carbochimica

Parte della chimica riguardante l’ottenimento di prodotti chimici dai carboni fossili, direttamente o dai sottoprodotti della distillazione distruttiva.

Cenni storici

In passato la c. ha avuto notevole interesse nello sviluppo dell’industria chimica: per es., il catrame, prodotto nella distillazione dei carboni fossili, costituì una fonte di materie prime per l’industria dei coloranti, dei farmaceutici, dei solventi, del nerofumo, di resine (fenoliche, cumaroniche ecc.), per l’impregnazione del legno ecc. A partire dagli anni 1920 si cominciarono a utilizzare frazioni petrolifere come fonte di composti fino allora ottenuti dal catrame. La petrolchimica (➔) si sviluppò rapidamente perché consentiva di disporre di una larga gamma di prodotti a prezzi più bassi di quelli dei prodotti ottenuti dal catrame o dal carbone; inoltre, la più facile accessibilità del petrolio da parte dei vari paesi consentiva a molti di crearsi industrie petrolchimiche, mentre la disponibilità del catrame di carbon fossile era limitata, accentrata in pochi paesi, rappresentando una forte limitazione allo sviluppo della carbochimica.

Il notevole aumento di costo verificatosi nei prodotti petroliferi all’inizio degli anni 1970 e anche le diminuite riserve di gas naturale in alcuni paesi (per es., USA) hanno portato a riconsiderare la possibilità di utilizzazione del carbone, non solo come fonte dei composti della c. tradizionale, ma soprattutto, in base alle tecnologie nel frattempo acquisite, come materia prima per nuovi processi idonei alla produzione di: gas ad alto potere calorifico da utilizzare in sostituzione del gas naturale, sia come gas di città, sia per usi industriali; gas a basso potere calorifico destinato a centrali termoelettriche e al riscaldamento di forni industriali; prodotti liquidi dai quali ricavare prevalentemente frazioni carburanti (e anche materie prime per l’industria chimica).

Per quanto riguarda la produzione di gas a basso potere calorifico, sono attualmente studiati con rinnovato interesse anche i processi di gassificazione (➔) sotterranea. Per la produzione di gas ad alto potere calorifico detto anche gas naturale sintetico.

Processi di conversione dei carboni

Infine, per quanto concerne la conversione dei carboni in prodotti liquidi, essa tradizionalmente può avvenire seguendo due differenti vie: in modo indiretto secondo il processo Fischer-Tropsch (➔ Fischer, Franz) di sintesi di idrocarburi (e altri composti) da miscele di ossido di carbonio e idrogeno ottenute dalla gassificazione del carbone; in modo diretto per idrogenazione dei carboni secondo il processo Bergius (➔ Bergius, F.K.R.). Gli studi sulla idrogenazione dei carboni, che consentirono in Germania durante la Seconda guerra mondiale la produzione di circa 4 milioni di t di carburanti (benzina avio, benzina auto, gasolio), sono continuati in tempi successivi, e sono state proposte alcune modifiche migliorative. Così, per es., per favorire la liquefazione del carbone viene utilizzato un solvente (decalina, tetralina) capace di donare facilmente idrogeno che viene catturato dai radicali liberi messi in libertà dalla rottura della matrice del carbone provocata dal riscaldamento; il solvente, impoverito d’idrogeno, viene poi rigenerato per idrogenazione. Mediamente il sistema consente di ottenere dal carbone circa il 50% in peso di prodotti liquidi e il 10% di prodotti gassosi. Oltre al processo Fischer-Tropsch, ha destato interesse il processo Mobil (sperimentato in Nuova Zelanda nella seconda metà degli anni 1980), che consente di ottenere carburanti liquidi a partire da metanolo operando in presenza di una zeolite sintetica come catalizzatore. Avviene dapprima la deidratazione del metanolo a etere dimetilico, che viene convertito successivamente in idrocarburi con buone caratteristiche carburanti; da 100 g di metanolo si ottengono circa 44 g di idrocarburi. Se il metanolo viene ottenuto da gas di sintesi proveniente dalla gassificazione dei carboni, il processo Mobil può essere considerato a tutti gli effetti come un metodo di liquefazione indiretta dei carboni.

Per realizzare la liquefazione diretta dei carboni, sono stati studiati anche processi di idrogenazione in due stadi. Nel primo stadio avviene la liquefazione dei carboni in condizioni tali da minimizzare le reazioni di cracking e il consumo di idrogeno. Si forma una frazione liquida ad alto peso molecolare che viene sottoposta nel secondo stadio a un trattamento idrogenante in presenza di adatti catalizzatori (per es., miscele di cloruro di zinco e bromuro di alluminio) che, favorendo le reazioni di idrocracking degli idrocarburi aromatici policiclici, consentono di ottenere prodotti liquidi finali con le proprietà richieste. Il processo a due stadi è più complicato rispetto al processo tradizionale a stadio singolo, ma è caratterizzato da maggiore flessibilità rispetto a variazioni della composizione dei carboni trattati, da più elevata selettività delle reazioni di idrogenazione (con conseguente formazione di prodotti con migliori caratteristiche), da minor consumo di idrogeno e da più lunga vita dei catalizzatori.