Получение этилена

Видео: Получение этилена

Этилен или этен — это бесцветный горючий газ, обладающий слабым мускатным и сладким запахом. Его химическая формула C2H4. Этен является простейшим алкеном (ненасыщенные углеводороды, имеющие одну двойную связь между соседними атомами углерода). Молярная масса — 28,05 г/моль. Температура плавления — -169,2 °С, температура кипения — -103,7 °С. Температура вспышки — -136 °С, самовоспламенения — +542,8 °С. В 1680 году И. Берхером (немецкий врач и химик) из винного спирта при воздействии на него купоросным маслом (так в то время называлась серная кислота) было впервые осуществлено получение этилена из этилового спирта. Структурную формулу этилена в 1860 году установил русский химик А. М. Бутлеров в результате реакции йодистого метилена с медью. Этот газ чуть легче воздуха, он плохо растворяется в воде, в органических растворителях — хорошо.

Видео: Лабораторная работа по химии 10 класс

Получение этилена и изучение его свойств, начало которого относится к середине 19 века, привело сегодня к тому, что этилен является самым востребованным органическим соединением. Его мировое производство достигло в 2006 году более 109 миллионов тонн. Сегодня получение этилена продолжает развиваться. К 2010 году его выпускали не менее 117 компаний в 55 странах. Этилен применяют в качестве сырья в производстве полиэтиленов высокого и низкого давления, сэвилена и других полимерных материалов, полученных в процессе сополимеризации с различными сомономерами. Также его используют для получения этилбензола и стирола, окиси этилена, винилхлорида, винилацетата, уксусной кислоты, этилового спирта и этиленгликоля.

Чем вызван рост производственных мощностей, нацеленных на получение этилена? Главным образом расширением рынка полимерных материалов. Полиэтилены различных типов потребляют более половины мирового производства этилена. Этот полимерный материал является самым используемым в мире пластиком. Из него изготавливают пленки различного назначения. Линейные альфа-олефины, полученные путем олигомеризации (формирование коротких цепей полимеров) используются в качестве прекурсоров, моющих средств, пластификаторов, синтетических смазочных материалов, присадок, а также в качестве сомономеров в производстве полиэтиленов. Другое важнейшее направление использование этилена — это его окисление с целью получения окиси этилена, являющейся основным сырьем в производстве поверхностно-активные веществ и моющих средств. Окись этилена подвергается гидратации, в результате получают этиленгликоль. Он широко используется в качестве автомобильного антифриза.

Сегодня получение этилена осуществляется в основном в результате пиролиза прямогонного бензина или широкой фракции легких углеводородов. В России и бывших республиках СССР действуют установки различной мощности, построенные как по отечественным (Гипрокаучук, ВНИПИНефть, Башгипронефтехим), так и по зарубежным технологиям (Linde AG). Действующие производства можно разделить на три группы: небольшой мощности (30 и 60 тыс. тонн этилена в год), средней (100 и 200 тыс. тонн в год) и высокой (300 и 450 тыс. тонн этилена в год). Сейчас в мире эксплуатируются установки с гораздо большей мощностью: от 400 до 500 и даже до 800 тысяч тонн этилена в год. Такой рост производства позволяет сокращать удельные материальные, энергетические и капитальные затраты.

Получение этилена осуществляется на химических производствах, включающих установку пиролиза, установку газоразделения, установку химводоочистки. Сырье - бензин или другая светлая фракция нефтедобычи или нефтепереработки в смеси с водяным паром (для снижения процесса образования кокса в трубах печей). Сырье поступает в печи пиролиза, где при температуре от 750 до 900 °С образуется пирогаз, состоящий из водорода и углеводородов, в молекулах которых содержится от одного (метан) до двадцати углеродных атомов. Тепло пирогаза утилизируется в специальных аппаратах, где вырабатывается из химочищенной воды пар высокого давления, а охлажденный пирогаз поступает на установку выделения смолы пиролизной (тяжелой) и пироконденсата. После этого пирогаз, содержащий в основном углеводороды от С1 до С4, подается на турбокомпрессор (турбины приводятся в действие паром высокого давления), откуда под давлением подается на ректификационные колонны установки газоразделения. Здесь происходит выделение таких основных продуктов, как этилен и пропилен (выход его, по сравнению с этиленом, всегда в 2 раза меньше), а также побочных продуктов: водород, метан, этан, пропан, бутилен-бутадиеновая фракция, смола пиролизная легкая или компоненты автмобильных бензинов.

Видео: Органическая химия

Возможно также получение этилена каталитическим пиролизом. В промышленных масштабах этот метод не реализован, хотя его испытания в нашей стране в свое время проводились не только на лабораторных установках, но и в промышленных условиях. Преимуществом его является возможность снижения температуры пиролиза за счет применения катализаторов. В результате повышения избирательности (селективности) процесса повышается, по сравнению с термическим пиролизом, выход этилена и пропилена, сокращается образование побочных продуктов, а также кокса. В настоящее время исследователи в разных странах работают в направлении поиска эффективного катализатора и аппаратурного оформления процесса.