کاربرد های گسترده تولوئن در صنعت
در صنعت رنگ سازی، حلال ها همیشه مهم ترین و پر کاربرد ترین موادی هستند که سبب رقیق کنندگی رنگ شده و باعث پخش بهتر رنگ روی سطوح می گردد.
تولوئن در صنعت رنگ سازی به عنوان یک حلال بسیار عالی شناخته شده و حتی از آن جهت تولید رنگ و رزین هم استفاده می شود؛ همچنین به عنوان حلال جوهر های چاپی هم شناخته می شود.
اغلب رنگ هایی که در فضای بیرونی و داخلی ساختمان مورد استفاده قرار می گیرند، حاوی تولوئن بوده که این ماده به خشک تر شدن سریع رنگ کمک کرده و با ایجاد یک پوشش نازک به حفظ کیفیت رنگ کمک می کند.
تولوئن ها اغلب در چسب سازی به عنوان ماده کاهنده ویسکوزیته و رقیق کننده عمل می کنند. در واقع میزان ویسکوزیته در چسب عامل اصلی تعیین کننده میزان رقیق یا غلیظ بودن چسب است.
زمانی که تولوئن با سایر ترکیبات چسب ترکیب می شود، از بالا رفتن ویسکوزیته جلوگیری کرده و به جریان هر چه بهتر چسب کمک می کند.
در تولید سوخت از جمله بنزین، تولوئن نقش بسیار مهمی را ایفا می کند؛ به این صورت که با ترکیبات دیگر مانند زایلین و بنزن مخلوط شده و سپس به بنزین اضافه می گردد، این کار باعث بالا رفتن اکتان می گردد.
در واقع هر چه میزان رتبه بندی اکتان در تولید بنزین بیشتر باشد، سرعت اشتعال آن بیشتر شده، در نتیجه موتور خودرو آسیب کمتری می بیند؛ به همین دلیل اهمیت استفاده از تولوئن را جهت کیفیت بهتر سوخت و بالا رفتن اکتان نمی توان نادیده گرفت.
همانطور که در بالا هم اشاره کردیم، تولوئن ها به عنوان یک حلال بسیار عالی در آزمایشگاه ها شناخته شده زیرا سایر مواد شیمیایی را به خوبی در خود حل کرده و با آن ها واکنش خطرناک نشان نمی دهد.
از دیگر کاربرد های مهم تولوئن می توان به موارد زیر اشاره کرد:
- در فرایند دباغی چرم
- تمیز کننده فلزات
- ساخت محصولات ضدعفونی کننده
- ساخت پلی اورتان ها
- در تولید داروها
- در تولید مواد منفجره tnt
- درزگیر سیلیکونی
روش های تولید تولوئن
- پالایش نفت خام: این ماده عمدتاً از فرآوری و پالایش نفت به دست می‌آید. این فرآیند به صورت زیر توضیح داده می‌شود:
- استخراج نفت: نفت از مخازن زیرزمینی یا از قسمت‌های اقیانوس که منابع نفت دارند، استخراج می‌شود. این مرحله شامل فعالیت‌های حفاری نفت و گاز است.
- پالایش نفت: نفت خام به پالایشگاه‌ها منتقل می‌شود. در واحدهای مختلف پالایشگاه، بر روی نفت خام فرآیندهای مختلفی چون تقطیر، هیدروکراکینگ، ککینگ، ریفرمینگ، الیگومری و… صورت گرفته و برش های نفتی مختلف حاصل می‌شود مثل: گازهای سبک، گاز مایع LPG، نفتای سبک، نفتای سنگین، کروزن Kerosene، گازوئیل و…
- جداسازی تولوئن: در این مرحله از پالایش، تولوئن از جریان‌های گازی یا نفتای سبک جدا می‌شود. این جداسازی توسط واحدهای تقطیر، جذب، یا دیگر فرآیندها صورت می گیرد.
- پالایش تولوئن: تولوئن با فرآوری‌های دیگر در پالایشگاه به شکل خالص‌تر و با کیفیت بالاتر استخراج می‌شود. این مرحله شامل تصفیه و فرآوری‌های پیچیده‌تر مانند تقطیر فاکتیو (fractional distillation) یا فرآیندهای شیمیایی می‌شود.
- آزمایشگاه: ساخت تولوئن در شرایط آزمایشگاهی گران است مقرون به صرفه نیست مگر برای پروژه های دانشجویی و امثال آن. با این حال تولوئن را می‌توان در شرایط آزمایشگاهی طی واکنش فریدل-کرافت (Friedel-Crafts reaction) بدین صورت تولید کرد: متیل کلراید و بنزن در حضور آلومینیوم کلراید (AlCl3) واکنش میدهند و بنزن نیز به عنوان ماده اولیه برای تولید تولوئن اضافه می شود.
