પેટ્રોરસાયણો (petrochemicals) : ખનિજ-તેલ (petroleum) અથવા કુદરતી વાયુ(natural gas)માંથી સીધા અથવા આડકતરી રીતે મેળવાતા રાસાયણિક પદાર્થો. આમાં પૅરેફિન, ઑલિફિન, નૅપ્થીન અને ઍરોમૅટિક હાઇડ્રોકાર્બનો અને તેમનાં વ્યુત્પન્નો સહિત લગભગ 175 જેટલા પદાર્થોનો સમાવેશ થાય છે. પેટ્રોરસાયણો પૈકીના કેટલાક પદાર્થો કાચા માલ તરીકે પ્લાસ્ટિક, કૃત્રિમ રેસાઓ, સાંશ્લેષિક રબર, પ્રક્ષાલકો, ઔષધો, ખાતરો, જંતુનાશકો વગેરે બનાવવામાં તેમજ દ્રાવકો તરીકે વપરાય છે. મોટર-વાહનો (automobile), વિમાન-વ્યવહાર (aviation), કાપડ, વિસ્ફોટકો, રંગો વગેરેનું ઉત્પાદન, ખાદ્ય પદાર્થોનું પ્રક્રમણ (processing) તેમજ ખેતીવાડી અને મકાન-બાંધકામ જેવા ઉદ્યોગોમાં પેટ્રોરસાયણોનો બહોળો ઉપયોગ થાય છે.
1859માં ખનિજ-તેલની શોધ થઈ. 1860માં ટિટસવિલેમાં પ્રથમ રિફાઇનરી નંખાઈ. શરૂઆતનાં વર્ષોમાં ખનિજ-તેલના નિસ્યંદનથી મળતી નીપજોનો ઉપયોગ માત્ર બળતણ તરીકે થતો હતો. 1872માં અમેરિકામાં કુદરતી વાયુમાંથી કાર્બન-બ્લૅક તરીકે ઓળખાતું અને ટાયર-ઉદ્યોગમાં વપરાતું પ્રથમ રસાયણ બનાવવામાં આવ્યું.
આકૃતિ 1 : મિથેનનું પેટ્રોરસાયણ સંયોજનોમાં પરિવર્તન
આકૃતિ 2 : ઇથિલીનનું પેટ્રોરસાયણ સંયોજનમાં પરિવર્તન
કાચા તેલ(crude oil)ના શુદ્ધીકરણ માટેની ઉષ્મીય વિભંજન (thermal cracking) વિધિ વિકસવાને કારણે 1913થી પેટ્રોરસાયણ-ઉદ્યોગને ભારે વેગ મળ્યો. આ વિધિમાંથી મળતી વાયુરૂપ ઉપપેદાશો શરૂશરૂમાં દીવામાં તેમજ ઇંધન તરીકે વપરાતી હતી; પણ વીસમી સદીના બીજા અને ત્રીજા દાયકામાં આ ઉપપેદાશો રાસાયણિક કાચા માલ તરીકે ઉપયોગી માલૂમ પડી. 1937માં ઉદ્દીપનીય વિભંજન(catalytic cracking)ની વિધિ શોધાવાને કારણે તથા કુદરતી વાયુ મોટા પ્રમાણમાં મળતો થતાં, પેટ્રોરસાયણ-ઉદ્યોગનો વિકાસ થયો. 1939-45ના બીજા વિશ્વયુદ્ધ દરમિયાન પેટ્રોરસાયણોનો વપરાશ ખૂબ વધી ગયો. 1960ના અરસામાં કુલ કાર્બનિક રસાયણોના ઉત્પાદનનો અર્ધો ભાગ પેટ્રોરસાયણોનો હતો, જ્યારે કુલ રસાયણોનો તે ત્રીજો ભાગ હતો.
