Производство этилена

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО  ОБРАЗОВАНИЯ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

на тему:

«Производство этилена»

 

 

 

 

Выполнил:

 

 

 

 

 

Принял:

 

 

 

 

 

Тверь 2011

В настоящей  курсовой работе используются следующие  термины с соответствующими определениями:

Этиле́н (по ИЮПАК: этен) — органическое химическое соединение, описываемое формулой С2H4. Является простейшим алкеном (олефином). В природе этилен практически не встречается. Это бесцветный горючий газ со слабым запахом. Частично растворим в воде (25,6 мл в 100 мл воды при 0°C), этаноле (359 мл в тех же условиях). Хорошо растворяется в диэтиловом эфире и углеводородах. Содержит двойную связь и поэтому относится к ненасыщенным или непредельным углеводородам. Играет чрезвычайно важную роль в промышленности, а также является фитогормоном. Этилен — самое производимое органическое соединение в мире; общее мировое производство этилена в 2008 году составило 113 миллионов тонн и продолжает расти на 2—3 % в год. Наркотик. Класс опасности - четвертый.

 

Пиролиз (от греч. pyr — огонь, жар и lysis — разложение, распад) — термическое разложение органических соединений (древесины, нефтепродуктов, угля и прочего) без доступа воздуха. При пиролизе образуется синтез-газ (сингаз), а также другие продукты. Процесс пиролиза углеводородов (800-900°С) (газовых углеводородов, прямогонного бензина, атмосферного газойля) является основным источником получения этилена и одним из главных источников получения пропилена, дивинила, бензола и ряда других продуктов.

 

Коксообразование при крекинге является конечным результатом реакций циклизации, дегидрогенизации и конденсации, протекающих в сложной смеси углеводородов. Коксообразование может осуществляться посредством свободно-радикальных реакций или кислотно-катализируемых реакций полимеризации промежуточных продуктов пиролиза. Повторение этих стадий способствует формированию коксового остатка.

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

Введение

1. Аналитический  обзор

1.1 Теоретические  сведения 

1.2 Способы  получения этилена

1.2.1 Непрерывный  контактный пиролиз во взвешенном  слое твердого теплоносителя

1.2.2 Непрерывный  пиролиз в движущемся слое  твердого теплоносителя

1.2.3 Каталитическое  гидрирование ацетилена в этилен

1.2.4 Окислительный  пиролиз

1.2.5 Пиролиз в трубчатых печах

2 . Технологическая  часть

2.1 Химизм  процесса

2.2 Описание  технологической схемы

2.3 Технико-технологические  расчёты

2.3.1 Материальный  расчет

2.3.2 Тепловой  расчет аппарата

Заключение

Список литературы

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Этилен — химически активное вещество. Так как в молекуле между атомами углерода имеется двойная связь, то одна из них, менее прочная, легко разрывается, и по месту разрыва связи происходит присоединение, окисление, полимеризация молекул.

 

 

Модели молекулы этилена приведены на рис. 1.

 

 

Рис.1. Модели пространственного строения молекулы этилена:

 

а - тетраэдрическая; б - шаростержневая; в - по Бриглебу

 

Этилен впервые  был получен немецким химиком  Иоганном Бехером в 1680 году при действии купоросного масла на винный спирт. Вначале его отождествляли с "горючим  воздухом", т.е. с водородом. Позднее, в 1795 году этилен подобным же образом  получили голландские химики Дейман, Потс-ван-Труствик, Бонд и Лауеренбург и описали под названием "маслородного газа", так как обнаружили способность этилена присоединять хлор с образованием маслянистой жидкости - хлористого этилена ("масло голландских химиков").

Изучение  свойств этилена, его производных  и гомологов началось с середины ХIХ века. Начало практическому использованию  этих соединений положили классические исследования А.М. Бутлерова и его  учеников в области непредельных соединений и особенно созданная  Бутлеровым теория химического строения. В 1860 году он получил этилен действием  меди на йодистый метилен, установив  структурную формулу этилена.

 

Этилен (другое название — этен) — химическое соединение, описываемое формулой С2H4. В природе  этилен практически не встречается. Это бесцветный горючий газ со слабым запахом. Частично растворим  в воде (25,6 мл в 100 мл воды при 0°C), этаноле (359 мл в тех же условиях). Хорошо растворяется в диэтиловом эфире и углеводородах.

 

Этилен является простейшим алкеном (олефином). Содержит двойную связь и поэтому относится  к ненасыщенным соединениям. Играет чрезвычайно важную роль в промышленности, а также является фитогормоном.

