في يومنا هذا، تُستخدم مواد كيميائية متنوعة حول العالم، ولكل منها خصائصه الخاصة. ويتم إنتاج هذه المواد تحت إشراف أفضل الخبراء لتقليل المخاطر المرتبطة باستخدامها. ويعتبر البروبين أو البروبيلين من بين هذه المواد الكيميائية شديدة الاستخدام.
بالتأكيد تسأل: ما هو البروبيلين؟ البروبين (المعروف عادة باسم البروبيلين)، مثل الإيثين، يُعد فرعًا مهمًا يحتوي على عدد كبير من المركبات الكيميائية التي تؤدي في النهاية إلى تصنيع البوليمر الإضافي “بولي(البروبين)”. ومع ذلك، وعلى عكس الإيثين، يخضع البروبين بسرعة لتفاعلات الاستبدال التي تؤدي إلى تشكيل مجموعة واسعة من المركبات المفيدة.
تابعوا معنا في هذا المقال من موقع يزدلايي لنتناول معًا بالتفصيل الجوانب التالية: الاستخدامات العامة للبروبيلين، طرق تصنيعه في المصانع المختلفة، الخصائص العامة لهذه المادة الهامة، وكذلك المخاطر التي يشكلها على صحتنا والبيئة.
المنتجات المصنوعة من البروبين (البروبيلين)
البيانات لعام 2015، جي. إس. بلاتكين، مشكلة البروبيلين، الجمعية الكيميائية الأمريكية، 2016.
في الجزء الأول من الإجابة عن سؤال “ما هو البروبيلين؟”، يجب أن نشير إلى أهم استخداماته في تصنيع منتجات أخرى. يساعد هذا في تحسين فهمكم لاتجاهات استهلاك البروبين في الصناعات الحديثة، وهو أمر مهم بحد ذاته. بشكل عام، تشمل استخدامات البروبيلين في تصنيع مواد كيميائية أخرى ما يلي:
- البروبينال (الأكرولين)، الذي يتحول إلى حمض البروبانويك (حمض الأكريليك)، والذي بدوره يُستخدم في تصنيع البوليمرات الأكريليكية.
- البروبيونيترايل (الأكريلونيترايل)، وهو وحدة البوليمر لبولي(البروبيونيترايل).
- الكيومين (بنزين (1-ميثيل إيثيل) أو أيزوبروبيل بنزين)، ويُستخدم في إنتاج الفينول والأسيتون (البروبانون).
- إيبوكسي البروبين (أكسيد البروبيلين)، ويُستخدم في إنتاج الديولات لتصنيع البولي يوريثانات.
- البيوتانال (البيوتيرالدهيد)، وبالتالي البيوتانول، الذي يُستخدم كطلاء سطحي.
البيانات المذكورة في الصورة تتعلق بالإنتاج العالمي. ومع ذلك، فإن هذه البيانات تختلف من دولة إلى أخرى. على سبيل المثال، تبلغ نسبة استخدام بولي(البروبين) في أمريكا الشمالية 55% فقط، وفي أوروبا 57%، بينما تصل إلى 90% في الشرق الأوسط. ونسبة الاستخدام العالمي لإنتاج إيبوكسي البروبين (أكسيد البروبيلين) هي 7%، لكن 15% من البروبين يُستخدم في أوروبا لإنتاج الأوكسيد. في ما يلي نتناول الإنتاج السنوي لهذه المادة المهمة في سياق الإجابة عن سؤال “ما هو البروبيلين؟”.
الإنتاج السنوي للبروبين (البروبيلين)
| العالم | 94 مليون طن |
| آسيا وأوقيانوسيا | 27 مليون طن |
| أوروبا | 15 مليون طن |
| الولايات المتحدة | 13 مليون طن |
| الشرق الأوسط | 7.5 مليون طن |
تصنيع البروبين (البروبيلين)
تركّز الكثير من أبحاث التطوير على إيجاد طرق لإنتاج البروبين دون استخدام الإيثين. وتُعرف هذه الطرق باسم عمليات OPP.
عادةً، يُحوَّل البروبان إلى بروبين عبر التكسير الحفزي. في الولايات المتحدة، يُستخلص البروبان من غاز الصخر الزيتي (الشيل غاز) باستخدام عملية التفتيت الهيدروليكي (الفركنغ).