ખનિજ તેલને તેલક્ષેત્ર(oil field)માંથી રિફાઇનરીમાં મોકલતાં પહેલાં તેમાંથી કુદરતી વાયુ અલગ પાડવામાં આવે છે. આ વાયુમાં મુખ્યત્વે મિથેન, ઇથેન, પ્રોપેન, બ્યૂટેન, નાઇટ્રોજન, ઑક્સિજન, કાર્બનડાયૉક્સાઇડ વગેરે છે. આ ઘટકોનું પ્રમાણ સ્થળ પ્રમાણે ભિન્ન ભિન્ન હોય છે. સામાન્ય રીતે તે આ પ્રમાણે હોય છે : મિથેન 80 %થી 90 %; ઇથેન 8 %; પ્રોપેન 3 %; બ્યૂટેન 1 %; નાઇટ્રોજન અને ઑક્સિજન 3 %; કાર્બનડાયૉક્સાઇડ 4.5 %. ભારતમાં કુદરતી વાયુ 50 %થી પણ વધુ પ્રમાણમાં ખાતર-ઉદ્યોગમાં વપરાય છે.
ખનિજ-તેલના નિસ્યંદનથી નૅપ્થા, ગૅસોલીન, કેરોસીન, ડીઝલ, ઇંધન-તેલ (fuel oil), આસ્ફાલ્ટ વગેરે મળે છે. ગૅસોલીન અને ડીઝલનો ઉપયોગ વાહનો ચલાવવામાં થાય છે. કેરોસીન અને ઇંધન-તેલ બળતણ તરીકે વપરાય છે. નૅપ્થાનો ઉપયોગ કુદરતી વાયુની જેમ ખાતર-ઉદ્યોગમાં સંશ્લેષિત વાયુ (synthesis gas) અને હાઇડ્રોજન મેળવવા માટે થાય છે. નૅપ્થાનું ઉષ્મીય વિભંજન કરીને ઇથિલીન, ગૅસોલીન, હાઇડ્રોજન અને રાંધણ-ગૅસ (liquified petroleum gas, LPG) મેળવવામાં આવે છે. નૅપ્થાના ઉદ્દીપનીય પુન:સંભાવન (reforming) દ્વારા બૅન્ઝીન, ટૉલ્યુઇન, ઝાયલીન વગેરે મેળવી શકાય છે. પેટ્રોરસાયણ ઉદ્યોગ માટેના મૂળ સ્રોત રૂપે દ્રવ્યો સીધા પેટ્રોલિયમમાંથી નિસ્યંદન અથવા દ્રાવક-નિષ્કર્ષણ દ્વારા મેળવી શકાય છે અથવા વિભિન્ન શુદ્ધીકરણ તબક્કાઓ દરમિયાન તેમનું ઉત્પાદન થાય છે. આવા કેટલાક અગત્યના હાઇડ્રોકાર્બન (કાર્બન અને હાઇડ્રોજન ધરાવતા) મધ્યવર્તીઓ (intermediates) સારણી 1માં દર્શાવ્યા છે :
આકૃતિ 3 : પ્રોપેન/પ્રોપિલીન; બ્યૂટેન/બ્યૂટિલીનનું પેટ્રોરસાયણ સંયોજનોમાં પરિવર્તન
સારણી 1 : પેટ્રોરસાયણ ઉદ્યોગમાં ઉપયોગમાં લેવાતા મધ્યવર્તીઓ અને તેમના સ્રોત
|
કાર્બન–સંખ્યા |
હાઇડ્રોકાર્બનનો પ્રકાર |
|||
|
સંતૃપ્ત |
અસંતૃપ્ત | ઍરોમૅટિક |
સ્રોત |
|
| 1 | મિથેન | કુદરતી વાયુ | ||
| 2 | ઇથેન | કુદરતી વાયુ | ||
| ઇથિલીન ઍસેટીલીન | વિભંજન પ્રક્રમો | |||
| 3 | પ્રોપેન | કુદરતી વાયુ ઉદ્દીપનીય પુન:સંભાવન
વિભંજન પ્રક્રમો |
||
| પ્રોપિલીન | વિભંજન પ્રક્રમો | |||
