petrolchimica

La parte della chimica industriale che utilizza come materia prima il petrolio (o, meglio, frazioni petrolifere) o i gas naturali per ottenere prodotti diversi da quelli ottenuti dall’industria petrolifera propriamente detta, basata sulla raffinazione del petrolio; sono pertanto esclusi dal campo della p. i carburanti, i combustibili, i lubrificanti, i bitumi di origine petrolifera. I prodotti della p. possono essere presenti tali e quali nella materia prima, e allora il processo petrolchimico consiste nell’estrazione dei prodotti; altrimenti, ed è il caso di gran lunga più frequente, la p. coinvolge necessariamente la trasformazione chimica degli idrocarburi che si trovano come tali nel petrolio o nei gas naturali, oppure che si formano nelle operazioni di raffinazione del petrolio.

Materie prime

Il catrame. - Il catrame di carbon fossile è stato per lungo tempo la principale sorgente di prodotti chimici e di materie prime per la preparazione di numerosissimi composti organici di sintesi (prodotti farmaceutici, coloranti, esplosivi, solventi ecc.). La produzione di catrame è legata alle industrie che richiedono l’uso di coke (industria siderurgica, elettrotermica ecc.). Benché la produzione di acciaio sia andata continuamente crescendo e quindi anche quella di coke e di catrame, quest’ultima si è dimostrata insufficiente a soddisfare le richieste sempre maggiori. Inoltre, il catrame di carbon fossile richiede per l’estrazione dei composti chimici in esso presenti un complesso di operazioni non del tutto semplici e facili, poiché il loro numero è molto grande e pertanto la loro concentrazione, o almeno quella di molti di essi, è piccola. Per di più nella lavorazione del catrame almeno il 50% di questo si trasforma in pece e quindi la parte utilizzabile come fonte di composti chimici si riduce notevolmente. Occorre infine considerare che gran parte della produzione di catrame è accentrata in pochi paesi. Oltre al catrame, anche altre fonti di prodotti petrolchimici (alcoli, acido acetico ecc.), ottenibili da prodotti o sottoprodotti agricoli, non sono in grado di soddisfare le richieste.

Petrolio e gas naturale. - L’industria petrolifera si è trovata in condizioni particolarmente vantaggiose per soddisfare la richiesta di alcune di queste materie prime, sia perché esse rappresentano sottoprodotti ottenibili direttamente dalla lavorazione dei grezzi, sia perché i grezzi petroliferi vengono per la gran parte lavorati presso i paesi acquirenti e non presso quelli produttori e quindi le materie prime petrolchimiche si trovano a disposizione dei paesi raffinatori, che sono molti. Le varie tecniche di trattamento dei prodotti petroliferi, che hanno consentito di poter aumentare sempre più le rese in benzina di un petrolio, hanno contemporaneamente messo a disposizione quantità crescenti di olefine e di altri prodotti di grande interesse per l’industria chimica. La prima preparazione industriale di un composto, a partire da un componente del petrolio, si può far risalire al 1920, quando la società americana Standard oil co. ottenne alcol isopropilico dal propilene dei gas di raffineria per assorbimento di acido solforico seguito da idrolisi; in seguito, il numero dei prodotti ottenuti per questa via è cresciuto rapidamente, tanto che dopo la Seconda guerra mondiale l’adozione del petrolio e del gas naturale come materia prima per la preparazione di prodotti chimici di largo consumo ha creato una vera e propria rivoluzione nell’industria chimica stessa. Il numero, la quantità e il valore dei prodotti chimici ottenuti dal petrolio sono via via cresciuti in tutto il mondo, e specialmente nei paesi più industrializzati, tanto che i prodotti chimici di origine petrolchimica rappresentano, sia in massa sia in valore, un’altissima percentuale di tutta la produzione chimica mondiale.

Produzione italiana. - L’Italia, che ha una modesta produzione di catrame, insufficiente per alimentare una sviluppata industria chimico-organica di sintesi, ha invece un’efficiente industria petrolchimica, pur avendo una modesta produzione di petrolio, in quanto possiede una sviluppata industria di raffinazione. Si calcola che in Italia i composti organici di base derivati da frazioni petrolifere o da gas naturale rappresentino il 90%, e forse più, della produzione totale.

Prodotti

I prodotti petrolchimici si classificano in derivati della prima generazione, ottenuti direttamente dal petrolio o dai gas naturali, e derivati della seconda generazione, ottenuti tramite una successiva trasformazione chimica dei derivati della prima generazione.

