Etan gazı nedir ve hangi amaçlarla kullanılır?

Etan gazının tesadüfi keşfi

Etan, ilk kez 1834 yılında İngiliz kimyager Michael Faraday tarafından keşfedildi. Faraday, çeşitli hidrokarbon gazlarını incelerken bu gazı yeni bir bileşik olarak tanımladı. Faraday, gazları sıvı hâlde test etmeye ve özelliklerini incelemeye çalışıyordu. Bazı organik maddelerin ayrışmasından elde edilen basit hidrokarbon bileşiklerinden birinin farklı kimyasal özellikler gösterdiğini fark etti. Daha fazla incelemenin ardından bu gazı yeni bir doymuş hidrokarbon olarak tanımladı. Daha sonra, 19. yüzyılın sonlarında diğer bilim insanları tarafından etan gazının kimyasal formülü keşfedildi.

Etan, alkanlar ailesinin ikinci üyesi

Etan adı Yunanca’da “parlamak veya yanmak” anlamına gelir, çünkü etan gazı kolayca yanar ve parlak bir alev oluşturur. Etan, alkanlar ailesinin ikinci üyesi olarak C₂H₆ formülüne sahip doymuş bir gaz hidrokarbondur ve metandan sonra doğal gazın ikinci ana bileşenidir. Bu gaz, standart sıcaklık ve basınç (STP) koşullarında gaz hâlindedir ve iki karbon ve altı hidrojen atomundan oluşur. Molekülün kimyasal yapısındaki tüm bağlar tek bağdır.

Fiziksel ve kimyasal özellikleri

Etan gazının kullanımı

Etilen üretimi: Etan gazı, petrokimya endüstrisinde en önemli temel bileşiklerden biri olan etilenin üretimi için hammadde olarak kullanılır. Etilen, plastikler, reçineler ve sentetik liflerin üretiminde ana bileşendir.

Endüstriyel yakıt: Etan gazı, bazı durumlarda farklı endüstrilerde yakıt olarak kullanılır. Yanma sırasında yüksek ısı enerjisi üretir ve bu, endüstriyel süreçlerde kullanılır.

Soğutma proseslerinde kullanım: Etan gazı düşük kaynama noktası nedeniyle, endüstriyel soğutma sistemlerinde ve doğal gazın sıvılaştırılması (LNG) süreçlerinde çok düşük sıcaklıklarda soğutucu olarak kullanılır.

Laboratuvar araştırma ve geliştirme: Etan, kimya ve gaz fiziği alanında deneyler ve bilimsel araştırmalar için standart bir gaz olarak kullanılır. Tanınmış özellikleri sayesinde, araştırmacıların kimyasal reaksiyonları incelemelerine yardımcı olur.

Ev tipi soğutucuda etana karşı izobütanın üstünlüğüne dair dört neden

1. İzobütan, ev tipi soğutma sistemleri (buzdolabı ve dondurucular gibi) için ideal olan −11,7 °C kaynama noktasına sahiptir. Buna karşılık, etan −88,5 °C kaynama noktası ile yalnızca çok düşük sıcaklıklarda endüstriyel soğutma uygulamaları için uygundur.

2. İzobütan daha yüksek enerji verimliliğine sahiptir ve daha az enerji tüketerek ev cihazlarına yeterli soğutma sağlar; bu da onu ekonomik hâle getirir.

3. Her iki gaz yanıcı olmasına rağmen, izobütan daha az yanıcıdır ve düşük işletme basıncı sayesinde etana kıyasla daha güvenlidir.

4. İzobütan doğal bir gazdır ve çevre dostudur; sera etkisi çok düşüktür ve ozon tabakasına zarar vermez. Çevresel standartların sıkı olduğu ev tipi sistemler için etana kıyasla daha uygundur.

Etandan etilen üretim aşamaları

Etan veya etilen, çift bağ içerdiği için yüksek reaktiviteye sahip doymamış bir hidrokarbondur ve plastik ile polivinil klorür (PVC) üretiminde kullanılır.

