja plahvatusohtlik.
- Keskkond: etüleenist valmistatud plastid — eriti polüetüleen — on laialt levinud ja moodustavad suure osa plastireostusest; nende ringlussevõtt ja taaskasutus on tänapäeval oluline keskkonnapoliitika teema.
- Tööohutus: tootmis- ja töötlemisseadmetes on oluline gaasi lekkekontroll, korralik ventilatsioon ja süttimiskindel tehnoloogia.
Kokkuvõttes on etüleen lihtne molekul ent kõrge tähtsusega: selle keemilised omadused teevad temast universaalse lähteaine keemiatööstusele ja põhilise komponendi paljude plasttoodete tootmisel, samas kaasnevad selle kasutamisega nii ohutus- kui ka keskkonnaalased väljakutsed.
Ajalugu
Alates 1795. aastast nimetati etüleeni olefiantgaasiks ehk naftat tootvaks gaasiks. See tulenes sellest, et koos klooriga moodustas see hollandi keemikute õli.
1866. aastal mõtles saksa keemik August Wilhelm von Hofmann välja süsteemi süsivesinike nimetamiseks. Järelliiteid -ane, -ene, -ine, -one ja -une kasutati nende süsivesinike nimetamiseks, millel on 0, 2, 4, 6 ja 8 vesinikuaatomit vähem kui alkaanil, millest see pärineb. Selle süsteemi tõttu sai etüleenist eteen.
1979. aastal otsustas IUPAC, et etüleen jääb etüleeniks.
Kuidas see on tehtud
Etüleeni valmistatakse keemiatööstuses aurukrakkimise teel. Mõned etüleenitehase osad võivad olla:
- Aurukrakkimisahjud;
- Soojuse taaskasutussüsteemid;
- Auru ringlussevõtu süsteem;
- Süsteem pragunenud gaasi kokkusurumiseks;
- Süsteem happegaasi eemaldamiseks;
Etüleenitehases on ka teisi süsteeme. Eespool loetletud süsteemid olid etüleenitehase kõige olulisemad süsteemid.
Kuna etüleeni valmistamiseks kulub palju energiat, püüavad etüleeni valmistajad väga kõvasti vältida gaaside soojuse väljumist ahjudest.
Küsimused ja vastused
K: Mis on etüleen?
V: Etüleen on keemiline ühend, mis koosneb kahest süsinikuaatomist ja neljast vesinikuaatomist, millel on kaksikside, mis teeb sellest süsivesiniku.
K: Milline on etüleeni tähtsus tööstuses?
V: Etüleen on tööstuses väga oluline, sest seda kasutatakse mitmesuguste kemikaalide tootmisel.
K: Kas etüleeni saab kasutada bioloogias?
V: Jah, etüleeni saab bioloogias kasutada hormoonina.
K: Kui palju etüleeni toodetakse aastas?
V: Alates 2005. aastast on igal aastal toodetud umbes 75 miljonit tonni etüleeni, mis teeb sellest kõige rohkem toodetud kemikaali.
K: Mis on etüleeni peamine kasutusala?
V: Etüleeni peamine kasutusala on polüetüleeni tootmine.
K: Milline side on etüleenil?
V: Etüleenil on kaksikside, mis teeb sellest süsivesiniku.
K: Mitu vesinikuaatomit on igas etüleeni molekulis?
V: Igas etüleeni molekulis on neli vesiniku aatomit.
Otsige