Chemische Industrie und Mineralölindustrie sind eng miteinander verbunden. Über 90 % der organischen Chemieprodukte haben ihren Ursprung in Mineralölerzeugnissen, bei ca. 30 % aller Petrochemikalien dient Ethen als Rohstoff.
Allerdings werden weltweit nur 5-10 % der Mineralölprodukte als Rohstoff für die chemische Industrie eingesetzt, der Rest wird als Kraft- und Brennstoff genutzt (Bild 1). Um künftigen Generationen noch ausreichend Rohstoffe zu hinterlassen, ist es wichtig, den Energiebedarf zu reduzieren und zu einem höheren Anteil durch regenerative Energieträger zu abzudecken.
Aufgabe der Petrochemie ist
es, die Rohstoffe für die organische Chemie, insbesondere für
die Synthese von organischen Polymerwerkstoffen, Elastomeren und Chemiefasern
herzustellen. Hauptsächlich werden dafür die Alkene Ethen, Propen,
Buten und Butadien sowie die Aromaten Benzen, Toluen und die Xylene benötigt.
Wichtige petrochemische Verfahren sind einerseits die Gewinnung der Alkene
aus Benzin durch Pyrolyse (Steamcracken), andererseits die Abtrennung
von Aromaten aus Mineralöl-erzeugnissen durch Extraktion.
Da der Kunststoff- und Fasersektor im Vergleich zu anderen Sparten der
chemischen Industrie überdurchschnittlich hohe Wachstumsraten aufweist,
hat auch die Produktion der entsprechenden Rohstoffe außerordentlich
hohe jährliche Steigerungsraten (Bild 2).
Pyrolyseverfahren (Steamcracken)
Bei den Crackverfahren von Vakuumdestillaten mit Temperaturen zwischen
300 °C und 600 °C werden hauptsächlich die weniger stabilen
C - C -Bindungen in den langkettigen Molekülen gespalten. Die stabileren
C-H -Bindungen werden nur in geringem Umfang gespalten. Der Anteil an
Alkenen im Produktgemisch ist daher unter diesen Bedingungen relativ gering.
Bei Erhöhung der Spalttemperatur auf 700 - 950 °C werden die
Kohlenwasserstoffketten in stärkerem Maße in kurze Bruchstücke
zerlegt,
außerdem werden auch die stabileren C-H - Bindungen gespalten. Das
führt zur Bildung größerer Mengen an Alkenen im Produktgemisch.
Dabei werden hauptsächlich Benzine, aber auch Mitteldestillate (Dieselöl)
als Rohstoff eingesetzt. Einige Länder, z. B. die USA, verfügen
über Erdgasvorkommen, in denen neben dem Hauptprodukt Methan relativ
viel Ethan und Propan enthalten sind. Diese beiden Kohlenwasserstoffe
sind besonders gut als Rohstoffe geeignet, da sie bei der Pyrolyse hohe
Ausbeuten an Alkenen liefern.
Bei der Pyrolyse werden die Spaltrohstoffe in bis zu 200 m langen Rohren,
die von außen mit Brennern beheizt werden, auf die Spalttemperatur
erhitzt (Bild 3).
Um zu verhindern, dass die Spaltung vollständig zu den Elementen
Kohlenstoff (Ruß) und Wasserstoff führt, darf der Spaltrohstoff
(Leichtbenzin, Mitteldestillate) nur ganz kurz (0,1 bis 1 s je nach Temperatur)
erhitzt werden, und das Gemisch der Spaltprodukte muss anschließend
sehr schnell auf unter 350 °C abgekühlt werden.
Weiterhin wird zur Erhöhung der Ausbeute an Alkenen und zur Vermeidung
der Bildung von Ruß dem Spaltrohstoff noch Wasserdampf zugemischt,
daher wird die Pyrolyse auch als Steamcracken (engl. steam = Wasserdampf)
bezeichnet.
Der Anteil der gewünschten Alkene (Ethen, Propen, Butene, Butadien) kann durch die Temperatur gesteuert werden. Bei tieferen Pyrolysetemperaturen entstehen etwas mehr Propen und Butadien, bei höheren mehr Ethen. Bei 750-800 °C erhält man z. B. 17-18 % Propen und ca. 25 % Ethen, bei 950 °C und einer Spaltzeit um 0,1 s erhält man bis zu 35 % Ethen.
Das Produktgemisch wird dann über mehrere Destillationskolonnen
in die einzelnen Verbindungen aufgetrennt. Der Anteil an Kohlenwasserstoffen
mit einer Kettenlänge 
wird als Pyrolysebenzin
bezeichnet. Da darin große Mengen an Aromaten enthalten sind, ist
es ein wertvolles Ausgangsprodukt für die Gewinnung von Aromaten
und zugleich ein hochwertiger Vergaserkraftstoff mit hoher Oktanzahl.
Wasserstoff und Methan dienen z. B. als Heizgas. Ethan, Propan und Butan
werden in den Pyrolyseprozess zurückgeführt.
Moderne Steamcrack-Anlagen haben mehrere parallel geschaltete Spaltöfen
mit Kapazitäten von jeweils bis zu über 100 000 t Ethen/Jahr.