ЭТИЛЕН

Пиролиз – разрушение веществ под действием высокой температуры, эндотермический и энергоемкий процесс, где ключевую роль играет утилизация тепла.

Способы подвода тепла (виды пиролиза):

1. С внешним обогревом (наиболее распространенный)

2. Гомогенный (адиабатический) – с помощью перегретого водяного пара

3. Окислительный – частичное сгорание сырья кислородом

4. Регенеративный – нагрев твердым теплоносителем

Технология пиролиза с внешним обогревом:

Основной аппарат: Трубчатая печь.

Принцип работы: Сырье движется по трубам, которые обогреваются сжиганием топлива снаружи.

Особенности:

Сырье разбавляют водяным паром (до 50% масс.) для снижения коксообразования.

Несмотря на это, в трубах накапливается кокс, требующий периодической остановки печи для очистки.

Сырье: Этан, пропан, бензиновые фракции (нафта), газойли.

Суть процесса: Высокотемпературное разложение углеводородов в отсутствие кислорода.

Условия:

Температура: 800–870 °C ("этиленовый режим")

Давление: близкое к атмосферному

Время контакта: доли секунды

Разбавитель: водяной пар (до 50% масс.) для снижения парциального давления углеводородов и подавления коксообразования.

Основной аппарат: Трубчатая печь пиролиза.

Сырье движется по вертикальным трубам, обогреваемым в радиантной камере.

Современные печи мощностью до 50+ тыс. тонн этилена в год.

Технологическая схема пиролиза (краткое описание)

Назначение: Производство этилена и других олефинов путем высокотемпературного разложения углеводородов.

Основные стадии процесса:

1. Подготовка и нагрев сырья

Углеводородное сырье и пар-разбавитель предварительно нагреваются в конвекционной секции трубчатой печи за счет тепла дымовых газов.

2. Пиролиз

Нагретая смесь поступает в радиантную секцию трубчатой печи, где при температуре 850–870 °C происходит основная реакция пиролиза.

3. Закалка продуктов пиролиза

Горячие продукты быстро охлаждаются до 350–400 °C в закалочно-испарительном аппарате (ЗИА) для прекращения вторичных реакций.

Попутно генерируется пар высокого давления.

4. Первичное фракционирование и очистка

Охлажденные газы поступают в колонну, где отделяются тяжелые фракции (масла, кокс, сажа).

Тепло тяжелых фракций утилизируется в котлах-утилизаторах.

5. Окончательное охлаждение и разделение

Газ охлаждается до 100–120 °C, конденсируются легкие масла и вода.

Осушенный газ пиролиза направляется на установку разделения для выделения целевых продуктов (этилена, пропилена).

6. Утилизация тепла (сквозной процесс)

Тепло дымовых и пиролизных газов последовательно используется для:

Подогрева сырья и пара.

Генерации пара высокого давления.

Подогрева технологических потоков.

Разница между пиролизом и крекингом

Это смежные, но не тождественные процессы. Пиролиз — это частный, наиболее жесткий случай крекинга.

1. Крекинг (от англ. to crack — расщеплять)

Суть: Процесс термического или каталитического расщепления тяжелых углеводородов на более легкие.

Основная цель: Получение светлых нефтепродуктов (бензина, керосина).

Условия:

Температура: 450–550 °C

Давление: Повышенное

Продукты: Бензин, керосин, газойль, газ (побочно).

Типы: Термический и каталитический крекинг.

Крекинг — это в первую очередь процесс переработки нефти.

2. Пиролиз (от греч. pyr — огонь, lysis — разложение)

Суть: Высокотемпературное разложение углеводородов в отсутствие кислорода.

Основная цель: Целенаправленное получение химического сырья — низших олефинов (этилена, пропилена) и ароматических углеводородов.

Условия:

Температура: 750–900 °C и выше

Давление: Близкое к атмосферному

Разбавитель: Водяной пар (для снижения парциального давления)

Продукты: Этилен, пропилен, ацетилен, бензол, водород.

Особенность: Это крайняя форма термического крекинга с максимальной глубиной превращения.

Пиролиз — это процесс нефтехимического синтеза.

Перспективные способы получения этилена

Традиционный пиролиз остается основным методом, но его развитие связано с высокой энергоемкостью и зависимостью от нефти. Перспективные направления нацелены на снижение затрат, использование альтернативного сырья и уменьшение углеродного следа.

Электрокрекинг

Суть: Нагрев реакционной зоны с помощью электричества (резистивный, индукционный нагрев или использование плазмы).

Преимущества:

Быстрый нагрев (>10⁶ °C/с) и сверхкороткое время контакта.

Рекордный выход этилена (до 85% для этана).

Возможность использования "зеленой" электроэнергии.

Значительное снижение выбросов CO₂.

Статус: Демонстрационные установки (BASF, Linde, SABIC).

Дегидрирование этана

Суть: Прямое получение этилена из этана: C₂H₆ → C₂H₄ + H₂.

Преимущества ODH:

Процесс экзотермичен, не требует больших затрат энергии.

Низкая температура процесса (400-700 °C).

Отсутствие коксообразования.

Статус: Активные НИОКР, поиск селективных катализаторов.

Получение из синтез-газа

а) Прямое получение (из CO и H₂) Суть: 2CO + 4H₂ → C₂H₄ + 2H₂O.

Статус: В стадии фундаментальных исследований, низкая селективность.

б) Через метанол Суть: Уголь/природный газ → Синтез-газ → Метанол → Олефины

Статус: Промышленная технология особенно актуальна в регионах с дешевым углем.

Биотехнологические методы

Суть: Использование генномодифицированных микроорганизмов (дрожжей, бактерий) для ферментации сахаров в этилен.

Преимущества: Возобновляемое сырье, мягкие условия.

Статус: Коммерциализация начата, но высокая себестоимость.

Переработка пластиковых отходов

Суть: Пиролиз или каталитический крекинг смешанных пластиковых отходов с получением олефинов.

Преимущества: Решение экологической проблемы, циркулярная экономика.

Статус: Строительство первых промышленных установок.

Синтез-газ

В органическом синтезе применяют чистый оксид углерода (СО) или его смесь с водородом — синтез-газ (объемное соотношение СО : Н₂ от 1:1 до 2–2,3:1).

Свойства оксида углерода (СО):

• Бесцветный трудносжижаемый газ.

• Температура конденсации: –192°C.

• Образует взрывоопасные смеси с воздухом (12,5–74% об.).

• Сильный яд (ПДК = 20 мг/м³). Для защиты требуются специальные

Свойства водорода (Н₂):

• Температура конденсации: –252,8°C.

• Образует взрывоопасные смеси с воздухом (4–75% об.).

Получение синтез-газа:

Изначально синтез-газ получали из угля. В настоящее время основным способом является конверсия углеводородов (метана, природного газа, жидких фракций нефти) каталитическим или высокотемпературным методом.