| 4 | બ્યૂટેન | કુદરતી વાયુ, પુન:સંભાવન અને
વિભંજન પ્રક્રમ્રો |
||
| n-બ્યૂટિન
આઇસોબ્યૂટિન બ્યૂટાડાઇન |
વિભંજન પ્રક્રમો | |||
| 5 | પેન્ટેન | આઇસોપેન્ટિન
(આઇસોએમાઇલિન) આઇસોપ્રિન |
||
| 6 | હેક્ઝેન | મિથાઇલ પેન્ટિન | ||
| સાઇક્લોહેક્ઝેન | નિસ્યંદન | |||
| બેન્ઝિન | ||||
| 7 | મિશ્ર હૅપ્ટીન | ટૉલ્યુઇન | ઉદ્દીપનીય પુન:સંભાવન | |
| 8 | ઝાયલીન | |||
| ઇથાઇલ | ||||
| બેન્ઝિન | ||||
| આલ્કાઇલ બેન્ઝિન | આલ્કાઇલેશન | |||
| 9 | સ્ટાયરીન ક્યુમિન | |||
સારણી 2 : વિવિધ મધ્યવર્તીઓમાંથી મળતાં પેટ્રોરસાયણો અને તેમના ઉપયોગો
|
મૂળભૂત વ્યુત્પન્નો અને સ્રોતો |
ઉપયોગો | ||
| 1 |
2 |
||
| (અ) | મિથેન : | ||
| (i) | કાર્બન-બ્લૅક (પ્રવાહી પેટ્રોલિયમ, કુદરતી વાયુ) | રબર આમિશ્રણ (compounding) છાપવાની શાહી, રંગ | |
| (ii) | મિથેનૉલ (મિથેન) | ફૉર્માલ્ડિહાઇડ (મુખ્યત્વે રેઝિન માટે) મિથાઇલ એસ્ટર સંયોજનો (પૉલયેસ્ટર રેસાઓ) | |
| (પ્રોપેન-બ્યૂટેન) | એમાઇન-સંયોજનો અને અન્ય રસાયણો, દ્રાવકો | ||
| (iii) | ક્લૉરોમિથેન સંયોજનો
(મિથેન ક્લોરિનેશન) |
પ્રશીતકો માટેના ક્લૉરોફ્લોરોકાર્બન સંયોજનો, વાયુવિલયો (aerosols), દ્રાવકો, અનાજધૂમકો (fumigants) | |
| (iv) | ઍસેટીલીન (પેટ્રોલિયમ,
કૅલ્શિયમ કાર્બાઇડ) |
વાઇનાઇલ ક્લોરાઇડ, વાઇનાઇલ ઍસિટેટ, ક્લૉરોપ્રીન (નીયોપ્રીન), ક્લૉરોઇથિલીન સંયોજનો, ઍક્રિલોનાઇટ્રાઇલ | |
| (બ) | ઇથિલીન : | ||
| (i) | ઇથિલીન ઑક્સાઇડ | ઇથિલીન ગ્લાયકૉલ (પૉલિયેસ્ટર રેસા અને રેઝિન, હિમનિરોધી) ડાય- અને ટ્રાય-ઇથિલીન ગ્લાયકૉલ સંયોજનો, ઇથેનૉલ ઍમાઇન સંયોજનો, અનાયનિક (nonionic)પ્રક્ષાલકો, ગ્લાયકૉલ એસ્ટર સંયોજનો | |
| (ii) | ઇથાઇલ આલ્કોહૉલ | ઍસિટાલ્ડિહાઇડ, દ્રાવકો, ઇથાઇલ ઍસિટેટ | |
| (iii) | પૉલિઇથિલીન
(અલ્પ ઘનત્વ)…. (ઉચ્ચ ઘનત્વ)…. |
ફિલ્મ, ઇંજેક્શન-ઢાળણ, વાત-ઢાળણ, ઇંજેક્શન-ઢાળણ | |
| (iv) | સ્ટાયરીન (ઇથિલીન અને
બેન્ઝિનમાંથી) |
પૉલિસ્ટાયરીન અને સહબહુલક (copolymer) રેઝિન, સ્ટાયરીન બ્યૂટાડાઇન રબર અને લેટૅક્સ, પૉલિયેસ્ટર સંયોજનો | |
