Чим піроліз відрізняється від крекінгу
Отже, для початку - що ж таке алкени? Це ненасичені ациклічні вуглеводні, що містять в молекулі одну подвійну зв'язок типу С == С. Першим членом ряду є етилен (етен) CH 2 == CH 2. безбарвний газ з температурою кипіння -103,8 ° С. Слідом за ним йде пропілен (пропен) СН 2 СН == СН 2. Температура кипіння цього газу становить вже -47,7 ° С. Далі йдуть н -бутілени і ізобутилен, що мають температуру кипіння трохи нижче 0 ° С.
Ці сполуки і є основними вихідними мономерами для отримання соєвого молока. Самі ж вони виходять з нафти і газу в результаті піролізу. Процес цей в якійсь мірі близький до крекінгу, але має і свої особливості.
Здійснюють піроліз в спеціальних печах, обладнаних змеевиками. Уявіть собі безперервну трубу, скручену у вигляді спіралі з радіусом в два-три метри (це і є змійовик) і вміщену в металевий циліндр, стінки якого зсередини захищені товстим вогнетривким покриттям. Це і буде пекти піролізу. Тільки не забудьте ще про форсунки, вмонтовані в піч на різній висоті. Через них в піч подається топковий газ.
У змійовик подається шихта - суміш вуглеводневої сировини і водяної пари. А в міжтрубномупросторі спалюється газове паливо. Температура всередині змійовика піднімається до 900 ° С, а якщо треба, то і вище, і вуглеводні розпадаються з утворенням алкенсодержащего газу. Але на відміну від вже відомого вам термічного крекінгу, головне завдання піролізу не в тому, щоб отримати більш легкі, ніж сировина, рідкі вуглеводні, а в тому, щоб перетворити всю сировину в газ і при цьому зберегти в ньому виникають вже на перших стадіях процесу індивідуальні алкени, так як саме вони і є цільові продукти піролізу.
Тому при піролізі застосовують метод гарту. Сенс його полягає в тому, щоб зупинити ланцюгові реакції рекомбінації хімічних радикалів різким зниженням температури. На практиці для цього максимально підвищують температуру в піролізних печах, максимально збільшують швидкість подачі сировини в змійовик, а на закінчення, після виходу продуктів піролізу з печі, різко охолоджують їх в спеціальному пристрої - гартівно-випарному апараті.
Це теж змійовик, але простір навколо труб не підігрівають, а навпаки, охолоджують проточною водою. Температура суміші при цьому за кілька секунд падає втричі, а то й більше. Така технологічна хитрість дозволяє зберегти нижчі алкени, не дає їм можливості вступити в наступні реакції з перетворенням, наприклад, в бензол і його гомологи. У сучасних піролізніков один бог - жорсткість процесу. Стеля температур визначається тільки якістю стали, з якої зроблений змійовик. Час перебування сировини в зоні реакції повинно бути мінімальним (частки секунди), а значить, подавати шихту потрібно з такою швидкістю, яку дозволяє газодинаміка і тепло- і масообмін, скажімо, при температурі всередині змійовика в 950 ° С. Недарма ж одна з останніх модифікацій піролізної печі, спроектованої в Нідерландах, має фірмову назву "Міллісеконд". Так до відома потенційного покупця ненав'язливо доводять, що час перебування обчислюється тисячними частками секунди.
Що стосується температури піролізу, то фахівці в напівжарт пропонували характеризувати темпи технічного прогресу в цій технології швидкістю зростання температури в печах в градусах в рік. А що! Сенс в цьому є, особливо якщо взяти до уваги, що за останні 25 - 30 років температури в пірозмеевіках зросли майже на 200 ° С.
Як і при крекінгу, в піролізних перетвореннях відбувається перерозподіл вуглецю і водню між сировиною і продуктами. Поряд з алкенами утворюються водень і метан, а також смоли і інші продукти, включаючи кокс.
Здавалося б, такій різноманітності треба радіти, тим більше, що виробництвом коксу, необхідного металургійної промисловості, навіть доводиться займатися спеціально. Однак в даному випадку, як то кажуть, кокс-то кокс, та не той! Він відкладається на стінках пірозмеевіка і з ним, навпаки, доводиться боротися. Печі піролізу періодично зупиняють на випал коксу, інакше теплопровідність стінки змійовика падає.
Смоли піролізу також є побочньм продуктом. Правда, останнім часом їх намагаються використати для виробництва термополімер, в якості вихідної сировини для отримання сажі, необхідної в гумової промисловості, і для деяких інших цілей. Насичують їх також і воднем, піднімаючи таким чином співвідношення водень: вуглець майже до рівня вихідної сировини і повертаючи на стадію піролізу. Звичайно, подібна операція вимагає певних витрат, але при вдале технологічне рішення додаткові витрати швидко окупаються.
А ось з метаном на піролізному виробництві зробити поки нічого не можуть. Це безповоротна втрата, коли щодо дороге Піролізне сировину звертається в паливний газ. Найгірше, що вихід метану важко зменшити, так як він зростає з підвищенням жорсткості піролізу.
Але зневірятися не варто. Все ж є надія максимально підвищити ефективність піролізу і відповідно знизити утворення метану, відповідним чином підбираючи і готуючи сировину, коректуючи його вуглеводневий склад.
Справа в тому, що при однаковій жорсткості піролізу різні вуглеводні дають неоднакове розкладання в газ. Найкраще мати справу з етаном: він на 80% перетворюється в етилен. Хороші результати також дають вищі алкани. За ними по ефективності стоять циклогексан і алкілціклогексани. Потім в сторону погіршення цей ряд продовжують изомеризовать алкани.
Приблизно на тому ж рівні варто ефективність піролізу пропану - на кожну молекулу етилену неминуче освіту і однієї молекули метану. Що ж стосується ароматичних вуглеводнів, то в кращому випадку вони не знижують газоутворення, а в гіршому - перетворюються в смоли і кокс.
Досить високу ефективність в якості сировини піролізу показують прямогонні бензини. При оптимальній схемі крім багатого алкенами пірогазу утворюється ще й піроконденсата, що містить значну кількість бензолу. В цілому вихід цільових продуктів при піролізі прямогонного бензину можна довести до 70%. Решта припадає на частку метано-огрядною фракції, смоли і коксу.
На жаль вести піроліз, використовуючи найкраща сировина, можливо далеко не завжди. Етана мало, а прямогонний бензин використовують ще для багатьох інших цілей. Тому для підвищення ефективності піролізу в даний час досить часто використовуються важкі фракції нафти, включаючи мазут. Вихід цільових низьких алкенов при використанні такої сировини, звичайно, істотно зменшився, подорожчало і обладнання, але в цілому така переробка все одно є досить вигідною справою.
Справа в тому, що попередньо фракції мазуту піддають каталітичної гідрообробки, а продукти піролізу використовують комплексно. Крім етилену і пропилену (етена і пропена) використовують також фракції С4 і C5, з яких потім отримують бутени, 1,3-бутадієн, 2-метил-1,3-бутадієн (ізопрен) і 2,4-Пентада. Рідку частину піроконденсата потім відправляють на виробництво бензолу, а пірогазу переробляють в ректифікаційних колонах, отримуючи цільові алкени.