Sostanze chimiche di base

Esistono diverse sostanze chimiche di base (o di base) che costituiscono i mattoni fondamentali nella produzione di prodotti petrolchimici: etilene, propilene, butadiene, e i cosiddetti aromatici (benzene, toluene e xileni). 

Queste sostanze chimiche di base derivano esse stesse dai costituenti del petrolio greggio e del gas naturale - come mostrato in questa tabella:

Il petrolio greggio contiene una miscela di idrocarburi (molecole contenenti idrogeno e carbonio) di varie dimensioni e punti di ebollizione. Quando il petrolio greggio viene riscaldato, vari componenti ebolliscono e possono essere recuperati. Propano e butano appaiono per primi, seguiti dal nafta, che è simile alla benzina. Ai punti di ebollizione più alti emergono il cherosene/carburante per jet, il diesel, il gasolio (usato per alimentare le grandi navi) e il bitume, la sostanza catramata usata per le superfici stradali. Questi processi avvengono in una raffineria di petrolio. 

In un cracker a vapore (chiamato anche cracker a etilene), il nafta viene mescolato con vapore e riscaldato in forni a circa 850°C per un periodo di tempo molto breve, tipicamente frazioni di secondo, e poi raffreddato immediatamente per prevenire ulteriori reazioni. Questo trattamento scompone le molecole di nafta – chiamate "cracking" – in quelle più piccole come etilene (due atomi di carbonio), propilene (tre atomi di carbonio), butadiene (quattro atomi di carbonio) e benzene (sei atomi di carbonio in un anello). Il vapore aiuta a ridurre la formazione di coke nei forni .

Il gas è anche una fonte di materia prima per i cracker a vapore. Il gas naturale è principalmente metano, utilizzato per il riscaldamento domestico e la produzione di elettricità nelle centrali elettriche. Il metano viene anche consumato per produrre metanolo, un altro elemento chimico fondamentale. Molecole leggermente più pesanti, come etano e propano, sono presenti come pochi per cento nel gas naturale. Questi possono essere separati e spaccati in un cracker a vapore per produrre etilene e propilene. 

Oltre alla decrecazione a vapore di nafta ed etano/propano contenuti nel gas naturale, alcune componenti vengono prodotte nelle raffinerie di petrolio durante i processi per migliorare la qualità della benzina. Esempi sono il propilene dal cracking catalitico e il benzene, toluene e xilene dai riformatori catalitici, un processo utilizzato per aumentare l'indice di ottano della benzina. 

Etilene

L'etilene è un gas infiammabile ed è un olefino primario ottenuto tramite un processo di crepestato a vapore.  È il mattone fondamentale utilizzato per produrre un gran numero di sostanze chimiche ad alto valore aggiunto, tra cui polietilene, cloruro di polivinile tramite dicloruro di etilene e stirene tramite etilbenzene.

Propilene

Il propilene è un gas infiammabile che deriva come coprodotto sia dal processo di cracker catalitico del fluido di raffineria utilizzato per produrre benzina, sia dal processo di cracking a vapore utilizzato per produrre etilene.  Più recentemente, il propilene viene prodotto anche da processi come la deidrogenazione del propano e la metatesi. Il propilene è una materia prima importante per un numero significativo di prodotti industriali ed è la principale materia prima per il polipropilene e l'acrilonitrile.

Butadiene

Il butadiene è un gas ed è uno dei co-prodotti del processo di cracking a vapore utilizzato per la produzione di etilene e propilene.  Il butadiene è utilizzato principalmente nella produzione di polimeri, principalmente gomma sintetica come la gomma stirene-butadiene, impiegata per la produzione di pneumatici e altri prodotti in gomma. Altri polimeri realizzati a base di butadiene includono acrilonitrile-butadiene stirene e stirene-butadiene lattice. Il butadiene viene anche utilizzato per produrre il monomero di etilidene norbornene.

Benzene

Il benzene è principalmente prodotto da processi di raffineria o come coprodotto delle operazioni di cracker a vapore. Viene utilizzato per produrre diversi intermedi petrolchimici, come stirene, cumene per fenolo e acetone, cicloesano e nitrobenzene.

Toluene

Il toluene è un liquido incolore e altamente infiammabile, un coprodotto delle olefine prodotto durante il processo di cracking a vapore.  Viene utilizzato come componente di miscelazione della benzina e come materia prima chimica per la produzione del benzene. Viene inoltre utilizzato come plastificante, intermedio chimico e intermedio in poliestere.