Piroliza etanului

INTRODUCERE

Cracarea termică la presiuni joase, piroliza, a fost aplicată în tehnica mondială cu mult înaintea cracării la presiuni înalte. Realizarea ei s-a bazat pe observaţiile făcute în anii 1850 – 1860 cu privire la descompunerea fracţiunilor grele de ţiţei sub acţiunea temperaturilor înalte, cu formare de alchene inferioare si de hidrocarburi aromatice. Aceste observaţii i-au permis lui Mendeleev să prezică, încă de la sfârşitul secolului trecut importanţă pe care are să o capete procesul pentru industria chimică.

Sub denumirea de piroliză, procesul a fost folosit în preajma şi în timpul primului război mondial pentru fabricarea benzenului, toluenului, xilenilor şi naftalinei, folosindu-se drept materie primă fracţiunile de petrol şi motorină.

Piroliza se găseşte în concurenţă cu procesele de cracare, îndeosebi cu procesul de cracare catalitică, pentru producţia de propenă, butenă şi butadienă şi cu procesul de reformare catalitică pentru producţia de hidrocarburi aromatice. Mai mult de 3/4 din consumul de propenă al industriei petrochimice provine din procesele de piroliză.

Mecanismul reacţilor de piroliză şi caracteristicile lor cinetice şi termodinamice sunt similare reacţiilor de cracare termică. S-a arătat că prin reacţiile în lanţ ,prin mechanism radicalilor liberi se reuşeşte să se prevadă, cu o precizie apreciabilă, compoziţia produselor rezultate din piroliza oricărei hidrocarburi.

În unele cazuri s-au observat totuşi abateri remarcabile, care, în general cresc cu masa moleculară şi complexitatea structurală a hidrocarburilor.

În piroliză reacţia principală constă în scindarea moleculelor de hidrocarburi alcalinice în alcani şi olefine. Aceasta este urmată de uhn complex de reacţii successive şi paralele de cracare, dehidrogenare, polimerizare etc.

În ansamblu, procesul de piroliză este unul dintre cele mai complexe din industria de prelucrare a hidrocarburilor cu capacităţi de alimentare cu materie primă până la cca. 2.0 Mt/an şi o producţie de etenă până la 0.7Mt/an, cuprinde un număr şi o varietate considerabilă de operaţii termice, catalitice, de compresie şi fracţionare între temperaturi de -1000C şi 8500C, cu debite de gaze până la 150 000 m3/h şi presiuni până la 35 bari; se realizează fracţionări fine cu purităţi până la 99.9% etc.

Capacitatea de producţie a instalaţiilor de piroliză mai noi variază între 200 000 şi 700 000 t/an etenă, cu o medie de cca. 300 000 t/an.

Procesul de piroliză prin încălzire în cuptoare tubulare este singurul care s-a aplicat industrial de mai bine de 5 decenii, deşi în ultimii 10-20 ani au fost încercate la scara pilot, în instalaţii de demonstraţie şi în prototipuri, alte procedee de încălzire a materiei prime, precum şi procese de conversie catalitică din gazul de sinteză sau metanol.

Deşi din punct de vedere termodinamic, cinetic şi al mecanismului de reacţie, reacţiile de piroliză sunt similare celor de cracare termică, totuşi procesele de piroliză industrială diferă de cracările termice prin obiectivul urmărit, materiile prime utilizate şi produsele obţinute, prin condiţiile de lucru şi prin instalaţiile în care se realizează procesul.

Se urmăreşte în primul rând obţinerea etenei. Împreună cu aceasta, în funcţie de material primă şi de condiţiile de lucru, se produc proporţii variabile de gaze H2+C1, alcani C2-C4, olefine C2-C4, o fracţie de benzină C5-2000C bogată în aromatice şi un produs rezidual 2000C+.

După o pauza de aproape două decenii, timp în care procesul de piroliză prezenta exclusiv un interes istoric, el reapare şi cunoaşte o rapidă dezvoltare,ca urmare a cererilor mari de alchene inferioare, în special de etenă, cereri ce nu puteau fi acoperite prin separarea etenei din gazele de rafinărie.

Această schimbare radicală a fost consecinţa punerii la punct a proceselor de fabricare a unor produse de sinteza de largă utilizare şi mare tonaj: polietilena si polipropilena, etil-benzen, izopropil-benzen, etilen-oxidul, clorura de vinil, glicolii etc. care la rândul lor servesc la fabricarea unor produse chimice de mare consum.

Materiile prime constau din: etan, propan, n-butan şi amestecuri ale acestora: benzine primare (nafta): rafinatul liber de aromatice al benzinelor de RC; benzine hidrogenate proveninâd din procesele de cracare termică (reducere de vâscozitate, cocsare) motorine DA şi motorine DV, ca atare sau dezaromatizate şi desulfurizate parţial prin hidratare. În unele din procesele de piroliză neconvenţionale se urmăreşte piroliza ţiţeiului şi a produselorreziduale rezultate din prelucrarea acestuia; în altele se producea etenă prin reacţii catalitice.

Materia primă se caracterizează prin conţinutul de componenţi puri, în cazul alimentării cu C2, C3, C4, sau cu amestecuri ale acestora. Pentru materiile prime lichide (benzine sau motorine) se determină usual densitatea, curba de distilare, compoziţia PONA, proprietăţile spectrale şi unii indici de caracterizare.