| (v) | ઇથિલિન-ડાયક્લોરાઇડ | વાઇનાઇલ ક્લોરાઇડ, અપસ્ફોટરોધી (antiknock), પ્રવાહી માટેનો અપમાર્જક (scavenger), ઇથિલિનએમાઇન સંયોજનો | |
| (vi) | ઇથાઇલ ક્લોરાઇડ | ટેટ્રાઇથાઇલ લેડ, થોડા પ્રમાણમાં ઇથિલેશન પ્રક્રિયા માટે (જેવી કે ઇથાઇલ સેલ્યુલોઝ) | |
| (vii) | ઇથિલીન ડાયબ્રોમાઇડ | અપસ્ફોટરોધી પ્રવાહી માટે અપમાર્જક | |
| (viii) | ઍસિટિલ સંયોજનો | પ્લાસ્ટિક અને રસાયણ મધ્યવર્તીઓ | |
| (x) | રૈખિક આલ્કોહૉલ અને
-ઑલિફિન સંયોજનો |
પ્રક્ષાલકો, સુઘટ્યતાકારકો (plasticizers) | |
| (ક) | પ્રોપેન/પ્રોપિલીન : | ||
| (i) | આઇસોપ્રોપાઇલ આલ્કોહૉલ | ઍસિટોન, દ્રાવકો, ઔષધો અને રસાયણો | |
| (ii) | ક્યુમિન | ફિનૉલ અને ઍસિટોન | |
| (iii) | ઍક્રિલોનાઇટ્રાઇલ | ઍક્રિલિક રેસાઓ, નાઇટ્રાઇલ પ્રત્યાસ્થલકો અને ઍક્રિલોનાઇટ્રાઇલ-બ્યૂટાડાઇન-સ્ટાયરીન રેઝિન | |
| (iv) | પૉલિપ્રોપિલીન | ઢાળણ, રેસા અને ફિલ્મ | |
| (v) | પ્રોપિલીન ઑક્સાઇડ | પ્રોપિલીન ગ્લાયકૉલ, ડાયપ્રોપિલીન ગ્લાયકૉલ અને પૉલિપ્રોપિલીન ગ્લાયકૉલ, પૉલિયૂરિથેન | |
| (vi) | ઑક્સો રસાયણો : (આઇસો ઑક્ટાઇલ આલ્કોહૉલ)
(બ્યૂટિરાલ્ડિહાઇડ સંયોજનો) [ફક્ત પ્રોપિલીન] |
થેલેટ એસ્ટર સંયોજનો, બ્યૂટેનૉલ સંયોજનોના મધ્યવર્તીઓ.
2-ઇથાઇલહેક્ઝેનોલ, n-બ્યૂટિરિક ઍસિડ |
|
| (vii) | ડોડેસિન (ચતુષ્ટય) | ડોડેસાઇલ બેન્ઝિન, ડોડેસાઇલ ફિનૉલ | |
| (viii) | નોનિન (ત્રિતય) | ડેસાઇલ આલ્કોહૉલ અને નોનાઇલફિનૉલ | |
| (x) | એપિક્લૉરોહાઇડ્રિન | ગ્લિસેરૉલ અને ઇપૉક્સિરેઝિન સંયોજનો | |
| (xi) | પૉલિઆઇસાપ્રીન | પ્રત્યાસ્થલકો | |
| (ડ) | બ્યૂટેન/બ્યૂટિલીન : | ||
| (i) | બ્યૂટાડાઇન | સ્ટાયરીન-બ્યૂટાડાઇન રબર અને રેઝિન, પૉલિબ્યૂટાડાઇન,
એડિપોનાઇટ્રાઇલ, નાઇટ્રાઇલ રબર, એક્રિલોનાઈટ્રાઇલ-બ્યૂટાડાઇન-સ્ટાયરીન, પ્લાસ્ટિક |
|
| (ii) | દ્વિતીયક-બ્યૂટાઇલ
આલ્કોહૉલ |
મિથાઇલ ક્રીટૉન | |
| (iii) | બ્યૂટાઇલ રબર (આઇસોબ્યૂટિલીનમાંથી) | ટાયર-નીપજો | |
| (iv) | પૉલિબ્યૂટિન સંયોજનો
(આઇસોબ્યૂટિલીનમાંથી) |
સ્નેહક તેલ માટેનાં ઉમેરણો (additives), સંધિરોધ (calking)
અને સીલ કરવાનાં રસાયણો, આસંજકો (adhesives), રબર- આમિશ્રણ (rubber Compounding) |
