La produzione industriale dell’1,3-butadiene e le sue principali vie sintetiche
L’1,3-butadiene riveste un ruolo fondamentale nell’industria della gomma sintetica. La produzione di questo composto è stata stimolata dalla necessità di garantire un approvvigionamento costante di gomma sintetica durante la Seconda Guerra Mondiale, quando l’accesso alla gomma naturale proveniente dalle colonie britanniche venne compromesso.
Le principali vie sintetiche per la produzione industriale dell’1,3-butadiene comprendono la deidrogenazione del butano, la deidrogenazione dei buteni e l’estrazione dal processo di cracking della frazione C4.
Deidrogenazione del butano
Il processo di deidrogenazione del butano avviene adiabaticamente in un unico stadio, a temperature comprese tra 600-650 °C e pressione ridotta, utilizzando un catalizzatore a base di cromo su allumina:
CH3CH2CH2CH3 → CH2=CHCH=CH2 + 2 H2
Il letto catalitico si ricopre di carbone durante la reazione, pertanto gli impianti sono progettati con una serie di reattori in alternanza tra fase di reazione e rigenerazione. Quest’ultima avviene mediante combustione del deposito di carbone e successivo allontanamento del gas di combustione. In impianti a processo continuo, sono necessari almeno tre reattori, con un ciclo di circa venti minuti. I gas di reazione vengono compressi e inviati alla sezione di recupero. Il butadiene viene separato mediante distillazione estrattiva, con una resa del 55%.
Deidrogenazione dei buteni
Nel processo di deidrogenazione dei buteni, vapore e buteni, preriscaldati separatamente, vengono mescolati e inviati a un reattore a letto fisso contenente un catalizzatore a 620-675 °C. L’impiego di vapore permette di diminuire la pressione parziale dei reagenti, favorendo l’equilibrio e deprimendo la polimerizzazione del butadiene. I gas di reazione vengono raffreddati e successivamente inviati a un’unità di frazionamento per la separazione del butadiene mediante tecnica estrattiva.
Estrazione da frazione C4 di cracking
L’estrazione del butadiene dalla frazione C4 di cracking può avvenire attraverso diverse tecniche, come l’assorbimento selettivo in cui la frazione C4 è inviata controcorrente a una soluzione cuproammoniacale, oppure mediante distillazione estrattiva, utilizzando sostanze quali acetonitrile, N-metilpirrolidone, dimetilacetammide e dimetilformammide. Il butadiene ottenuto contiene impurezze come acetileni e dieni, pertanto è sottoposto a un processo di idrogenazione catalitica. La frazione C4 residua è chiamata spenta o esausta.