وثمة طريقة أخرى وهي عملية MTP (الميثانول إلى بروبين)، التي تُعد مثالاً على عملية MTO (الميثانول إلى الأوليفينات) — حيث كان “الأوليفين” الاسم القديم للسلسلة المتماثلة المرتبطة بالألكينات. يمكن تحويل الميثانول، عبر إثير ثنائي الميثيل، إلى الإيثين والبروبين بنقاوة عالية. يُمرّر بخار الميثانول فوق الألومينا عند درجة حرارة تقارب 600 كلفن. في النهاية، يتكوّن مزيج متوازن من الميثانول، وإثير ثنائي الميثيل، وبخار الماء، يحتوي على نحو 25% من الميثانول:
بعد ذلك، يُمرّر هذا المزيج الغازي عبر صفيحة من الزيولايت تحتوي على ذرات كربون تتراوح بين 2 و8. هذه العملية مشابهة لتلك المستخدمة في إنتاج الهيدروكربونات المستخدمة في البنزين، والمعروفة باسم عملية MTG (من الميثانول إلى البنزين)، والتي تؤثر أيضًا في استخدام البروبيلين.
اقرأ أيضًا: شراء حقيبة يد دعائية مصنوعة من مواد صحية
التفاعل بين الإيثين والبيوتينات
ثمة طريقة أخرى واعدة، وهي التفاعل الذي يحدث بين الإيثين والبيوتينات:
يمكن الحصول على الإيثين من خلال تحليل الإيثانول الحيوي مائيًّا باستخدام عوامل حفازة من السيليكا أو الألومينا. ويمكن الحصول على البيوتينات (البيوت-1-ين والبيوت-2-ين) من تحليل البيوتانول الحيوي أو من البيوإيثانول. ويُنتج البيوتانول الحيوي من مجموعات متنوعة من الروذيوم، والتيتانيوم، والمعادن الأخرى، وهو أمر جوهري للإجابة عن سؤال “ما هو البروبيلين؟”:
بعد ذلك، يُسخَّن مزيج من الإيثين والبيوتين ويُمرّر عبر عامل حفاز صلب مصنوع من مركبات عضوية للموليبدنوم(IV) والتنغستن(IV) (حفازات شروك)، ومركبات الروثينيوم(II) العضوية (حفازات غربس):
يتراكم كوك بكميات قليلة على العامل الحفاز، ويمكن إزالته مجددًا بتمرير هواء ساخن عبر المفاعل. الطريقة الأولى تمثل نحو 56% من الإنتاج العالمي للبروبين، بينما يمثل التكسير الحفزي للجازولين نحو 37%. ومع ذلك، فإن العمليات الجديدة قيد التطوير حاليًا، وتشكل حاليًا نحو 15% من إنتاج البروبين.
وهناك طريقة أخرى لإنتاج البروبين تتمثل في استخدام غاز التخليق (السيغاز) والإيثانول. يُستخدم غاز التخليق (أول أكسيد الكربون والهيدروجين) لتحويل الإيثانول الحيوي إلى البروبان-1-أل:
ويتم هذا التفاعل باستخدام ملح معقد من الروثينيوم-الكوبالت كعامل حفاز. كما يُستخدم حاليًا عامل حفاز مصنوع من الموليبدنوم:
كيمياء الإيثين (الإيثيلين) والبروبين (البروبيلين)
جميع روابط C-H في الإيثين قوية جدًّا، ولذلك فإن معظم تفاعلاته تشمل الإضافة إلى الرابطة المزدوجة.
اقرأ أيضًا: ما هو النسيج الذكي؟
بالمثل، يحتوي البروبين على 3 روابط C-H قوية، ويخضع لتفاعلات إضافة (مثال: بلمرة البولي(البروبين)، وتحول البروبين إلى إيبوكسي البروبين).
ومع ذلك، فإن روابط C-H في مجموعة الميثيل أضعف نسبيًّا، ويُظهر البروبين تفاعلات عديدة تحافظ على الرابطة المزدوجة بينما تخضع مجموعة الميثيل لتفاعلات الاستبدال.
تصنيع إيبوكسي البروبين (أكسيد البروبيلين)
يُنتَج إيبوكسي البروبين بثلاث طرق رئيسية:
تفاعل البروبين مع محلول مائي من الكلور لتكوين مزيج من 1-كلوروبروبان-2-أل (90%) و2-كلوروبروبان-1-أل (10%). ويتكوّن إيبوكسي البروبين (أكسيد البروبيلين) بإضافة محلول هيدروكسيد الصوديوم أو هيدروكسيد الكالسيوم. على سبيل المثال:
تفاعل البروبين مع هيدروبيروكسيد مثل 1،1-ثنائي ميثيل إيثيل هيدروبيروكسيد.
هل تعلم ما المقصود بضغط البروبيلين؟ تحت الضغط، يُمرّر هيدروبيروكسيد 1،1-ثنائي ميثيل إيثيل فوق ملح منصهر من الموليبدنوم كعامل حفاز عند درجة حرارة تقارب 400 كلفن:
تفاعل البروبين مع بيروكسيد الهيدروجين. تم بناء مصانع جديدة لإنتاج كميات كبيرة من بيروكسيد الهيدروجين. في هذه المصانع، يتفاعل بيروكسيد الهيدروجين مباشرة مع البروبين، مما يعزز استخدام البروبيلين:
رغم أن إنتاج بيروكسيد الهيدروجين مكلف، إلا أن الإنتاج على نطاق واسع مع انخفاض تكاليف مياه الصرف يجعل هذه العملية الجديدة جذابة للغاية.