 

Этилен представляет собой бесцветный газ, обладающий слабым, едва ощутимым запахом. Он плохо растворим  в воде (при 0°С в 100 г воды растворяется 25,6 мл этилена), горит светящимся пламенем, образует с воздухом взрывчатые смеси. Термически менее устойчив, чем метан. Уже при температурах выше 350°С этилен частично разлагается на метан и ацетилен:

3С₂Н₄ = 2СН₄ + 2С₂Н₂

 

При температуре  около 1200°С диссоциирует главным образом на ацетилен и водород:

С₂Н₄ = С₂Н₂ + Н₂

 

Для получения  этилена и его гомологов методом  пиролиза в качестве сырья используют этан, пропан, бутан, содержащиеся в  попутных газах нефтедобычи, газах  термического и каталитического  крекингов, а также жидкие углеводороды: газовый бензин и низкоактановые бензино-легроиновые фракции прямой гонки нефти.

Производительность  существующих печей для пиролиза углеводородов составляет 3,5-4 т перерабатываемого  сырья в час. Печи новой конструкции  рассчитаны на переработку 7-10т сырья  в час.

Основные  направления использования этилена  включают производства: полиэтилена, поливинилхлорида, стирола, пропионовой кислоты, этанола, ацетальдегида, винилацетата, этиленгликоля, пропионовой альдегида. В конечной структуре потребления этилена 65-70% занимают пластические массы, 10% - производные  этиленгликоля (главным образом  производные, антифризы), 5% - синтетические  волокна, 5% - растворители и 10-25% прочая продукция.

Структура потребления  этилена в бывшем СССР характеризовалась  следующими данными: полиэтилен – 38,4%, этанол – 17,4%, этилбензол – 7,6%, хлорпроизводные  – 14,9%, ацетальдегид – 2,7%, этиленоксид  – 13,7% и прочие – 5,3%.

Непрерывный рост потребности этилена, являющегося  важнейшим нефтехимическим сырьем для производства чрезвычайно широкого ассортимента продуктов, вызывает непрерывный  рост сырьевых ресурсов.

В настоящее  время основная тенденция развития производства этилена сопровождается утяжелением сырья пиролиза, так  как прирост экономически выгодных видов сырья, какими являются жидкие газы, значительно отстают от прироста потребных ресурсов сырья.

В природных  газах (за исключением вулканических) этилен не встречается. Он образуется при пирогенетическом разложении многих природных соединений, содержащих органические вещества.

Процесс пиролиза для получения этилена осуществляется в печах различного устройства, пропусканием газообразных углеводородов или  их паров в присутствии катализаторов  при температуре 760-780°С. Обычно используются печи трубчатого типа.

 

Этилен можно  также получить дегидрированием  этана:

2СН₄ = С₂Н₄ + 2Н₂

и осторожным гидрированием ацетилена:

С₂Н₂ + Н₂ кат = С₂Н₄

 

Для получения  этилена и его гомологов методом  пиролиза в качестве сырья используют этан, пропан, бутан, содержащиеся в  попутных газах нефтедобычи, газах  термического и каталитического  крекингов, а также жидкие углеводороды: газовый бензин и низкоактановые бензино-легроиновые фракции прямой гонки нефти.

Производительность  существующих печей для пиролиза углеводородов составляет 3,5-4 т перерабатываемого  сырья в час. Печи новой конструкции  рассчитаны на переработку 7-10т сырья  в час.

Основные  направления использования этилена  включают производства: полиэтилена, поливинилхлорида, стирола, пропионовой кислоты, этанола, ацетальдегида, винилацетата, этиленгликоля, пропионовой альдегида. В конечной структуре потребления этилена 65-70% занимают пластические массы, 10% - производные  этиленгликоля (главным образом  производные, антифризы), 5% - синтетические  волокна, 5% - растворители и 10-25% прочая продукция.

Структура потребления  этилена в бывшем СССР характеризовалась  следующими данными: полиэтилен – 38,4%, этанол – 17,4%, этилбензол – 7,6%, хлорпроизводные – 14,9%, ацетальдегид – 2,7%, этиленоксид – 13,7% и прочие – 5,3%.

Непрерывный рост потребности этилена, являющегося важнейшим нефтехимическим  сырьем для производства чрезвычайно  широкого ассортимента продуктов, вызывает непрерывный рост сырьевых ресурсов.

В настоящее время основная тенденция  развития производства этилена сопровождается утяжелением сырья пиролиза, так  как прирост экономически выгодных видов сырья, какими являются жидкие газы, значительно отстают от прироста потребных ресурсов сырья.

