Uvod
Naftne smole su ugljikovodične smole koje se široko koriste u ljepilima, premazima, gumenim smjesama, tiskarskim bojama i drugim industrijskim primjenama, gdje primarno funkcioniraju kao sredstva za ljepljivost, modifikatori ili komponente za poboljšanje kompatibilnosti. Njihove karakteristike performansi - uključujući toplinsku stabilnost, kompatibilnost s različitim polimerima i stabilnost boje - čine ih vrijednim komponentama u formuliranim proizvodima u više industrija.
Kao i svaki proizvedeni materijal, proizvodnja naftne smole povezana je s ekološkim pitanjima koja zaslužuju pozornost iz tehničke perspektive i perspektive nabave. Međutim, priroda i značaj ovih razmatranja ovise o više čimbenika, uključujući specifičnu vrstu smole, proizvodni put, konfiguraciju postrojenja, izvore energije i postojeće sustave kontrole okoliša. Generaliziranje utjecaja na okoliš samo od kategorije proizvoda nije tehnički ispravno i može dovesti do pogrešnih zaključaka.
Ovaj članak daje pregled proizvodnje naftnih smola sa stajališta čimbenika okoliša i procesa. Namijenjen je industrijskim kupcima, formulatorima i tehničkim stručnjacima koji traže uravnoteženo razumijevanje teme utemeljeno na činjenicama.
Odakle dolaze sirovine za naftnu smolu
Naftne smole ne proizvode se izravno iz sirove nafte. Umjesto toga, općenito se proizvode iz odabranih tokova bogatih ugljikovodicima povezanih s parnim krekiranjem ili povezanom petrokemijskom preradom. U parnom krekiranju, teže sirovine kao što su nafta ili plinsko ulje se termički krekiraju kako bi se proizveli lakši olefini (etilen, propilen i butadien) i aromati. Ovaj proces stvara niz tokova nusproizvoda, uključujući frakcije bogate C5, aromatske frakcije bogate C9 i tokove koji sadrže diciklopentadien (DCPD) i srodne cikličke olefine.
Ovi tokovi su vrijedna sirovina za proizvodnju naftne smole:
- Tokovi bogati C5 mogu sadržavati reaktivne alifatske diene i olefine kao što su piperilen, izopren i komponente povezane s ciklopentadienom, ovisno o sastavu toka, koji su prikladni za proizvodnju alifatskih ugljikovodičnih smola.
- Struje bogate C9 mogu sadržavati reaktivne aromatske i nezasićene komponente kao što su inden, stirenski spojevi i srodne vrste, ovisno o struji, koje se koriste u proizvodnji smole aromatskih ugljikovodika.
- Za određene cikličke ili policikličke smolne sustave koriste se sirovine bogate DCPD-om.
Važno je razlikovati petrokemijski opskrbni lanac koji proizvodi te sirovine i sam proces proizvodnje smole. Dok sirovine potječu od prerade ugljikovodika, ekološka razmatranja proizvodnje naftne smole najbolje se procjenjuju na razini proizvodne operacije smole, umjesto da se povezuju s istraživanjem uzvodno, vađenjem sirove nafte ili aktivnostima rafiniranja.
Razmatranja okoliša tijekom polimerizacije i završne obrade
Proizvodnja naftne smole tipično uključuje polimerizaciju odabrane sirovine, nakon čega slijedi odvajanje, završna obrada i, za određene stupnjeve, naknadna hidrogenacija. Ekološki aspekti ovih operacija su specifični za proces i značajno se razlikuju među objektima i vrstama proizvoda.
Polimerizacija
Putevi polimerizacije naftnih smola razlikuju se ovisno o obitelji smola, sastavu sirovine i tehnologiji proizvodnje. Katalitički polimerizacijski sustavi, uključujući sustave Lewisove kiseline ili Friedel–Craftsovog tipa, koriste se za mnoge procese naftnih smola, dok se toplinska polimerizacija koristi za određene sustave smola. Točna kemija polimerizacije i radni uvjeti stoga su specifični za proces i stupanj.
Sa stajališta zaštite okoliša, put polimerizacije može utjecati na čimbenike kao što su potražnja za energijom, upotreba katalizatora gdje je primjenjivo, konfiguracija procesa i učinci procesa. Tamo gdje se koriste katalizatori, njihovo rukovanje, obnavljanje, deaktivacija, recikliranje ili zbrinjavanje trebaju slijediti postupke specifične za proces i važeće propise.
