Пластики, эластомеры и нанокомпозиты. Полиолефины. Часть 1

Наиболее распространенным промышленным путем синтеза алкенов является крекинг сырой нефти. Крекинг — это процесс, при котором сложные органические молекулы распадаются на более простые молекулы (например, легкие углеводороды) путем разрыва углерод-углеродных связей в предшественниках. Паровой крекинг — это нефтехимический процесс, при котором насыщенные углеводороды распадаются на более мелкие, часто ненасыщенные, углеводороды. Это основной промышленный метод получения более легких алкенов (олефинов), включая этен (или этилен) и пропен (или пропилен). При паровом крекинге газообразную или жидкую углеводородную сырьевую нафту, LPG (газ низкого давления) или этан разбавляют паром и затем кратковременно нагревают в печи, очевидно, без присутствия кислорода. Как правило, температура реакции очень высокая (около 850 °С), но реакция может протекать очень быстро. В современных крекинг-печах время пребывания сырья сокращается даже до миллисекунд (в результате чего скорости газа достигают скоростей, превышающих скорость звука), чтобы улучшить выход желаемых продуктов.

После того, как температура крекинга достигнута, газ быстро охлаждают, чтобы остановить реакцию в теплообменнике подающей линии. Продукты, получаемые в реакции, зависят от состава сырья, от соотношения углеводорода и пара, а также от температуры крекинга и времени пребывания в печи. Легкие углеводородные исходные материалы (такие как этан, сжиженный нефтяной газ или легкие нафты) дают потоки продуктов, богатые более легкими алкенами, включая этилен, пропилен и бутадиен. Более тяжелые углеводородные (полносортовые и тяжелые нафты, а также другие продукты нефтепереработки) дают некоторые из них, но также дают продукты, богатые ароматическими углеводородами, подходящие для включения в бензин или мазут. Более высокая температура крекинга способствует выработке этена и бензола, тогда как более низкая приводит к относительно большему количеству пропена, С4-углеводородов и жидких продуктов. Этилен синтезируется паровым крекингом; однако пропилен является просто побочным продуктом. Пропилен синтезируется другими методами, такими как дегидрирование пропана. FCC LPG (жидкий каталитический крекинг сжиженного нефтяного газа) является важным источником пропилена и бутилена.

Условия в автоклавах: 1500-2000 атм, +180-290 ° С, в трубчатых реакторах: 1500-3500 атм, +140-180 ° С. Регулирование нагрева является одной из важнейших характеристик процесса производства полиолефинов. Приведенный ниже пример иллюстрирует экзотермическое тепло, выделяемое в процессе полимеризации, по сравнению с полистиролом. Пример для производительности 27 т / час. LDPE: eDHp ¼ 800 ккал / кг для C2H4, PS: eDHp ¼ 160 ккал / кг для PS. Трубчатый реактор похож на длинный теплообменник. Этилен циркулирует через компрессор. Основное повышение давления подаваемого потока осуществляется с помощью гиперкомпрессора для создания давления, необходимого для свободнорадикальной полимеризации. Эта свободнорадикальная полимеризация использует пероксидные инициаторы или кислород для ускорения реакций полимеризации.

Коммерческие трубчатые реакторы обычно имеют длину от 1000 до 2500 м. Они состоят из труб высокого давления, каждая длиной 10-15 м, в серпантиноподобной структуре в бетонном отсеке. Первая секция реактора используется в качестве предварительного нагревателя. Температура этилена должна быть достаточно высокой, чтобы начать реакцию. Хотя в качестве инициатора для автоклавного реактора используются только органические пероксиды, кислород (воздух) также используется для генерирования свободных радикалов, необходимых для инициирования реакции полимеризации в трубчатом реакторе. Поэтому температура инициирования может варьироваться от +140 (пероксиды) до +180 °С (кислород). Когда в качестве инициатора используется кислород, воздух добавляется к этиленовому газу в зонах низкого давления процесса. В следующей части продолжим рассказ о технологиях производства полиолефинов.