 

Применение

 

Этилен —  самое производимое органическое соединение в мире; общее мировое производство этилена в 2005 году составило 107 миллионов  тонн и продолжает расти на 4–6% в  год. Источником промышленного получения  этилена является пиролиз различного углеводородного сырья, например, этана, пропана, бутана, содержащихся в попутных газах нефтедобычи; из жидких углеводородов  — низкооктановые фракции прямой перегонки нефти. Выход этилена  – около 30%. Одновременно образуется пропилен и ряд жидких продуктов (в том числе ароматических  углеводородов).

Сырье для  полиэтилена и не только.

При хлорировании этилена получается 1,2-дихлорэтан, гидратация приводит к этиловому спирту, взаимодействие с HCl – к этилхлориду. При окислении  этилена кислородом воздуха в  присутствии катализатора образуется окись этилена. При жидкофазном  каталитическом окислении кислородом получается ацетальдегид, в тех же условиях в присутствии уксусной кислоты – винилацетат. Этилен является алкилирующим агентом , например, в  условиях реакции Фриделя-Крафтса  способен алкилировать бензол и другие ароматические соединения. Этилен способен полимеризоваться в присутствии  катализаторов как самостоятельно, так и выступать в роли сомономера, образуя обширный ряд полимеров с различными свойствами.

Этилен является одним из базовых продуктов промышленной химии и стоит в основании  ряда цепочек синтеза. Основное направление  использования этилена — в  качестве мономера при получении  полиэтилена (наиболее крупнотоннажный  полимер в мировом производстве). В зависимости от условий полимеризации  получают полиэтилены низкого давления и полиэтилены высокого давления.

Также полиэтилен применяют для производства ряда сополимеров, в том числе с  пропиленом, стиролом, винилацетатом  и другими. Этилен является сырьем для  производства окиси этилена; как  алкилирующий агент – при производстве этилбензола, диэтилбензола, триэтилбензола.

Этилен применяют  как исходный материал для производства ацетальдегида и синтетического этилового спирта. Также он используется для синтеза этилацетата, стирола, винилацетата, хлористого винила; при  производстве 1,2-дихлорэтана, хлористого этила.

 Этилен  используют для ускорения созревания  плодов — например, помидоров,  дынь, апельсинов, мандаринов, лимонов,  бананов; дефолиации растений, снижения  предуборочного опадения плодов, для уменьшения прочности прикрепления  плодов к материнским растениям,  что облегчает механизированную  уборку урожая.

В высоких  концентрациях этилен оказывает  на человека и животных наркотическое  действие.

Этилен является ведущим продуктом основного  органического синтеза и применяется  для получения следующих соединений (перечислены в алфавитном порядке):

Винилацетат;

Дихлорэтан / винилхлорид (3-е место, 12 % всего объёма);

Окись этилена (2-е место, 14—15 % всего объёма);

Полиэтилен (1-е место, до 60 % всего объёма);

Стирол;

Уксусная кислота;

Этилбензол;

Этиленгликоль;

Этиловый спирт.

 

Этилен в  смеси с кислородом использовался  в медицине для наркоза вплоть до середины 80-х годов ХХ века в  СССР и на ближнем Востоке. Этилен является фитогормоном практически  у всех растений[4], среди прочего[5] отвечает за опадание иголок у хвойных.

 

 

 

1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ  ОБЗОР

 

1.1 Теоретические  сведения

 

Пиролиз углеводородов природного газа или жидких углеводородных фракций, выделенных из нефти, протекает при  температурах свыше 700°С.

В ходе технологического процесса пиролиза в основном осуществляются следующие реакции:

а) дегидрогенизация, характеризующаяся  разрывом химической связи С - Н;

б) деструкция, характеризующаяся  разрывом связи С - С;

в) реакции изомеризации;

г) реакции типа синтезов - полимеризация, циклизация, реакции  конденсации и т. п.

Процессы дегидрогенизации и деструкции являются эндотермическими первичными, а все остальные - экзотермическими вторичными реакциями [ ].

Газообразное  сырье – этан и его смеси  — являются наилучшим сырьем с  точки зрения получения максимальных выходов этилена. Состав продуктов  пиролиза этого сырья зависит  от глубины конверсии (степени превращения), которая в промышленной практике определяется конкретными условиями  производства: необходимостью выработки  заданного объема продуктов, загруженностью узла компримирования и системы  газоразделения, энергетическими затратами  и др. Ниже рассмотрено изменение  некоторых показателей при пиролизе этана, так как на практике степень  его превращения колеблется в  широких пределах.