ساده‌ترین هیدروکربن غیراشباع از خانواده آلکن‌ها، یکی از مهم‌ترین مواد اولیه در صنعت پتروشیمی جهان است. گاز اتیلن بی‌رنگ، با بوی ملایم شیرین، سالانه بیش از ۱۵۰ میلیون تن در جهان تولید می‌شود و پایه تولید پلاستیک‌ها، الیاف مصنوعی، ضد یخ و حتی هورمون‌های گیاهی است.
ساختار شیمیایی و خواص فیزیکی اتیلن
دارای فرمول مولکولی\( C_{2}H_{4} \) است و شامل یک پیوند دوگانه کربن-کربن (C=C) می‌باشد. این پیوند دوگانه، اتیلن را بسیار واکنش‌پذیر می‌کند و امکان پلیمریزاسیون آسان را فراهم می‌آورد. جرم مولی آن تقریباً28.05 گرم بر مول است . نقطۀ ذوب آن 169.2- و نقطۀ جوش آن 103.7- درجه سلسیوس است .در شرایط استاندارد دارای چگالی 1.178 کیلوگرم بر مترمکعب است . در آب بسیار کم حل می شود تا جایی که میزان انحلال پذیری آن تقریبا 0.013 گرم در 100 میلی تر در دمای 20 درجه سلسیوس است .
سوختن اتیلن
گازی قابل اشتعال است و در حضور اکسیژن می‌سوزد .
\( C_{2}H_{4}(g)+3O_{2}(g)\xrightarrow[\hspace{1cm}]{}2CO_{2}(g)+2H_{2}O(l) \)
روش‌های تولید صنعتی
۹۸٪ تولید جهانی آن ، از کراکینگ با بخار (Steam Cracking) هیدروکربن‌های سبک مانند اتان، پروپان یا نفتا به‌دست می‌آید. \( C_{2}H_{6}(g)\xrightarrow[]{850^{\circ}C}C_{2}H_{4}(g)+H_{2}(g) \)
مراحل اصلی فرآیند:
پیش‌گرمایش: خوراک هیدروکربنی تا ۲۰۰–۳۰۰ درجه سلسیوس گرم می‌شود.
کراکینگ: در کوره‌های با دمای۸۰۰ تا۹۰۰ درجه سلسیوس و فشار کم، مولکول‌ها شکسته می‌شوند.
خاموش‌سازی سریع (Quench): محصولات داغ با آب یا روغن خنک می‌شوند.
جداسازی: با استفاده از تقطیر کریوژنیک، اتیلن از متان، هیدروژن و سایر محصولات جدا می‌شود.
هیدروژن زدایی اتانول
\( C_{2}H_{5}OH(g)\xrightarrow[Al_{2}O_{3}]{300-400^{\circ}C}C_{2}H_{4}(g)+H_{2}O(g) \)
فرایندMTO ( تبدیل متانول به اتیلن )
\( 2CH_{3}OH (g)\xrightarrow[ZSM-5]{400^{\circ}C}C_{2}H_{4}(g)+2H_{2}O(g) \)
ZSM-5 (مخفف Zeolite Socony Mobil–5) یک نوع زئولیت میکروحفره‌ای (Microporous Zeolite) است که ساختاری کریستالی از آلومینوسیلیکات‌ها دارد.
کاربردهای اتیلن
پلی اتیلن ، 60% مصرف اتیلن را به خود اختصاص می دهد . کیسه های پلاستیکی ، فیلم های بسته بندی ، بطری ها ، لوله ها ، ظروف و فیلم های کششی
\( nC_{2}H_{4}(g)\xrightarrow[2000atm]{O_{2}/200^{\circ}C}[-C_{2}H_{4}-]_{n} \)
\( nC_{2}H_{4}(g)\xrightarrow[1-50atm]{ziglernata/Metalocene}[-C_{2}H_{4}-]_{n} \)
اتیلن اکسید و اتیلن گلیکول به عنوان ضد یخ در خودرو و پلی استر(PET) برای بطری های نوشابه
\( 2C_{2}H_{4}(g)+O_{2}(g)\xrightarrow[Ag/\alpha -Al_{2}O_{3}]{220-260^{\circ}C}2(CH_{2})O(g) \)
پلی‌وینیل کلراید (PVC)
\( H_{2}C=CH_{2}(g)+Cl_{2}(g)\xrightarrow[FeCl_{3}]{50^{\circ}C}ClCH_{2}CH_{2}Cl \\ ClCH_{2}CH_{2}Cl\xrightarrow[]{500^{\circ}C}H_{2}C=CHCl(g) \\ nH_{2}C=CHCl(g)\xrightarrow[5-15atm/(C_{6}H_{5})_{2}O_{2}]{40-70^{\circ}C}[CH_{2}CHCl]_{n} \)
استایرن و پلی‌استایرن
که در فوم‌های عایق، ظروف یک‌بار مصرف استفاده می شود .
\( C_{6}H_{5}CH_{2}CH_{3}\xrightarrow[600-650^{\circ}C]{Fe_{2}O_{3}/K_{2}O}C_{6}H_{5}CH=CH_{2}(l)+H_{2}(g) \\ nC_{6}H_{5}CH=CH_{2}(l)\xrightarrow[ّFe_{2}O_{3}/K_{2}O]{600-650^{\circ}C}[-c_{6}H_{5}CHCH_{2}-]_{n} \)
نقش بیولوژیکی
هورمون رسیدگی میوه‌هاست. در کشاورزی، برای تسریع رسیدن موز، گوجه و خربزه استفاده می‌شود.یک هورمون گیاهی گازی است که باعث رسیدن میوه‌ها می‌شود. این گاز فعالیت آنزیم‌هایی مانند آمیلاز، پکتیناز و کلروفیلاز را افزایش می‌دهد.در نتیجه، نشاسته به قند تبدیل می‌شود، بافت میوه نرم و رنگ آن تغییر می‌کند.
همچنین باعث افزایش تنفس و تولید اتیلن بیشتر در میوه می‌شود.به همین دلیل، میوه‌های رسیده می‌توانند میوه‌های نارس اطراف را نیز زودتر برسانند.
اثرات زیست‌محیطی
مثبت: جایگزینی چوب و فلز با پلاستیک که باعث کاهش جنگل‌زدایی
منفی: انتشارکربن دی اکسید در کراکینگ (حدود ۱٫۵تا ۲ تن \( CO_{2} \)به ازای هر تن اتیلن)
باعث تشکیل زباله‌های پلاستیکی دریایی ، نشت اتیلن در گلخانه‌ها که باعث تسریع پیری گیاهان می شود .
تهیه اتیلن از اتانول