تصنيع البيوتانال (البيوتيرالدهيد) والبيوتانول
يُنتَج البيوتانال بتمرير البروبين، وأول أكسيد الكربون، والهيدروجين فوق ملح صلب من الكوبالت (عملية تُعرف باسم عملية أوكسو أو الهيدروفرميليشن):
الاستخدامات العامة الأكثر شيوعًا للبروبيلين
البروبين مركب مناسب وهام في مجال الكيمياء والصناعة. يمكن اعتبار أهم الاستخدامات العامة للبروبين كما يلي:
- تصنيع البوليمرات: البروبين هو وحدة بناء رئيسية لتصنيع البولي بروبيلين، وهو أحد البوليمرات الثرموبلاستيكية التي تُستخدم على نطاق واسع. ويُستخدم البولي بروبيلين في التغليف، والمنسوجات، وقطع السيارات، والسلع المنزلية.
- الوقود والطاقة: يمكن استخدام البروبين كوقود نظيف في عمليات مختلفة.
- الوسائط الكيميائية: يعمل البروبين كمادة وسيطة في تصنيع مواد كيميائية متنوعة مثل أكسيد البروبيلين، والأكريلونيترايل، والبيوتيرالدهيد. وتُستخدم هذه المواد الكيميائية في إنتاج البلاستيك، والراتنجات، والطلاءات، والغراء، والألياف الاصطناعية.
- المطاط الاصطناعي: يُستخدم البروبين في تصنيع المطاط الاصطناعي مثل البولي أيزوبيوتيلين والبولي بيوتاديين. وتُستخدم هذه المطاطات في تصنيع الإطارات، ومواد العزل، والمنتجات الإيلاستومرية المختلفة. وهذا خيار مهم للإجابة عن سؤال “ما هو البروبيلين؟”.
- المذيبات: يُستخدم البروبين كمذيب في التطبيقات الصناعية، خاصة في تركيب الطلاءات، والدهانات، والمحابر، ومنظفات.
- مبردات: يُستخدم البروبين كمكون في بعض خلطات مبردات الهيدروفلورو كربون (HFC)، ويملك تأثيرًا أقل على الاحتباس الحراري (GWP) مقارنةً بمبردات قديمة مثل هيدروكلورو فلورو كربونات (HCFCs).
- كما يُستخدم أيضًا في تصنيع الأقمشة غير المنسوجة الطبية مثل السبان بوند.
مسائل أخرى هامة
- الصحة: يُستخدم البروبين في تصنيع البولي بروبيلين الطبي، الذي يُستخدم في الأجهزة الطبية مثل المحاقن، والقوارير، والحاويات.
- المواد الكيميائية الزراعية: يُستخدم البروبين في تصنيع المواد الكيميائية الزراعية مثل مبيدات الأعشاب والحشرات، مما يساعد في حماية المحاصيل من الآفات والأعشاب الضارة.
- مثبطات اللهب: البروبين مادة أولية لإنتاج مثبطات اللهب التي تُضاف إلى مواد مختلفة لزيادة مقاومتها للنار.
- الوقود في منتجات الأيروسول: يُستخدم البروبين كمادة دافعة في منتجات الأيروسول، بما في ذلك منتجات العناية الشخصية مثل مزيلات العرق، ورذاذ الشعر، ومعطرات الجو.
تدل هذه النقاط على الاستخدامات الواسعة للبروبين في مختلف الصناعات، مما يجعله مركبًا كيميائيًّا متعدد الاستخدامات وقيّمًا. اقرأ أيضًا: ما هي الألياف الطبيعية؟
الخصائص الكيميائية الكاملة
| الخاصية | القيمة/الوصف |
| الصيغة الكيميائية | C3H6 |
| الكتلة المولية | حوالي 42.08 غ/مول |
| الصيغة البنائية | CH3CH=CH2 |
| الاسم وفق IUPAC | بروبين |
| الأسماء الشائعة | بروبيلين، ميثيل إيثيلين |
| الحالة الفيزيائية | غاز عديم اللون عند درجة حرارة الغرفة |
| الرائحة | رائحة خفيفة وحلوة قليلاً |
| درجة الانصهار | -185.2°م (-301.4°ف) |
| درجة الغليان | -47.6°م (-53.7°ف) |
| الذوبانية | قابل للامتزاج |
| قابلية الاشتعال | غاز قابل للاشتعال |
| ضغط البخار | 480 كيلوباسكال عند 20°م (68°ف) |
| التفاعلية | مستقر عمومًا، ويخضع لتفاعلات الإضافة مثل البلمرة والتأكسد. |
إنتاج البروبيلين في بلدنا
ما هي أهمية إنتاج البروبيلين حقًّا؟ رغم استخدام أنواع مختلفة من التقنيات في تصنيع البروبيلين، فإن الصناعة الخاصة بإنتاج هذا المركب القيّم في إيران ليست فعّالة. ومع ذلك، تمتلك إيران إمكانات عالية لتوسيع وتطوير صناعة إنتاج البروبان، وذلك بفضل مواردها القيّمة والرخيصة من الغاز الطبيعي وموقعها الجغرافي المناسب.
