Мұнай өнімдерінің пиролизі

Жұмыс №4. Мұнай өнімдерінің пиролизі

        Пиролиз - мұнай және газ шикізаттарын термиялық крекинглеудің ең қатаң түрі. Пиролизге шикізатты терең қайта өңдеу реакциясы тән, бұл жеңіл газ тәріздес көмірсутектер мен ароматы моно және поли тізбекті көмірсутектердің, сондай ақ терең тығыздау өнімдері кокс және күлдің пайда болуына алып келеді. Пиролиздің мақсатты өнімдері газ, бай қанықпаған, оның ішінде негізінен құрамында төмен молекулалы ароматы көмірсутектері бар этилен, шайыр. Пиролиз өнімдерінде  химиялық белсенді көмірсутектер аллен, метилацетилен, циклопентадиен, циклогексан және т.б., бар, органикалық синтез және  мұнай химия өндірісі үшін ерекше қызығушылық тудыруда.  Олардың бөлінуі қазіргі уақытта қондырғылардың бірлік қуаттылығының  артуы және ірі өнеркәсіптік кешендерде химия өнімдерінің өндірісін  шоғырландыру есебінен қызығушылық тудырады.  

         Мұнай өнімдері көмірсутектерінің реакциялары жоғары температурада алуан түрлі. Молекулалардың термиялық ыдыраумен қатар синтез және изомеризациялау реакциялары жүреді. Бұл реакциялардың көбісі қайтымды. Шикізаттың жекелеген компанентері түрлі бағыттарда, бірақ түрлі жылдамдықтармен және әртүрлі термодинамикалық мүмкіндіктемен  әрекет етеді. Негізгі термиялық ыдырау реакциясы қайтымсыз болып табылады және әдетте газ фазаасында ағып жатқан біртекті мономолекулярлы бірінші ретті реакция ретінде қарастырылады. Оның жылдамдық константасы қысымға тәуелсіз. Термиялық ыдырау реакциясының жылдамдығы бірінші реттік теңдеуге бағынады:

UA =kV • CA

Мұндағы kV – тұрақты көлемдегі реакция жылдамдығының константасы,

                CA – А компоненттінің концентрациясы.

       Көмірсутек шикізаты бағытына, жылдамдығына және тереңдігіне әсер ететін негізгі факторлар процестің температурасы мен ұзақтығы болып табылады. Пиролиз кезінде химиялық түрлендірудің басым түрі көмірсутектердің ыдырауы болып табылады. Көмірсутектердің жылу тұрақтылығы бірдей емес, олардың молекулалық массасына және химиялық құрылымына байланысты, сондай ақ молекулалардың атомдары арасындағы байланыс энергиясымен тығыз байланысты.

        Байланыс энергиясы атомдар арасындағы байланыстың үзілуіне қажетті энергия мөлшері. Төменде әртүрлі кластардың көміртегі және көмірсутектердегі көміртегі мен сутегі  атомдары арасындағы байланыс энергиясы (кДж/моль) туралы орташа деректер келтірілген:        

       C-C және C-H молекулаларында байланыс энергиясы бірдей емес.  Оларға молекулада байланыстың орналасу жері және молекула құрылымы  әсер етеді. Ең төмен ықтималдық метаннан сутегінің бөлінуі. Молекулада көміртегі атомдарының саны артуына байланысты көмірсутектер Сn C 2n+2 байланысы әлсірейді. Көміртегі атомдары арасындағы байланыстың үзілу орны температураның өсуімен тізбек шетіне ығысады, бұл термиялық тұрақты төмен молекулалық көмірсутектердің (C1 –C5) түзілуіне  әкеледі. Көмірсутектердің негізгі түрлерінің жалпы салыстырмалы термодинамикалық тұрақтылығы парафинді және мұнай көмірсутектерінің олефинді, диолефинді, қош иісті көмірсутектерге ауысқанда, температураның артуымен артады. Алайда олифендер  екіншілік айналу реакцияларына қарағанда барлық температураларда тұрақсыз, өз кезегінде полимерлеруден және конденсациядан өтеді. Бұл реакциялар температура жағдайында, крекинг пен дегидрогендеудің біріншілік процестері айтарлықтай жылдамдықпен жүргенде термодинамикалық тиімді жағдайда болады және шайыр,кокс түзілуіне әкеледі. Сонымен қатар, жоғары температурада тікелей молекулалық ыдырау (көміртегі мен сутегіге) реакциясы маңызды рөл атқарады.