Verwendet
Die ungesättigten Kohlenwasserstoffe sind als Ausgangsmaterialien für die Herstellung zahlreicher Chemikalien und Polymere wie Kunststoffe, Kautschuke und Harze kommerziell wichtig. Die große Produktion der petrochemischen Industrie basiert auf der Reaktivität dieser Stoffe.
1-Penten ist ein Mischmittel für hochoktanigen Motorkraftstoff und Isopren wird zur Herstellung von synthetischem Naturkautschuk und Butylkautschuk verwendet. Propylen wird auch in der Synthesekautschukherstellung und in polymerisierter Form als Polypropylen-Kunststoff verwendet. Isobutylen ist ein Antioxidans in der Lebensmittel- und Lebensmittelverpackungsindustrie. 1-Hexen wird bei der Synthese von Aromen, Duftstoffen und Farbstoffen verwendet. Ethylen, cis-2-Buten und trans-2-Buten sind Lösungsmittel, und Propadien ist Bestandteil von Brenngas für die Metallbearbeitung.
Die hauptsächliche industrielle Verwendung von Ethylen ist die als Baustein für chemische Rohstoffe, die wiederum zur Herstellung einer Vielzahl von Stoffen und Produkten verwendet werden. Ethylen wird auch beim Oxyethylenschweißen und -schneiden von Metallen sowie in Senfgas verwendet. Es wirkt als Kältemittel, Inhalationsanästhetikum sowie als Pflanzenwachstumsbeschleuniger und Fruchtreifer. Die für diese Zwecke verwendeten Mengen sind jedoch gering im Vergleich zu den Mengen, die bei der Herstellung anderer Chemikalien verwendet werden. Eine der wichtigsten von Ethylen abgeleiteten Chemikalien ist Polyethylen, das durch katalytische Polymerisation von Ethylen hergestellt und für die Herstellung einer Vielzahl von geformten Kunststoffprodukten verwendet wird. Ethylenoxid wird durch katalytische Oxidation hergestellt und wiederum zur Herstellung von Ethylenglykol und Ethanolaminen verwendet. Der größte Teil des industriellen Ethylalkohols wird durch die Hydratation von Ethylen hergestellt. Die Chlorierung ergibt Vinylchlorid-Monomer oder 1,2-Dichlorethan. Bei Umsetzung mit Benzol wird Styrolmonomer erhalten. Acetaldehyd wird auch durch Oxidation von Ethylen hergestellt.
Gefahren
Gesundheitsrisiken
Wie ihre gesättigten Gegenstücke sind die niederen ungesättigten aliphatischen Kohlenwasserstoffe oder Olefine einfache Erstickungsmittel, aber wenn das Molekulargewicht zunimmt, werden die narkotischen und reizenden Eigenschaften ausgeprägter als die ihrer gesättigten Analoga. Ethylen, Propylen und Amylen wurden beispielsweise als chirurgische Anästhetika verwendet, aber sie erfordern große Konzentrationen (60 %) und werden aus diesem Grund mit Sauerstoff verabreicht. Die Diolefine sind narkotischer als die Monoolefine und auch reizender für die Schleimhäute und die Augen.
1,3-Butadien. Physikalisch-chemische Gefahren im Zusammenhang mit Butadien ergeben sich aus seiner hohen Entflammbarkeit und extremen Reaktivität. Da leicht ein brennbares Gemisch aus 2 bis 11.5 % Butadien in Luft erreicht wird, stellt es eine gefährliche Brand- und Explosionsgefahr dar, wenn es Hitze, Funken, Flammen oder Oxidationsmitteln ausgesetzt wird. An Luft oder Sauerstoff bildet Butadien leicht Peroxide, die spontan entzündet werden können.