المخاطر المرتبطة بهذه المادة
- قابلية الاشتعال وخطر الانفجار: البروبين شديد الاشتعال، ويمكن أن يشكل مزيجات متفجرة مع الهواء. حتى عند التركيزات المنخفضة نسبيًّا، يمكن أن يشتعل بسهولة عند وجود مصدر اشتعال، مما يُشكّل خطرًا كبيرًا من الحريق والانفجار.
- خطر الاختناق: البروبين غاز خانق بسيط، أي أنه يمكن أن يحل محل الأكسجين في الأماكن ذات التهوية الضعيفة. وهذا قد يؤدي إلى نقص الأكسجين والاختناق المحتمل (إذا لم تُتخذ الاحتياطات المناسبة).
- الآثار الصحية الناتجة عن الاستنشاق: يمكن أن يؤدي استنشاق بخار البروبين لفترات طويلة إلى تهيج الجهاز التنفسي، والدوخة، والغثيان، والصداع. وقد تسبب التركيزات العالية آثارًا أكثر شدة على الجهاز العصبي المركزي.
- بلمرة تلقائية: قد يخضع البروبين لبلمرة ذاتية تحت ظروف معينة.
- تهيج الجلد والعينين: التلامس المباشر مع البروبين قد يسبب تهيج الجلد، والاحمرار، وحتى حروقًا كيميائية.
- الآثار البيئية: البروبين غاز دفيئة، ويزيد من تلوث الهواء. ويمكن أن يؤدي انبعاث غازات الدفيئة إلى آثار سلبية على جودة الهواء والمساهمة في تدمير البيئة.
- مواد غير متوافقة: قد يتفاعل البروبين بعنف مع عوامل مؤكسدة قوية مثل الكلور أو البروم، مما قد يؤدي إلى حدوث حرائق أو انفجارات أو إطلاق غازات سامة. ولكن ما هي المخاطر الأخرى للبروبيلين؟
اقرأ أيضًا: ما هو الفيسكوز؟
مخاطر إضافية
- مخاطر التخزين: نظرًا لطبيعته القابلة للاشتعال، فإن عدم الالتزام بالبروتوكولات المناسبة قد يؤدي إلى حرائق أو انفجارات.
- مخاطر النقل: أثناء نقل البروبين، يزداد خطر التسرب، مما قد يعرّض الناس والبيئة للخطر.
- المخاطر الصحية المهنية: العمال الذين يستخدمون البروبين دون اتخاذ تدابير الحماية المناسبة معرضون لمخاطره.
الخلاصة
في هذا النص، سعينا للإجابة عن سؤال “ما هو البروبيلين؟”. كما ذكرنا، فإن هذه المادة الخاصة، التي تُعرف أيضًا باسم البروبين، تُعد واحدة من أكثر المواد الكيميائية أهمية في العصر الحالي ولها تطبيقات متنوعة. يجب على الأشخاص الذين يستخدمون البروبين اتخاذ جميع إجراءات السلامة لحماية أنفسهم من مخاطره.
يتم إنتاج البروبين بثلاث طرق مختلفة، وقد قدمنا معلومات عنها. وتجعل خصائص البروبين المميزة منه مادة كيميائية فريدة. وإذا تم استخدام البروبين بطريقة مناسبة، تنخفض مخاطره بشكل كبير، وهو أمر إيجابي.
بالنظر إلى ما سبق، يمكن القول إن بلادنا إيران تمتلك موقعًا مناسبًا جدًّا لإنتاج هذه المادة. وإذا تحركت الصناعات العاملة في هذا المجال، فقد تتمكن من احتلال المرتبة الأولى في إنتاج البروبين في الشرق الأوسط أو حتى في آسيا بأكملها. نأمل أن تكونوا قد استمتعتم بقراءة هذا المقال. كما يمكنكم زيارة قسم المنتجات في شركة يزدلايي لشراء جميع منتجاتنا مثل المناشف ذات الاستخدام الواحد بالجملة.