- محصول جانبی تولید استایرن: در فرآیند تولید استایرن هنگامی که اتیل بنزن هیدروژنه می شود مقدار بسیار کمی تولوئن نیز به عنوان محصول جانبی تولید می‌شود. تولوئن جدا شده از محصول جانبی برای مخلوط کردن بنزین یا به عنوان خوراک برای تولید بنزن توسط فرآیند هیدرودآلکیلاسیون (hydrodealkylation) استفاده می شود.
فرآیندهای تولید تولوئن:
تولوئن به عنوان یکی از محصولات جانبی پالایش نفت به دست می‌آید و به عنوان یک ترکیب شیمیایی مهم از فرآیندهای مختلفی برای تولید آن استفاده می‌شود. چندین روش و فرآیند متداول برای تولید تولوئن از نفت خام وجود دارد که هرکدام از این فرآیندها می‌توانند به تولید تولوئن از نفت خام منجر شوند. انتخاب یک فرآیند خاص بستگی به شرایط اقتصادی، فناوری موجود و نیازهای بازار دارد که در ذیل به چند فرآیند آن میپردازیم:
-
کراکینگ نفت (Oil Cracking): در این فرآیند، نفت خام در دمای بالا و تحت فشار قرار می‌گیرد تا به اجزای کوچکتر تجزیه شود. این فرآیند ممکن است به صورت کراکینگ حرارتی یا کراکینگ بخار یا کراکینگ کاتالیستی صورت گیرد. در نتیجه ی این فرآیند، آروماتیک‌هایی مانند تولوئن به وجود می‌آیند.
-
تقطیر آروماتیک (Aromatic Distillation): در این فرآیند، یک مخلوط از نفت خام با تمرکز بر آروماتیک‌ها با تقطیر تحت فشار و در دماهای خاص قرار می‌گیرد تا اجزای مختلف مخلوط جدا شوند. تولوئن نیز از این راه به دست می‌آید.
-
کراکینگ آروماتیک (Aromatic Cracking): یکی از روش‌های اصلی متداول برای تولید تولوئن، فرآیند کراکینگ نفت، به ویژه کراکینگ آروماتیک، می‌باشد. در این فرآیند، مواد هیدروکربنی سنگین تر تحت شرایط خاص کراک می‌شوند و ترکیبات آروماتیکی مانند تولوئن به دست می‌آید. در زیر مراحل آن را به مختصر شرح میدهیم:
- جذب نفتای سنگین: مرحله اول کراکینگ آروماتیک عمدتاً شامل جذب نفتای سنگین است. در این مرحله، نفتای سنگین در تماس با مواد جاذب مثل زئولیت‌های مختلف (نظیر ZSM-5) (که جزئی از گروه سیلیکات‌های آلومینیومی هستند) قرار می‌گیرد. زئولیت‌ها به عنوان کاتالیزور در این مرحله عمل می‌کنند. این مواد جاذب نقش مهمی در انتقال مواد و کنترل انتخاب‌پذیری فرآیند ایفا می‌کنند و می‌توانند تبدیل نفتای سنگین به آروماتیک‌ها را تسهیل کنند و به دست آوردن محصولات مختلف با خواص خاص را ممکن می‌سازند.
- کراکینگ: از زمانی که نفتای سنگین با زئولیت‌ها در تماس می‌آید، رخدادهای شیمیایی درون زئولیت‌ها باعث تغییر در ساختار مولکولی نفتای سنگین می‌شود. این فرآیند به نام کراکینگ آروماتیک شناخته می‌شود و باعث تبدیل نفتای سنگین به ترکیبات خنثی آروماتیکی می‌شود. این ترکیبات شامل موادی مانند تولوئن و سایر هیدروکربنهای آروماتیک هستند.
- جداسازی آروماتیک‌ها: مواد خروجی از جاذب به عنوان یک مخلوط شامل آروماتیک‌ها و مواد دیگر است. در این مرحله، جداسازی آروماتیک‌ها از مواد دیگر صورت می‌گیرد. در مرحله جداسازی، ممکن است از فرآیندهایی چون تقطیر (distillation) یا فراوری استفاده شود. این فرآیندها باعث جداسازی ترکیبات آروماتیک از مخلوط گازی حاصل از کراکینگ می‌شوند.
- تقطیر آروماتیک‌ها: آروماتیک‌های جداشده سپس تقطیر می‌شوند تا از بین مواد مختلف تشکیل شده، تولوئن به عنوان یکی از آروماتیک‌ها به دست آید.
- پالایش تولوئن: تولوئن به دست آمده منتقل می‌شود تا از مواد دیگر جدا شود و خلوص بالاتری یابد. این مرحله شامل تصفیه و فرآوری‌های دیگر می‌شود. در مرحله پالایش تولوئن، می‌توان از فرآیندهایی نظیر تقطیر جذبی (adsorptive distillation) یا پالایش با استفاده از مواد جاذب نظیر زئولیت‌ها استفاده کرد. این فرآیندها باعث بهبود خلوص تولوئن و حذف آلاینده‌ها می‌شوند.
