2. Технологическая часть.

2.1. Теоретические основы технологического процесса.

При пиролизе, термическом разложении углеводородов, происходят реакции, которые можно разделить на 3 основные группы:

а) реакции деструкции, идущие с образованием непредельных углеводородов.

б) реакции конденсации и полимеризации, ведущие к укрупнению молекул углеводородов и смолообразованию.

в) реакции прямого молекулярного распада с образованием кокса и водорода.

Реакции, относящиеся к первой группе:

C₂H₆ C₂H₄ + H₂

2C₂H₆ C₂H₄ + 2CH₄

C₂H₄ C₂H₂ + H₂

C₃H₈ C₃H₆ + H₂

C₃H₈C₂H₄ + CH₄

Это основные реакции, т.к. идут с образованием целевого продукта – этилена. Одновременно идут побочные реакции: реакции конденсации и полимеризации, идущие с образованием смол и реакции с образованием атомарного углерода (кокса, сажи), водорода и ацетилена.

Реакции, относящиеся ко второй группе:

CH₄ + C₂H₄ C₃H₈

2C₂H₄ C₄H₈

C₂H₂ + C₂H₄ C₄H₆

C₄H₈ + H₂ C₄H₁₀

C₃H₆ + C₂H₄ C₅H₁₀

3C₂H₂ C₆H₆

Реакции, относящиеся к третьей группе:

C₂H₆2C + 3H₂ С₃Н₈ 2CH₄ + C

CH₄ C + 2H₂

2C₂H₆ 2CH₄ + H₂ + C₂H₂

Химизм процесса пиролиза чрезвычайно сложен. Исходя из химизма процесса, можно заключить, что пиролиз это высокотемпературный процесс, идущий с увеличением объема и протекающий по механизму сложных обратимых реакций.

Основными факторами процесса пиролиза являются фракционный состав и химическая природа сырья, температура, давление и время контакта сырья.

Влияние температуры на ход процесса следует рассматривать в нескольких аспектах, как фактор воздействия на положение равновесия, реакций пиролиза и на скорость реакций.

Чтобы увеличить выход продуктов расщепления (газа, содержащего низшие олефины) и снизить выход продуктов уплотнения (кокса, смолы), в реакционной зоне, следует поддерживать высокую температуру (800-850градусов).

Давление влияет на процесс пиролиза следующим образом. Повышение давления в системе, во-первых, подавляет целевые реакции расщепления и дегидрирования, во-вторых, благоприятно влияет на протекание вторичных реакций полимеризации и конденсации.

В связи с этим проведение пиролиза руководствуется принципом Ле-Шателье. Понижение общего или уменьшение парциального давления паров углеводородов способствует увеличению выхода низших олефинов. В этом случае положение равновесия для реакций полимеризации и конденсации смещается влево, а скорость протекания этих реакций уменьшается за счет снижения парциального давления (концентраций) реагентов. Разбавление углеводородов водяным паром понижает их парциальное давление и тем самым способствует протеканию реакции инициирования и β – распада за счет подавления остальных реакций. На практике степень разбавления подбирается

исходя из жесткости условий пиролиза и типа сырья.

Исключительной важностью является время контакта в процессе пиролиза. Время пребывания сырья в зоне реакции определяет не только степень конверсии сырья, но и состав продуктов реакции. Продолжительное пребывания сырья в зоне реакции увеличивает степень протекания побочных реакций (поляризации, циклизации, дегидрирования и др.), кроме того, за это время, может быть, достичь состояния термодинамического равновесия, сопровождающееся разложением первичных и вторичных продуктов на кокс и водород. Поэтому ограничивают конверсию сырья (жесткость до 50-70%). Для того чтобы сохранить высокий выход олефиновых углеводородов, целесообразно сократить время пребывания сырья в реакционной зоне. Однако время реакции для высокотемпературных процессов связано со скоростью нагрева сырья до температуры реакции. Чем быстрее нагревается сырье в зоне подогрева реактора, тем меньше времени требуется для проведения процесса.