Obwohl im Laufe der Jahre die Erfahrung von Arbeitern mit beruflicher Exposition gegenüber Butadien und Laborversuche an Menschen und Tieren darauf hindeuteten, dass seine Toxizität von geringer Ordnung ist, haben epidemiologische Studien gezeigt, dass 1,3-Butadien eine solche ist ein wahrscheinliches menschliches Karzinogen (Einstufung der Gruppe 2A durch die Internationale Agentur für Krebsforschung (IARC)). Die Exposition gegenüber sehr hohen Gaskonzentrationen kann zu primären Reizungen und anästhetischen Wirkungen führen. Menschliche Probanden konnten Konzentrationen von bis zu 8,000 ppm 8 Stunden lang ohne nachteilige Wirkungen außer einer leichten Reizung von Augen, Nase und Rachen vertragen. Es wurde festgestellt, dass Dermatitis (einschließlich Erfrierungen aufgrund von Kälteverletzungen) aus der Exposition gegenüber flüssigem Butadien und seinem verdampfenden Gas resultieren kann. Das Einatmen übermäßiger Konzentrationen – die zu Anästhesie, Atemlähmung und Tod führen können – kann durch Verschütten und Lecks von Druckbehältern, Ventilen und Pumpen in Bereichen mit unzureichender Belüftung erfolgen. Butadien wird ausführlicher im Kapitel Gummiindustrie in diesem Band behandelt.
In ähnlicher Weise wird Isopren, das außer in sehr hohen Konzentrationen nicht mit Toxizität in Verbindung gebracht wurde, jetzt von der IARC als mögliches Karzinogen für den Menschen (Gruppe 2B) angesehen.
Ethylen. Die Hauptgefahr von Ethylen ist die eines Feuers oder einer Explosion. Ethylen explodiert im Sonnenlicht spontan mit Chlor und kann mit Tetrachlorkohlenstoff, Stickstoffdioxid, Aluminiumchlorid und allgemein oxidierenden Substanzen heftig reagieren. Ethylen-Luft-Gemische brennen, wenn sie Zündquellen wie statischer Aufladung, Reibung oder elektrischen Funken, offenen Flammen oder übermäßiger Hitze ausgesetzt werden. Wenn sie eingeschlossen sind, werden bestimmte Gemische aus diesen Zündquellen heftig explodieren. Ethylen wird häufig in verflüssigter Form unter Druck gehandhabt und transportiert. Hautkontakt mit der Flüssigkeit kann zu „Erfrierungsbrand“ führen. Während der Herstellung besteht kaum die Möglichkeit, Ethylen ausgesetzt zu werden, da das Verfahren in einem geschlossenen System stattfindet. Expositionen können als Folge von Lecks, Verschüttungen oder anderen Unfällen auftreten, die zur Freisetzung des Gases in die Luft führen. Leere Tanks und Behälter, die Ethylen enthalten haben, sind eine weitere potenzielle Expositionsquelle.
In Luft wirkt Ethylen hauptsächlich erstickend. Ethylenkonzentrationen, die erforderlich sind, um eine deutliche physiologische Wirkung hervorzurufen, reduzieren den Sauerstoffgehalt auf ein so niedriges Niveau, dass das Leben nicht mehr unterstützt werden kann. Beispielsweise enthält Luft, die 50 % Ethylen enthält, nur etwa 10 % Sauerstoff.
Bewusstlosigkeit tritt ein, wenn die Luft etwa 11 % Sauerstoff enthält. Der Tod tritt schnell ein, wenn der Sauerstoffgehalt auf 8 % oder weniger fällt. Es gibt keine Hinweise darauf, dass eine längere Exposition gegenüber niedrigen Ethylenkonzentrationen zu chronischen Wirkungen führen kann. Längerer Kontakt mit hohen Konzentrationen kann aufgrund von Sauerstoffmangel dauerhafte Auswirkungen haben.
Ethylen hat eine sehr niedrige systemische Toxizität. Als chirurgisches Anästhetikum wird es immer mit Sauerstoff verabreicht. In solchen Fällen ist seine Wirkung die eines einfachen Anästhetikums mit einer schnellen Wirkung und einer ebenso schnellen Erholung. Längeres Einatmen von etwa 85 % Sauerstoff ist leicht toxisch, was zu einem langsamen Abfall des Blutdrucks führt; bei etwa 94 % Sauerstoff ist Ethylen akut tödlich.
Sicherheits- und Gesundheitsmaßnahmen
Bei Chemikalien, bei denen keine Karzinogenität oder ähnliche toxische Wirkungen beobachtet wurden, sollte eine ausreichende Belüftung aufrechterhalten werden, um zu verhindern, dass die Arbeiter einer Konzentration ausgesetzt werden, die über den empfohlenen Sicherheitsgrenzwerten liegt. Arbeiter sollten darüber informiert werden, dass Brennen in den Augen, Reizung der Atemwege, Kopfschmerzen und Schwindel darauf hindeuten können, dass die Konzentration in der Atmosphäre unsicher ist. Butadienflaschen sollten aufrecht an einem kühlen, trockenen und gut belüfteten Ort fern von Wärmequellen, offenen Flammen und Funken gelagert werden.