- فرآوری نهایی: تولوئن خالص بعد از پالایش نهایی و فرآوری می‌تواند در بازار عرضه شود و برای مصارف مختلف شیمیایی، صنعتی و تولید مواد پلیمری استفاده گردد.
- ریفرمینگ کاتالیزوری: ریفرمینگ کاتالیزوری فرآیندی است که از هیدروکربنهای اشباع (مانند هیدروژن و متان) ترکیبات آروماتیک مانند تولوئن تولید می‌کند. در این فرآیند، مواد اولیه با استفاده از کاتالیزورهای خاص در داخل راکتور تبدیل می‌شوند. محصولات حاصل شامل ترکیبات آروماتیک، از جمله تولوئن، هستند. سپس، این محصولات از یکدیگر جدا شده و تصفیه می‌شوند تا تولوئن با خلوص مطلوب به دست آید. این روش به عنوان یکی از مسیرهای تولید تولوئن در صنعت شیمیایی استفاده می‌شود.
- استخراج با حلال‌ها: برخی از حلال‌ها می‌توانند تولوئن را از نفت یا جریان‌های پتروشیمی استخراج کنند. این فرآیند به عنوان استخراج با حلال (Solvent Extraction) شناخته می‌شود. یک حلال با گزینش پذیری بالا برای مواد آروماتیک که در محدوده دمایی معقول کار می کند، مانند دی اکسید گوگرد یا دی اتیلن گلیکول آبی، در یک سیستم دو فازی منجر به استخراج تولوئن می‌شود.
- فرآوری کربنی: از فرآیندهای کربنی نیز می‌توان برای تولید تولوئن استفاده کرد، مانند فرآیند Hydrodealkylation (HDA) که در آن هیدروژن به ترکیبات آروماتیک موجود در نفت اضافه می‌شود.
- تولوئن چگونه تولید می‌شود؟
تولوئن اغلب از فرآیند کراکینگ آروماتیک، به ویژه کراکینگ الکیل‌بنزن یا کراکینگ نفت، به دست می‌آید. سایر روش ها و فرآیندهای تولید در ابتدای مقاله توضیح داده شده است.
- آیا تولوئن خطرناک است؟
بله، تولوئن به عنوان یک ماده سمی و خطرناک معروف است. استفاده از آن نیاز به رعایت ایمنی دارد و تماس طولانی مدت با آن ممکن است به سلامتی انسان آسیب برساند.
- تأثیر تولوئن بر سلامتی انسان چگونه است؟
تولوئن می‌تواند به عنوان عامل تحریک‌کننده برای نظام عصبی مرکزی عمل کند و در مواردی ممکن است به سلامتی تنفسی، عصبی، و کبد آسیب برساند.
- علائم در معرض قرار گرفتن تولوئن چیست؟
همه ما ممکن است در معرض مقادیر کم این ماده قرار بگیریم مثلا در مناطقی که وسیله نقلیه سنگین تردد زیاد دارند یا هنگام رنگ و لاک زدن. اما اگر به مدت طولانی در معرض این ماده قرار بگیرید احساس ضعف و خستگی و گیجی به شما دست می دهد و دست و پاهایتان سرد و بی حس می‌شود. تقریبا شبیه نوشیدن زیاد الکل.
- علائم و روش های مسمومیت با تولوئن چیست؟
تولوئن معمولاً از مسیر تنفسی و تماس مستقیم با پوست جذب می‌شود و موارد زیر ممکن است باعث مسمومیت شوند:
تنفسی: تنفس در محیط‌هایی که غلظت بالای تولوئن وجود دارد، ممکن است باعث ایجاد علائم مانند سردرد، سرگیجه، تنگی نفس، تهوع و استفراغ، خستگی، و حتی اختلالات نورولوژیک شود.
تماس مستقیم با پوست: تولوئن ممکن است از طریق پوست به بدن جذب شود. این ممکن است منجر به تحریک پوست، خشکی، تحریک و التهاب چشم‌ها، و حتی حساسیت پوست شود.
مصرف خوراکی: در صورت مصرف تولوئن به عنوان یک ماده مخدر یا ترکیب آلوده در آب یا غذا، ممکن است علائم مسمومیت شدید شامل اختلالات گوارشی، عصبی، و حتی تأثیرات خطرناک بر قلب و سیستم تنفسی ایجاد شود.
- در صورت مسمومیت با تولوئن چه کنیم؟
مسمومیت با تولوئن وابسته به مقدار مواجهه، مدت زمان تماس، و حساسیت هر فرد متفاوت است. همیشه بهتر است در صورت مشاهده هر گونه نشانه مشکوک یا احساس عدم راحتی، به پزشک مراجعه کرده و در مورد شرایط خاص خود مشورت بگیرید.فرد مسموم باید به محیط تهویه‌شده منتقل شود. خارج شدن از منطقه آلوده به تولوئن به حفاظت از سلامت فرد کمک خواهد کرد.