Ethylen (ethen): Definition, produktion og industrielle anvendelser
Ethylen (ethen): definition, produktion og industrielle anvendelser — fra storskalaproduktion og polyethylen til biologiske roller. Læs om verdens mest fremstillede kemikalie.
Ethylen eller ethen er en kemisk forbindelse med to kulstofatomer og fire hydrogenatomer i hvert molekyle. Disse molekyler er sat sammen med en dobbeltbinding, som gør det til et kulbrinte. Det er meget vigtigt i industrien og er endda blevet brugt i biologien som et hormon. Det er også det mest fremstillede kemikalie. Der er blevet fremstillet omkring 75 millioner tons af det hvert år siden 2005. Den største anvendelse er til fremstilling af polyethylen.
Fysiske og kemiske egenskaber
- Kemisk formel: C2H4 (ofte skrevet som C2H4 eller C2H6? – korrekt er C2H4).
- Molekylvægt: ca. 28,05 g/mol.
- Fasestatus ved stuetemperatur: farveløst gas.
- Kogepunkt: ca. −103,7 °C; smeltepunkt: ca. −169,2 °C.
- Struktur: Hvert kulstofatom er sp2-hybridiseret, hvilket giver en plan struktur omkring dobbeltbindingen (C=C). Dobbeltbindingen gør stoffet mere reaktivt end mættede kulbrinter.
- Reaktivitet: reagerer let med additions-, polymerisations- og oxidationsreaktioner; bruges som byggesten i mange kemiske synteser.
Fremstilling
Den dominerende industrielle metode til produktion af ethylen er steam cracking (termisk krakning) af lette kulbrintefraktioner fra olie og gas (fx ethan, LPG eller nafta). I denne proces opvarmes råmaterialet til meget høje temperaturer i korte opholdstider, hvorved større kulbrinter spaltes til mindre molekyler, blandt andet ethylen. Efter krakningen separeres produkterne ved køling og destillation i komplekse fraktioneringstanke.
Der findes også andre processer og forskningsområder, som eksempelvis katalytisk krakning, dehydrogenering af ethane og direkte oxidationsprocesser. Produktion kan desuden ske fra bioråvarer — f.eks. dehydrering af bioethanol til bio-ethylene — hvilket giver mulighed for reduktion af fossilt råvareforbrug.
Industrielle anvendelser
Ethylen er en central byggeklods i kemisk industri. De vigtigste anvendelser inkluderer:
- Polyethylen: Den største enkeltanvendelse er polymerisation til polyethylen (PE), der findes i alt fra emballage og rør til tekstiler og legetøj.
- Oksider og alkoholer: Oxidation af ethylen giver ethylenoxid, som videre omdannes til ethylen glykol (antifrostvæske, polyesterfibre).
- Vinylklorid og PVC: Ethylen kan chloreres til ethylendichlorid, som efter videre behandling bruges til at fremstille vinylchloridmonomer og dermed PVC.
- Stof- og mellemprodukter: Ethylbenzener og styren (til plastics og syntetiske fibre), alfa-olefiner (som co-monomerer i specialpolymerer) og andre kemikalier fremstilles ofte via viderekemiske processer med ethylen som udgangspunkt.
- Andre: anvendes som reaktant i en lang række fine og specialkemikalier samt som råmateriale i petrochemiske kæder.
Biologisk rolle
Udover industrielle anvendelser fungerer ethylen i planter som et hormon. Det påvirker frugtmogningsprocesser, blomstervisning (senescens), bladfald (abscission) og responser på stress. Ethylengas bruges kommercielt til at modne frugter (fx bananer), men kontrolleret håndtering er nødvendig, da overeksponering kan skade afgrøder.
Sikkerhed, transport og miljø
- Brand- og eksplosionsfare: Ethylen er stærkt brandfarligt og kan danne eksplosive blandinger med luft. Antændelsesgrænser ligger typisk omkring 2,7–36 vol% i luft. Det er letantændeligt ved varme, gnister eller flammer.