Dal metano, principale componente dei gas naturali, si ottiene una vasta gamma di prodotti chimici: per es. cloruro di metile, cloruro di metilene, cloroformio e tetracloruro di carbonio per reazione con il cloro; solfuro di carbonio per reazione con lo zolfo; nitrometano per reazione con acido nitrico in fase vapore; acido cianidrico per reazione con azoto all’arco elettrico. Anche le altre paraffine a basso peso molecolare ottenibili da gas naturali e da frazioni petrolifere danno luogo, tramite processi di alogenazione, deidrogenazione ecc., a prodotti chimici di interesse applicativo. Hanno particolare rilevanza, fra i derivati petrolchimici della prima generazione, il gas di sintesi, le olefine, gli idrocarburi aromatici. Il gas di sintesi consente la preparazione di numerosi prodotti secondari (dall’ammoniaca all’alcol metilico, dagli alcoli superiori al fosgene). Tra le olefine, l’etilene costituisce la materia prima per la preparazione per es. di polietilene e copolimeri, di ossido di etilene (da cui derivano glicole etilenico, poliglicoli, etanolammine ecc.), di etanolo (da cui derivano acido acetico, acetaldeide ecc.), di stirene, di cloroetano. Un’altra olefina che si genera durante la preparazione dell’etilene è il propilene, che costituisce la materia prima per la preparazione di polipropilene, di ossido di propilene (largamente consumato per la preparazione di glicole propilenico), di alcol isopropilico (intermedio per la preparazione di acetone), di acrilonitrile, di isoprene. Anche dagli idrocarburi aromatici si ottengono importanti derivati secondari: etilbenzene, cumene, cicloesano, anidride maleica ecc., dal benzene; nitrotoluene, clorotolueni, acido benzoico, caprolattame ecc., dal toluene; acido tereftalico dal p-xilene; acido e anidride ftalica dall’o-xilene; acido isoftalico dall’m-xilene.

L’industria petrolchimica

I settori dell’industria chimica che si sono maggiormente sviluppati in seguito alla disponibilità delle materie prime provenienti dall’industria petrolifera sono quelli della gomma sintetica, delle materie plastiche, delle fibre tessili sintetiche, dei fertilizzanti azotati.

La p., che si basa su tecnologie complesse e in continua evoluzione, richiede investimenti ingenti sia per la ricerca e lo sviluppo sia per la creazione di impianti di maggior capacità con conseguente minor costo dei prodotti. Pertanto, la p. tende a potenziare le forme di cooperazione internazionale mediante creazione di società multinazionali che garantiscono un ampliamento dei mercati (consentendo la creazione di impianti di maggiore capacità), assicurano una maggiore disponibilità di capitali (necessari alla installazione di impianti più costosi) e riuniscono esperienze e tecnologie sviluppate dalle diverse società che partecipano all’impresa multinazionale.

Nel corso degli anni 1990 le principali innovazioni in campo petrolchimico sono state indirizzate verso i seguenti obiettivi: a) utilizzare materie prime alternative: esempi tipici sono dati dalle produzioni di vinilcloruro da etano e cloro (➔ vinilderivati), di acido acetico (➔ acetico, acido) per ossidazione diretta di etilene, di etilacetato da etilene e acido acetico, di acrilonitrile per ammonossidazione di propano; a questo riguardo particolarmente interessante, anche se ancora a livello di ricerca esplorativa, appare lo sviluppo di processi per la conversione diretta del metano senza lo stadio intermedio di produzione del gas di sintesi; di notevole interesse sono anche le ricerche per l’utilizzazione di anidride carbonica come materia prima; b) valorizzare i sottoprodotti: un esempio è dato dall’impiego di metilacetilene (sottoprodotto del processo di produzione di olefine tramite steam-cracking) per ottenere metilmetacrilato; c) adottare processi più ecocompatibili: tipici esempi sono dati dalle produzioni di cicloesanonossima per reazione del cicloesanone con ammoniaca e acqua ossigenata, di fenolo per ossidazione del benzene, di acido adipico (➔ adipico, acido) per ossidazione del cicloesano con ossigeno, e dalla sostituzione del fosgene con dimetilcarbonato. La maggior parte delle innovazioni sopra descritte è basata sull’impiego di catalizzatori di tipo completamente nuovo (per es., le titanio-silicaliti, utilizzate nei processi innovativi che impiegano acqua ossigenata come agente ossidante) o sulla modifica, in termini di selettività e attività, di catalizzatori già esistenti.