Odvajanje i završna obrada
Nakon polimerizacije, nizvodno odvajanje i završni koraci mogu se koristiti za uklanjanje ili obnavljanje lakih komponenti, medija za obradu ili drugih materijala povezanih s procesom, ovisno o putu proizvodnje. Faze odvajanja i dovršavanja mogu uključivati destilaciju, odvajanje ili druge fizičke metode odvajanja. Tamo gdje se koriste otapala ili pomoćna sredstva za obradu, njihovo zadržavanje, obnavljanje i potencijalne emisije obično se rješavaju tehničkim kontrolama specifičnim za pojedina postrojenja. Prisutnost i opseg upotrebe otapala ovise o specifičnom procesu procesa i stupnju proizvoda. Tamo gdje se koriste sustavi oporabe, oporabljeni materijali mogu se reciklirati, ponovno upotrijebiti ili na drugi način njima upravljati u skladu s posebnim dizajnom procesa.
Upravljanje procesima i operativne kontrole
Industrijska proizvodnja naftnih smola oslanja se na procesne kontrole koje odgovaraju specifičnim koracima polimerizacije, odvajanja, završne obrade i hidrogenacije koji se koriste za kvalitetu koja se proizvodi. Kontrola procesa podržava dosljednost proizvoda i upravljanje resursima. Ova operativna razmatranja temeljna su i za ekonomičnost proizvoda i za ekološka razmatranja.
Dodatna razmatranja za hidrogenirane stupnjeve
Hidrogenirane naftne smole proizvode se podvrgavanjem bazne smole-izvedene iz C5, C9 ili sirovina bogatih DCPD-om koraku katalitičke hidrogenacije. Hidrogenacija je dodatna faza obrade koja se koristi za odabrane vrste naftnih smola. Općenito uključuje vodik i katalitičku obradu u kontroliranim uvjetima. Ovisno o proizvodnom putu, smola se može hidrogenirati nakon polimerizacije ili, u nekim konfiguracijama procesa, nakon srednjeg koraka oligomerizacije. Hidrogenacija može modificirati svojstva kao što su boja, stabilnost boje, miris i karakteristike stabilnosti, ovisno o kemijskom sastavu smole i stupnju.
Faza hidrogenacije uvodi dodatne zahtjeve za obradu:
- Rukovanje i skladištenje vodika: Vodikom se mora upravljati u skladu s primjenjivim industrijskim sigurnosnim postupcima.
- Katalitička obrada: hidrogenacija se obično provodi u prisutnosti katalizatora hidrogenacije. Specifični sastav katalizatora i radni uvjeti variraju ovisno o vrsti smole, sastavu sirovine i dizajnu postrojenja.
- Potrošnja energije: hidrogenacija općenito radi pod uvjetima specifičnim za proces koji mogu uključivati povišenu temperaturu i tlak. Budući da hidrogenacija dodaje još jednu fazu obrade, može uvesti dodatne zahtjeve za energijom i resursima. Veličina ovisi o dizajnu procesa, uvjetima rada, izvoru energije i učinkovitosti postrojenja.
Hidrogeniranje ne čini automatski proizvod ekološki boljim ili inferiornijim od svog nehidrogeniziranog analoga. Za smislenu usporedbu bile bi potrebne detaljne informacije o izvorima energije, učinkovitosti procesa, upravljanju životnim ciklusom katalizatora i drugim parametrima specifičnim za postrojenje. Stoga se ne može pretpostaviti da je ekološki profil hidrogenirane vrste jednostavna kombinacija proizvodnje bazne smole i utjecaja hidrogenacije.
Razlike među vrstama naftnih smola
Sljedeći odjeljci ukratko opisuju glavne vrste naftnih smola i njihove opće karakteristike sirovine i procesa. Razmatranja zaštite okoliša za svaku vrstu ostaju ovisna o specifičnom proizvodnom pogonu i ruti procesa.
C9 naftna smola
C9 naftne smoleproizvode se iz odabranih aromatskih tokova bogatih C9 nastalih tijekom parnog krekiranja ili povezane petrokemijske obrade. Proizvodni put može uključivati toplinsku ili katalitičku polimerizaciju, ovisno o proizvodnom putu i željenim karakteristikama smole. Specifična kemija procesa i koraci odvajanja razlikuju se ovisno o proizvođaču i stupnju.