|
| (ઇ) | ચક્રીય કાર્બનિક સંયોજનો | ||
| (i) | બેન્ઝિન | સ્ટાયરીન, સાઇક્લોહેક્ઝેન, ફિનૉલ, પ્રક્ષાલક આલ્કિલેટ, મલેઇક એન-હાઇડ્રાઇડ, એનિલીન, ડીડીટી | |
| (ii) | ટૉલ્યુઇન | ડિઆલ્કાઇલેશન, પ્રક્રિયાથી બૅન્ઝીન- માં રૂપાંતર, દ્રાવકો, ટૉલ્યુઇન ડાય-આઇસોસાયનેટ, મોટર અને વિમાન માટેનું પેટ્રોલ, ટીએનટી | |
| (iii) | ઝાયલીન સંયોજનો | પૅરા-ઝાયલીન; ઑર્થો-ઝાયલીન; મેટા-ઝાયલીન; દ્રાવકો અને રસાયણો; ગૅસોલીન | |
| (iv) | ઇથાઇલ બેન્ઝિન | સ્ટાયરીન | |
| (v) | સાઇક્લોહેક્ઝેન | નાયલૉન મધ્યવર્તીઓ, નાયલૉન સિવાયના ઉપયોગો (સાઇક્લો-હેક્ઝેનોન અને એડિપિક ઍસિડ) | |
| (vi) | નૅપ્થેલીન | થેલિક એન્હાઇડ્રાઇડ, કીટનાશકો, બીટા નૅપ્થૉલ, કીટરોધી ગોળીઓ (moth-balls) | |
પેટ્રોરસાયણોને ચાર સમૂહોમાં વહેંચી શકાય :
(1) એલિફેટિક સંયોજનો : દા. ત., મિથેન, ઇથેન, પ્રોપેન, પ્રોપિલીન બ્યૂટેન, 1-બ્યૂટીન અથવા બ્યૂટિલીન-1 (CH3CH2CH = CH2) વગેરે;
આકૃતિ 4 : ઍરોમૅટિક અને ચક્રીય ઍલિફૅટિક (cycloalyphatic) સંયોજનોનું પેટ્રોરસાયણ સંયોજનોમાં પરિવર્તન
(2) ચક્રીય એલિફેટિક સંયોજનો : દા. ત., સાઇક્લોહેક્ઝેન મિથાઇલસાઇક્લોહેક્ઝેન વગેરે;
(3) ઍરોમૅટિક સંયોજનો : દા. ત., બૅન્ઝીન, ટૉલ્યુઇન, નૅપ્થેલીન વગેરે;
(4) અકાર્બનિક પદાર્થો : દા. ત., એમોનિયા, કાર્બન-બ્લૅક, ગંધક વગેરે.
એલિફેટિક પદાર્થો પૈકી મિથેન (CH4), ઇથિલીન (C2H4), પ્રોપિલીન (CH3CH=CH2) તેમજ બ્યૂટિલીન વગેરે અગત્યનાં મૂળ સંયોજનો છે. તેમાંથી અનેક પેટ્રોરસાયણો મેળવી શકાય છે. આ રૂપાંતરો આકૃતિ 1, 2 અને 3માં દર્શાવ્યાં છે.
સાઇક્લોએલિફેટિક (દા. ત., સાઇક્લોહેક્ઝેન) અને ઍરોમૅટિક (દા. ત., બેન્ઝિન) સંયોજનો પણ પેટ્રોરસાયણો માટેના અગત્યના સ્રોતો છે. તેમને રિફાઇનરીના નેપ્થા સ્ટ્રિમમાંથી અલગ કરવામાં આવે છે. વિવિધ પ્રક્રમો દ્વારા તેમાંથી નાયલૉન, પૉલિયેસ્ટર રેસા, પૉલિસ્ટાયરીન, ઇપૉક્સિરેઝિન, ફિનોલીય રેઝિન તેમજ પૉલિયૂરિધેન જેવા પદાર્થો મેળવી શકાય છે.
વિવિધ મધ્યવર્તીઓમાંથી મળતાં પેટ્રોરસાયણો અને તેમના ઉપયોગો સારણી 2માં દર્શાવ્યા છે.
શુચેન ઠાકોર