Etandan etilen üretimi dört aşamadan oluşur:

Birinci aşama: Hammadde hazırlığı

Etilen üretimi için, etan hammaddesi buhar kraking sürecine girmeden önce saflaştırılmalıdır; bu, operasyonel sorunları ve verim kaybını önler. Bu hazırlık, kükürt, karbon dioksit, su ve diğer istenmeyen bileşiklerin giderilmesini içerir. Saflaştırma süreci genellikle etan gazının kükürt ve karbon dioksiti tutmak için kimyasal emiciler veya gaz filtrelerinden geçirilmesini ve nemin giderilmesi için kurutucuların kullanılmasını kapsar. Bu adımlar, kraking fırınında ekipmanın korozyonunu ve istenmeyen reaksiyonları önler ve etilen üretimi için hammaddenin kalitesini optimize eder.

İkinci aşama: Buhar kraking

Buhar kraking, etan gazından etilen üretiminin ana aşamasıdır ve yüksek sıcaklık ve düşük basınçta etan moleküllerinin termal parçalanmasını içerir. Bu süreçte etan, buhar ile birlikte kraking fırınına girer ve yaklaşık 850–950 °C sıcaklıkta ve 2 atmosferin altında ısıtılır. Su buharı burada seyrelteç görevi görür ve karbon oluşumunu ile istenmeyen yan reaksiyonları önler.

Yüksek ısı etkisiyle etan molekülündeki karbon-hidrojen bağları kırılır ve molekül etilen ve hidrojen üretir. Kimyasal denklemi şöyledir:

C₂H₆ → C₂H₄ + H₂

Fırından çıkan ürünler, etilen ve hidrojenin yanı sıra az miktarda metan, propan ve diğer daha ağır hidrokarbonları içeren bir gaz karışımıdır. Bu ürünler, daha fazla reaksiyonu önlemek için hemen hızlı soğutma aşamasına girer.

Buhar kraking süreci, etilen üretiminde yüksek verim ve bol ve ucuz hammadde (etan) kullanımı nedeniyle petrokimya endüstrisinde yaygın olarak kullanılır.

Üçüncü aşama: Hızlı soğutma

Kraking fırınından çıkan gazlar, yan reaksiyonları ve karbon oluşumunu önlemek için hızla soğutulur. Bu aşama, su veya soğutma yağları kullanılarak gerçekleştirilir. Ana amaç, istenmeyen reaksiyonları durdurmak ve etilen kaybını önlemektir.

Dördüncü aşama: Ayrıştırma ve nihai saflaştırma

Soğutma işleminden sonra, gaz karışımı (etilen, hidrojen, metan ve diğer hidrokarbonlar) ayrıştırma kulelerine gönderilir. Önce propan ve bütan gibi etilenden daha ağır bileşenler ayrılır. Ardından kriyojenik distilasyon (çok düşük sıcaklıklarda) ile etilen, hidrojen ve metan gibi daha hafif gazlardan ayrılır. Son aşamada, etilen kalan safsızlıklardan temizlenir ve %99,9’dan fazla saflığa ulaşarak petrokimya endüstrisi için hazır hâle gelir.

Etan, çevre için bir tehdit midir?

Etan, görece zayıf bir sera gazıdır ve metan ve karbon dioksite kıyasla küresel ısınma üzerinde daha az etkiye sahiptir. Bunun nedenlerinden biri, etanın atmosferdeki ömrünün yalnızca birkaç ay olmasıdır; oysa metan ve karbon dioksit yıllarca hatta on yıllarca atmosferde kalabilir. Bu nedenle, etanın sera etkisi bu gazlara kıyasla çok sınırlıdır ve iklim değişikliği üzerindeki etkisi daha azdır.

Ancak etan, metan gazına dönüşme potansiyeline sahiptir ve bu yolla çevre üzerinde önemli etkiler yaratabilir. Etan, atmosferde hidroksil radikalleri ile reaksiyona girerek metana dönüşür; metan ise güçlü bir sera gazıdır ve küresel ısınmada önemli bir rol oynar. Ayrıca, doğal gaz sızıntıları ve endüstriyel süreçler gibi çeşitli kaynaklardan etan salınımı, troposferde ozon seviyesinin artmasına neden olabilir. Bu tabakadaki ozon, insan sağlığı ve bitkiler için tehlikeli bir kirletici olarak kabul edilir. Bu nedenle, etan kendi başına zayıf bir sera gazı olsa da, dolaylı etkileri iklim değişikliği ve hava kalitesi üzerinde kayda değer etkiler yaratabilir.