Hidrogenirana DCPD smola
Hidrogenirana DCPD smolaje ugljikovodična smola na bazi DCPD-a proizvedena iz smole ili oligomernog sustava dobivenog iz DCPD-a koji se zatim podvrgava hidrogenaciji. Osnovna smola može se formirati toplinskom polimerizacijom, oligomerizacijom ili drugim reakcijama stvaranja smole koje uključuju sirovine bogate DCPD-om prije sljedeće faze hidrogenacije. Točan put stvaranja smole i hidrogenacije ovisi o specifičnom proizvodnom procesu i stupnju proizvoda.
C9 hidrogenirana naftna smola
C9 hidrogenirana naftna smolase proizvodi iz C9-bogatih aromatskih tokova, s korakom hidrogenacije uključenim nakon početnog stvaranja smole. Hidrogenacija se koristi za modificiranje karakteristika kao što su boja i stabilnost, ovisno o stupnju i procesu. Kao i kod drugih hidrogeniranih razreda, ekološka razmatranja ovise o integraciji faza obrade, učinkovitosti postrojenja i specifičnim kontrolama procesa.
C5 i C9 kopolimerna ugljikovodična smola
C5 i C9 kopolimerne ugljikovodične smolese proizvode od odabranih komponenti hrane bogatih C5 i C9 kontroliranom kopolimerizacijom. Kemija polimerizacije i način obrade ovise o specifičnoj formulaciji i tehnologiji proizvodnje. Prilagodba sastava hrane i uvjeta obrade omogućuje proizvođačima proizvodnju vrsta s različitim svojstvima za primjene kao što su ljepila i premazi.
C5 ugljikovodična smola
C5 ugljikovodične smoleopćenito se proizvode polimerizacijom odabranih nezasićenih komponenti tokova bogatih C5. Rute komercijalne proizvodnje mogu koristiti sustave katalitičke polimerizacije, dok točna kemija i uvjeti obrade ovise o stupnju i procesu. Razmatranja zaštite okoliša stoga su određena specifičnom konfiguracijom postrojenja i proizvodnim putem, a ne samo kategorijom proizvoda.
Upravljanje otpadom, emisijama i resursima
Ekološki aspekti i aspekti upravljanja resursima u proizvodnji naftne smole su raznoliki i ovise o objektu. Sljedeća područja mogu biti relevantna u operacijama proizvodnje smole, ovisno o procesu:
- Upravljanje energijom: Potreba za energijom varira ovisno o dizajnu procesa, stupnju i učinkovitosti postrojenja. Grijanje, hlađenje, odvajanje i druge obrade doprinose ukupnom korištenju resursa.
- Gubici u procesu i upravljanje hlapljivim tvarima: tamo gdje se rukuje hlapljivim komponentama, mogu se koristiti sustavi zadržavanja ili oporabe u skladu s projektom postrojenja i primjenjivim zahtjevima.
- Upravljanje procesnom vodom: Ovisno o proizvodnom procesu, tokovi procesne vode ili otpadne vode mogu zahtijevati obradu prije ispuštanja ili ponovne uporabe. Njihov sastav i zahtjevi za obradu ovise o specifičnoj sirovini, kemiji procesa, koracima odvajanja i dizajnu postrojenja.
- Upravljanje katalizatorom: sustavi katalizatora razlikuju se prema vrsti smole i načinu proizvodnje. Tamo gdje se koriste katalizatori, njihovo rukovanje, obnavljanje, deaktivacija, recikliranje ili odlaganje slijedi postupke specifične za proces i primjenjive propise. Razvrstavanje istrošenih katalizatora ovisi o njihovom sastavu, lokalnim regulatornim kriterijima i karakterizaciji opasnosti.
- Upravljanje krutim otpadom: ostacima procesa, materijalom koji nije u skladu s specifikacijama i ambalažnim otpadom treba upravljati u skladu s postupcima specifičnim za postrojenje i primjenjivim zahtjevima zaštite okoliša.
- Skladištenje i transport: Zahtjevi za skladištenje i transport trebaju slijediti sigurnosno-tehničke listove specifične za proizvod, smjernice dobavljača, postupke na gradilištu, zahtjeve prijevoznika i važeće propise.
Zašto je ekološki profil specifičan za postrojenje i proces
Ekološki profil ne može se pouzdano zaključiti samo iz naziva proizvoda ili vrste smole. Pogoni koji proizvode nominalno slične vrste smola mogu se razlikovati u svojim ekološkim profilima zbog razlika u ruti procesa, konfiguraciji postrojenja, radnom postavu, izvoru energije, radnoj praksi i kontroli okoliša.