- Opbevaring og transport: Transporteres som trykgas i stålflasker eller som kryogen væske under lave temperaturer; store mængder flyttes via pipeline-netværk til petro-kemiske anlæg. Forhindre polymerisation under opbevaring ved at tilsætte inhibitorer og undgå kontakt med oxygen ved høje temperaturer.
- Miljøpåvirkning: Produktionen er energiintensiv og medfører CO2-udslip. Ethylen er også en flygtig organisk forbindelse (VOC) og kan bidrage til ozondannelse i troposfæren under sollys.
- Håndtering: Ved udslip skal man undgå tændkilder og sikre god ventilation; lækager af flydende ethylen kan forårsage frostskader ved direkte kontakt.
Marked og trends
Ethylen er et nøgleprodukt i den globale petrokemiske industri, og produktion samt kapaciteter følger udviklingen i petrokemiske investeringer og råvaretilgængelighed. Skift i råvarepriser (fx billig skifergas i USA), samt øget fokus på cirkulær økonomi og biobaserede alternativer, påvirker både lokation og teknologi for ethylenproduktion. Desuden arbejdes der med teknologier til at reducere CO2-aftryk (fx elektrificerede processer, CO2-opsamling og brug af bio-feedstocks).
Opsummering: Ethylen (ethen) er en lille, men meget vigtig organisk forbindelse med en dobbeltbinding, der gør den kemisk reaktiv og særligt velegnet som råmateriale i fremstillingen af plastik og en lang række kemiske produkter. Dens rolle strækker sig fra industrielle materialer til biologiske processer som plantehormon, men produktion og brug stiller også krav til sikkerhed og miljøhensyn.
Historie
Siden 1795 blev ethylen kaldt en olefiantgas, dvs. en gas, der giver olie. Det skyldes, at den sammen med klor blev til de hollandske kemikeres olie.
I 1866 fandt den tyske kemiker August Wilhelm von Hofmann frem til et system til navngivning af kulbrinter. Suffikserne -ane, -ene, -ine, -one og -une blev brugt til at kalde kulbrinter med 0, 2, 4, 6 og 8 færre hydrogenatomer end den alkan, de kom fra. På grund af dette system blev ethylen til ethen.
I 1979 besluttede IUPAC, at ethylen skulle forblive ethylen.
Hvordan den er fremstillet
Ethylen fremstilles i den kemiske industri ved dampkrakning. Nogle af delene i et ethylenanlæg kan være:
- Dampkrakningsovnene;
- Systemer til varmegenvinding;
- Et system til genanvendelse af damp;
- Et system til komprimering af den knækkede gas;
- Et system til fjernelse af syregas;
Der er andre systemer i et ethylenanlæg. Ovennævnte systemer var de vigtigste systemer i et ethylenanlæg.
Da fremstilling af ethylen bruger meget energi, gør de mennesker, der fremstiller ethylen, meget store anstrengelser for at forhindre, at varmen fra gasserne forlader ovnene.
Spørgsmål og svar
Q: Hvad er ethylen?
A: Ethylen er en kemisk forbindelse, der består af to kulstofatomer og fire hydrogenatomer med en dobbeltbinding, hvilket gør det til et kulbrinte.
Q: Hvilken betydning har ethylen i industrien?
A: Ethylen er vigtigt i industrien på grund af dets mange anvendelsesmuligheder i produktionen af forskellige kemikalier.
Q: Kan ethylen bruges i biologien?
A: Ja, ethylen kan bruges i biologien som et hormon.
Q: Hvor meget ethylen bliver der produceret hvert år?
A: Siden 2005 er der blevet produceret omkring 75 millioner tons ethylen hvert år, hvilket gør det til det mest producerede kemikalie.
Q: Hvad er den primære anvendelse af ethylen?
A: Den primære anvendelse af ethylen er i produktionen af polyethylen.
Q: Hvilken type binding har ethylen?
A: Ethylen har en dobbeltbinding, hvilket gør det til et kulbrinte.
Q: Hvor mange hydrogenatomer er der i hvert ethylenmolekyle?
A: Hvert ethylenmolekyle indeholder fire hydrogenatomer.
Søge