Der Lagerbereich sollte von Sauerstoff, Chlor, anderen oxidierenden Chemikalien und Gasen sowie brennbaren Materialien getrennt sein. Da Butadien schwerer als Luft ist und austretendes Gas dazu neigt, sich in den Vertiefungen zu sammeln, sollte eine Lagerung in Gruben und Kellern vermieden werden. Behälter mit Butadien sollten eindeutig als explosives Gas gekennzeichnet und entsprechend kodiert werden. Flaschen sollten so konstruiert sein, dass sie dem Druck standhalten und Lecks minimieren, und sollten so gehandhabt werden, dass ein Schlag vermieden wird. Ein Sicherheitsventil ist normalerweise in das Flaschenventil eingebaut. Ein Zylinder sollte keinen Temperaturen über 55 °C ausgesetzt werden. Leckagen erkennt man am besten, indem man die verdächtige Stelle mit einer Seifenlösung anstreicht, so dass austretendes Gas sichtbare Blasen bildet; Unter keinen Umständen sollte ein Streichholz oder eine Flamme verwendet werden, um auf Undichtigkeiten zu prüfen.
Für mögliche oder wahrscheinliche Karzinogene sollten alle für Karzinogene erforderlichen angemessenen Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden.
Sowohl bei seiner Herstellung als auch bei seiner Verwendung sollte Butadien in einem ordnungsgemäß konstruierten, geschlossenen System gehandhabt werden. Antioxidantien und Inhibitoren (wie tert.-Butylbrenzcatechin mit etwa 0.02 Gew.-%) werden üblicherweise zugesetzt, um die Bildung gefährlicher Polymere und Peroxide zu verhindern. Butadienbrände sind schwierig und gefährlich zu löschen. Kleine Brände können mit Kohlendioxid oder Trockenchemikalien-Feuerlöschern gelöscht werden. Wasser kann über große Brände und angrenzende Bereiche gesprüht werden. Wo immer möglich, sollte ein Feuer durch Abschalten aller Brennstoffquellen unter Kontrolle gebracht werden. Für Mitarbeiter, die mit Butadien arbeiten, ist keine spezielle Voreinstellung oder Wiederholungsprüfung erforderlich.
Die unteren Mitglieder der Reihe (Ethylen, Propylen und Butylen) sind Gase bei Raumtemperatur und leicht entzündlich oder explosiv, wenn sie mit Luft oder Sauerstoff gemischt werden. Die anderen Bestandteile sind flüchtige, brennbare Flüssigkeiten, die bei normalen Betriebstemperaturen explosionsfähige Dampfkonzentrationen in der Luft erzeugen können. Wenn sie Luft ausgesetzt werden, können die Diolefine organische Peroxide bilden, die beim Konzentrieren oder Erhitzen heftig detonieren können. Die meisten kommerziell hergestellten Diolefine sind im Allgemeinen gegen Peroxidbildung gehemmt.
Alle Zündquellen sollten vermieden werden. Alle elektrischen Installationen und Geräte sollten explosionsgeschützt sein. In allen Räumen oder Bereichen, in denen mit Ethylen umgegangen wird, sollte für eine gute Belüftung gesorgt werden. Das Betreten geschlossener Räume, die Ethylen enthalten haben, sollte nicht gestattet werden, bis Gastests zeigen, dass sie sicher sind und die Eintrittsgenehmigungen von einer autorisierten Person unterzeichnet wurden.
Personen, die Ethylen ausgesetzt sein könnten, sollten sorgfältig über die sicheren und ordnungsgemäßen Handhabungsmethoden informiert und darin geschult werden. Hervorzuheben sind die Brandgefahr, die „Erfrierungsverbrennungen“ bei Kontakt mit dem flüssigen Material, die Verwendung von Schutzausrüstung und Notfallmaßnahmen.
Kohlenwasserstoffe, aliphatisch ungesättigt, Tabellen
Tabelle 1 - Chemische Informationen.
Tabelle 2 - Gesundheitsrisiken.
Tabelle 3 - Physikalische und chemische Gefahren.
Tabelle 4 - Physikalische und chemische Eigenschaften.