Relevantne varijable mogu uključivati:
- Put procesa: tehnologija polimerizacije, način rada i prisutnost ili odsutnost dodatnih faza obrade kao što je hidrogenacija.
- Karakteristike sirovine: Sastav tokova bogatih C5 ili C9 može varirati s prethodnom preradom i sirovinom, utječući na zahtjeve za proizvodnju smole i rezultate procesa.
- Konfiguracija postrojenja i radna postavka: Dizajn jedinice, integracija komunalnih usluga, praksa održavanja i radni postupci mogu utjecati na korištenje resursa i pouzdanost procesa.
- Izvor energije: različita goriva ili izvori električne energije mogu utjecati na karakteristike okoliša povezane s energijom.
- Sustavi kontrole okoliša: Vrsta i opseg emisije, otpadne vode ili drugi sustavi kontrole ovise o pojedinom objektu.
- Regulatorni kontekst: Zahtjevi za rad, praćenje i izvješćivanje razlikuju se među jurisdikcijama.
- Ocjena proizvoda: Različite ocjene mogu uključivati različite zahtjeve obrade, što može utjecati na korištenje resursa i rezultate procesa.
Svrsishodna procjena proizvodnje naftne smole stoga zahtijeva informacije specifične za proizvod i postrojenje, a ne generičke pretpostavke temeljene isključivo na kategoriji smole.
Što bi kupci trebali provjeriti
Za stručnjake za nabavu i krajnje korisnike koji uzimaju u obzir ekološke aspekte uz izvedbu proizvoda, relevantne informacije mogu uključivati:
- Točna oznaka vrste smole i razreda
- Specifikacija proizvoda
- Tehnički list (TDS)
- Sigurnosno-tehnički list (SDS)
- Certifikat analize (CoA)
- Informacije o proizvodnji koje dostavlja dobavljač, ako su dostupne
- Primjenjiva ekološka ili zakonska dokumentacija, gdje je relevantna i dostupna
- Specifikacije pakiranja
- Zahtjevi za skladištenje i rukovanje
- Preporuke za rukovanje i transport
- Neovisno dokumentirani podaci o okolišu, ako su potrebni za procjenu nabave
Tehnički list, Sigurnosno-tehnički list i Potvrda o analizi služe za različite svrhe dokumentacije proizvoda i nisu ekvivalentni izvješćima o utjecaju na okoliš. Informacije o okolišu, gdje su dostupne, općenito se daju zasebno i mogu zahtijevati izravan upit kod dobavljača.
Zaključak
Proizvodnja naftne smole uključuje ekološka razmatranja koja ovise o sirovini, proizvodnom putu, konfiguraciji postrojenja, radnoj praksi, korištenju energije i stupnju proizvoda. Ne postoji jedinstveni profil zaštite okoliša koji se jednako primjenjuje na sve proizvode od naftne smole.
C5 smole, C9 smole, smole na bazi DCPD-a, hidrogenirane vrste i kopolimeri uključuju različite sirovine i zahtjeve za obradu. Svrsishodna procjena okoliša trebala bi se stoga oslanjati na informacije o proizvodu i objektu, a ne na pretpostavkama koje se temelje samo na generičkoj kategoriji smole.
Za industrijske kupce i tehničke stručnjake, provjerljiva dokumentacija i informacije specifične za proces pružaju pouzdaniju osnovu za procjenu ekoloških razmatranja povezanih s nabavom i uporabom naftnih smola.
Reference
1. Mildenberg, R., Zander, M. i Collin, G. (1997). *Ugljikovodične smole*. Wiley-VCH. https://doi.org/10.1002/9783527614653
2. Lowery, RD (2000). Ugljikovodične smole. U *Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology*. Wiley. https://doi.org/10.1002/0471238961.0825041812152305.a01
3. Zohuriaan-Mehr, MJ, i Omidian, H. (2000). Naftne smole: pregled. *Journal of Macromolecular Science, Dio C: Polymer Reviews*, 40(1), 23–49. https://doi.org/10.1081/MC-100100577
4. Rahmatpour, A. i Ghasemi Meymandi, M. (2021). Velika proizvodnja C9 aromatske ugljikovodične smole iz C9 frakcije dobivene iz krekirane nafte: kemija, skalabilnost i tehno-ekonomska analiza. *Organic Process Research & Development*, 25(1), 120–135. https://doi.org/10.1021/acs.oprd.0c00474