Metano e suoi derivati

Il metano ha formula CH4 ed è il più semplice degli alcani in cui il carbonio si presenta ibridato sp3 e si dispone al centro di un tetraedro equilatero con angoli di legame di 109.5°.

Fu scoperto nel 1776 da Alessandro Volta mentre studiava un fenomeno già noto; una fiamma avvicinata alla superficie di acqua stagnante produceva una fiamma.

Egli smosse il fondo della palude e notò che risalivano bolle di gas che raccolse in una bottiglia; diede a tale gas il nome di gas delle paludi con il quale è ancora oggi ricordato. Esso è presente nei diversi gas naturali e nei gas di miniera (grisù).

Il metano può essere ottenuto per reazione catalitica di ossido di carbonio e idrogeno o mediante reforming di idrocarburi leggeri anche se la maggiore fonte di metano è costituita dal gas naturale che ne contiene dal 60 al 98%.  Il metano costituisce  una fonte energetica infatti dalla sua reazione di combustione:

CH4 + 2 O2 CO2 + 2 H2O

si ottengono 899 kJ/mol.

Dal metano si possono ottenere numerosi composti derivati.

1)      Cianuro di idrogeno

I processi di produzione di cianuro di idrogeno hanno avuto un forte sviluppo alla fine degli anni ’50 in concomitanza della richiesta di acrilonitrile. Tali processi di produzione sono andati declinando con la comparsa di sintesi di acrilonitrile da propene. Il processo di ottenimento di HCN da metano è noto come processo Andrusov basato sulla seguente reazione:

 

2 NH3 + 2 CH4 + 3 O2⇄  2 HCN + 6 H2O

ammoniaca, aria e gas naturale vengono inviati su un catalizzatore di platinorodio a pressione poco più che atmosferica e a una temperatura intorno a 1000°C. i gas di reazione vengono raffreddati, lavati e acidificati per allontanare l’ammoniaca non convertita mentre il cianuro di idrogeno viene assorbito in acqua e purificato per distillazione.

2)      Clorometani

Il metano può essere clorurato con ottenimento di una miscela di tutti e quattro i derivati: cloruro di metile CH3Cl, cloruro di metilene CH2Cl2, cloroformio CHCl3 e tetracloruro di carbonio CCl4:

CH4 + Cl2 CH3Cl + HCl

CH3Cl + Cl2CH2Cl2 + HCl

CH2Cl2 +  Cl2CHCl3 + HCl

CHCl3 + Cl2CCl4 + HCl

 Il metano, nell’ambito delle paraffine, è il più difficile da clorurare: essendo il cloruro di metile clorurabile con maggiore velocità del metano, occorre operare in forte eccesso di metano se si desidera ottenere una ragionevole selettività in cloruro di metile. Nei processi operanti con un rapporto molare metano/cloro = 5 la miscela di prodotti contiene intorno al 50% di cloruro di metile, 35% di cloruro di metilene e il 15% complessivamente di cloroformio e tetracloruro di carbonio. Se il cloruro di metile è il prodotto desiderato, il rapporto metano/cloro deve essere intorno a 10/1 mentre può essere 2/1 se l’impianto deve produrre i quattro derivati clorurati.

3)      Solfuro di carbonio

Il solfuro di carbonio veniva preparato dalla reazione tra carbone e zolfo, mentre attualmente viene preparato dalla reazione tra metano e zolfo:

CH4 + 2 S2 → CS2 + 2 H2S

Il metano puro, miscelato con vapori di zolfo, viene preriscaldato e alimentato in un convertitore. Gli effluenti vengono inviati a una sezione di recupero in cui lo zolfo è separato e rimesso in ciclo, mentre i gas ricchi di idrogeno solforato sono ossidati a zolfo mediante il processo di Claus:

2 H2S + 3 O2 2 SO2 + 2 H2O

SO2 +  2 H2S 3 S + 2 H2O

Il maggiore consumo di solfuro di carbonio è dovuto alla produzione dello xantato di cellulosa da cui si ottiene il rayon nonché per la produzione di tetracloruro di carbonio che avviene secondo la reazione:

CS2 + 3 Cl2 CCl4 + S2Cl2

Una miscela di reagenti viene inviata in un reattore raffreddato contenente un catalizzatore a base di ferro dove avviene la reazione. Il tetracloruro di carbonio viene separato per rettifica del dicloruro di zolfo. Grazie alle seguenti due reazioni il ciclo può essere chiuso con la totale utilizzazione dello zolfo:

2 S2Cl2  + CS2 CCl4 + 6 S

4 S + 2 Cl2 2 S2Cl2

 4)      Fluoroolefine

Lo sviluppo delle fluoroolefine è dovuto alle proprietà dei derivati polimerici dotati di resistenza chimica e stabilità ad elevate temperature. Il monomero di gran lunga più importante è il tetrafluoroetilene ottenuto dalla pirolisi del clorodifluorometano, ottenuto dal cloroformio:

CHCl3 + 2 HF CHClF2 + 2 HCl

2 CHClF2 + CF2=CF2 + 2 HCl

Il politetrafluoroetilene noto come teflon trova applicazione nel settore meccanico, elettrico e chimico come materiale isolante per aerei, apparecchiature e tubi resistenti ad agenti corrosivi, guarnizioni, valvole e strumenti elettronici.

 

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Author: Chimicamo

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