Отримання етилену

Етилен або етен - це безбарвний горючий газ, що володіє слабким мускатним і солодким запахом. Його хімічна формула C2H4. Етен є найпростішим алкенами (ненасичені вуглеводні, що мають одну подвійну зв`язок між сусідніми атомами вуглецю). Молярна маса - 28,05 г / моль. Температура плавлення - -169,2 ° С, температура кипіння - -103,7 ° С. Температура спалаху - -136 ° С, самозаймання - +542,8 ° С. У 1680 році І. Берхером (німецький лікар і хімік) з винного спирту при впливі на нього купоросним маслом (так у той час називалася сірчана кислота) було вперше здійснено отримання етилену з етилового спирту. Структурну формулу етилену в 1860 році встановив російський хімік А. М. Бутлеров в результаті реакції йодистого метилену з міддю. Цей газ трохи легший за повітря, він погано розчиняється у воді, в органічних розчинниках - добре.

Отримання етилену і вивчення його властивостей, початок якого відноситься до середини 19 століття, призвело сьогодні до того, що етилен є найбільш затребуваним органічною сполукою. Його світове виробництво досягло в 2006 році більше 109 мільйонів тонн. Сьогодні отримання етилену продовжує розвиватися. До 2010 року його випускали не менше 117 компаній в 55 країнах. Етилен застосовують в якості сировини у виробництві поліетиленів високого і низького тиску, Севіля та інших полімерних матеріалів, отриманих в процесі кополімеризації з різними сомономером. Також його використовують для отримання етилбензолу і стиролу, окису етилену, вінілхлориду, вінілацетату, оцтової кислоти, етилового спирту та етиленгліколю.

Чим викликаний зростання виробничих потужностей, націлених на отримання етилену? Головним чином розширенням ринку полімерних матеріалів. Поліетілен різних типів споживають більше половини світового виробництва етилену. Цей полімерний матеріал є самим використовуваним в світі пластиком. З нього виготовляють плівки різного призначення. Лінійні альфа-олефіни, отримані шляхом олігомеризації (формування коротких ланцюгів полімерів) використовуються як прекурсорів, миючих засобів, пластифікаторів, синтетичних мастильних матеріалів, присадок, а також в якості сомономером у виробництві поліетиленів. Інше найважливіше напрям використання етилену - це його окислення з метою отримання окису етилену, що є основною сировиною у виробництві поверхнево-активні речовин та миючих засобів. Оксиран піддається гідратації, в результаті отримують етиленгліколь. Він широко використовується в якості автомобільного антифризу.

Сьогодні отримання етилену здійснюється в основному в результаті піролізу прямогонного бензину або широкої фракції легких вуглеводнів. У Росії та колишніх республіках СРСР діють установки різної потужності, побудовані як за вітчизняними (Гіпрокаучук, ВНІПІНефть, Башгіпронефтехім), так і по закордонних технологіях (Linde AG). Діючі виробництва можна розділити на три групи: невеликої потужності (30 і 60 тис. Тонн етилену на рік), середньої (100 і 200 тис. Тонн на рік) і високої (300 і 450 тис. Тонн етилену на рік). Зараз у світі експлуатуються установки з набагато більшою потужністю: від 400 до 500 і навіть до 800 тисяч тонн етилену на рік. Таке зростання виробництва дозволяє скорочувати питомі матеріальні, енергетичні та капітальні витрати.

Отримання етилену здійснюється на хімічних виробництвах, що включають установку піролізу, установку газоразделенія, установку хімводоочистки. Сировина - бензин або інша світла фракція нафтовидобутку або нафтопереробки в суміші з водяною парою (для зниження процесу утворення коксу в трубах печей). Сировина надходить в печі піролізу, де при температурі від 750 до 900 ° С утворюється пірогазу, що складається з водню і вуглеводнів, в молекулах яких міститься від одного (метан) до двадцяти вуглецевих атомів. Тепло пірогазу утилізується в спеціальних апаратах, де виробляється з хімочіщенной води пар високого тиску, а охолоджений пірогазу надходить на установку виділення смоли піролізної (важкої) і піроконденсата. Після цього пірогазу, що містить в основному вуглеводні від С1 до С4, подається на турбокомпресор (турбіни приводяться в дію парою високого тиску), звідки під тиском подається на ректифікаційні колони установки газоразделенія. Тут відбувається виділення таких основних продуктів, як етилен і пропілен (вихід його, порівняно з етиленом, завжди в 2 рази менше), а також побічних продуктів: водень, метан, етан, пропан, бутилен-бутадиеновая фракція, смола піролізна легка або компоненти автмобільних бензинів.

Можливо також отримання етилену каталітичним піролізом. У промислових масштабах цей метод не реалізований, хоча його випробування в нашій країні в свій час проводилися не тільки на лабораторних установках, а й в промислових умовах. Перевагою його є можливість зниження температури піролізу за рахунок застосування каталізаторів. В результаті підвищення вибірковості (селективності) процесу підвищується, в порівнянні з термічним пиролизом, вихід етилену і пропилену, скорочується утворення побічних продуктів, а також коксу. В даний час дослідники в різних країнах працюють у напрямку пошуку ефективного каталізатора і апаратурного оформлення процесу.