Iroliz jarayoni natijasida etilen olishning termodinamik kattaliklarini optimallash

Operatsiyalararo o‘zaro bog‘lanish. Olefin qurilmasi neftni kayta ishlash zavodining ayrim miqdordagi oqimlarini o‘ziga oladi. Masalan, katalitik piroliz qurilmasidan chiqqan gazlarning tarkibida etan, etilen hamda ma’lum miqdorda propan, propilen bo‘lishiga qaramay ko‘p hollarda yoqilg‘i sistemalariga yuboriladi. Ammo olefinlarni olish qurilmalari bo‘lgan vaqtda bu komponentlarni ajratish mumkin.
Naftanning ayrim turlari past oktan soniga ega va shuning uchun ularning benzin komponenta sifatida qiymati kam.
Bunga benzol rafinati misol bo‘ladi. Bu oqimlar olefin ishlab chiqarish uchun yaxshi xom ashyo bo‘lib xizmat qilishi mumkin. Etilen ishlab chiqarishda chiqadigan ortiqcha maxsulotlardan benzinning yuqori oktanli komponentlari olinadi. Shu bilan birga neftni kayta ishlash zavodining ayrim qurilmalari etilen ishlab chiqarish uchun qo‘shimcha sifatida xizmat qiladi.

17.1-rasm. Olefinlarni ishlab chiqarish.
Etan - propan fraksiyalarining pirolizi. Masalan, bu qurilmadan chiqadigan butilen ortiqcha maxrulotlar neftni qayta ishlash jarayonlarida qo‘llanadi. Bu mahsulotlar neftni qayta ishlash zavodlaridan tashqari hech qayerda tovar qiymatiga ega emas.


3.7. Etilen ishlab chiqarish jarayoni texnologiyasi
Etan yoki propan piroliz qilinadigan qurilmalar juda oddiy bo‘lib, ular jarayon asoslarini urganishga imkon beradi. Etan yoki propan alohida yoki aralashma holida piroliz pechlariga kiradi va u yerda ular kichik vaqt yuqori haroratda bo‘ladi, so‘ngra keskin sovutiladi, natijada ko‘p miqdorda etilen hosil bo‘ladi.
17.2'rasm. Olefin ishlab chiqarish.
Yuqori haroratda qaynovchi fraksiyalarni pirolizlash, olefinlarni ishlab chiqarish qurilmasining xom ashyoga kelsak — bu oddiy termik piroliz qurilmasidir.
Etan va propan piroliz pechidan bir marta utkazilganda to‘liq sarflanmaydi. Shuning uchun rektifikatsiya kolonnasida bu gazlar ajratiladi va yana jarayonga qaytariladi. Odatda etan yuq bo‘lguncha retsirkulyatsiya qilinadi, propan esa qisman propilen bilan chiqadi. Propilen tarkibidagi propanning miqdoriga qarab uchta savdo markasi mav-jud: polimerizatsiya uchun propilen (asosiy modda 92—95%), kimyoviy toza propilen (97—99%) va neft propileni (50—65%).
Og‘ir xom ashyoni piroliz qiliga uchun muljallangan qurilmada (nafta va gazoyl) etan hosil bo‘ladi. Shu sababli qaytarilgan etanni qayta ishlash uchun qurilma pechga ega bo‘lishi kerak (3.2-rasm). Ish unumi etanni bir marta qizdirilgandagina emas balki retsirkulyatsiyani hisobga olgan holda ko‘tariladi. Olefin zavodida hosil bo‘ladigan yana bir oqim butadiyen oqimidir (3.3- rasm).
Butadiyen diyenli uglevodorod bo‘lib uning formulasi С₄Н₆ va uzida ikkita qushbog‘ saqlaydi. Bu modda ikki bog‘ hisobiga reaksiyaga kirishish qobiliyati juda yuqori bo‘lgani uchun kauchuk va plastmassa olishda ishlatiladi.
Hozirgi kunda dunyo nefteximiyasining asosiy muammosi quyi molekulyar olefinlar olish va ulardan neftekimyoviy maxsulotlar sintez qilish uchun qimmat baho xomashyo sifatida foydalanishdan iboratdir.
Piroliz jarayonining asosiy maqsadi yuqori samara bilan etilen olishdan iborat. Shu sababli etanni piroliz qilib etilen olishning termodinamik parametrlarini o‘rganish orqali eng qulay chiqish miqdorini aniqlashga to‘g‘ri keladi.
Piroliz jarayoni kimyoviy jarayon bo‘lib, gaz fazada va yuqori temperaturada olib boriladi. Etanning piroliz jarayoni quyidagi mexanizm bilan boradi:
Radikal hosil bo‘lish
1.С₂Н₆ 2 Н₃
Zanjirning uzatilishi
2. Н₃ + С₂Н₆ СН₄+ Н₅
Zanjirning guruhlanishi
3. Н₅ С₂Н₄+
4. + С₂Н₆ Н_{2 +} Н₅
Zanjirning hosil bo‘lishi
5. Н₅+ С₂Н₄+Н₂
Etanning peroliz jarayonining umumiy reaksiyasi quyidagicha bo‘ladi:
С₂Н₆ С₂Н₄+Н₂
Bu reaksiyaning kinetikasini o‘rganish orqali hosil bo‘ladigan etilenning chiqish miqdori oshiriladi [45].Bu reaksiyaning tezligi quyidagi qiymatlarga ega bo‘ladi.
V_С2Н6=k₁ C_С2Н6+k₂ C_С2H6C _Н3+k₄ C_С2Н6 C _;
V _Н3=2k₁ C_С2Н6 - k₂ C_С2H6C _Н3;
V _2Н5=k₂ C_С2Н6C_С2H6C _Н3 – k₃C _2Н5+k₄ C_С2Н6 C _Н- k₅ C_HC _2Н5;
V =k₃ C _2Н5 – k₄ C_С2Н6 C - k₅ C x C _2Н5;
Bu reaksiyalarda radikallarning tezligi V _Н3=0, V _2Н5=0, V =0, nolga teng bo‘lganda, etanning piroliz jarayonidaga reaksiya tezligi quyidagiga teng bo‘ladi:
V_С2Н6=k^к C_С2Н5= C_С2Н6
Bu formuladan ko‘rinib turibdiki, piroliz jarayonining chiqish tezligi piroliz tezligining temperatura koeffiqentiga bog‘liq bo‘ladi [46].
Etanning piroliz jarayoni bosimi va temperaturasining muvozanat konqentratsiya bilan bog‘liqligi o‘rganildi va 3.4. -jadvalda bayon etildi.
Jadval-3.4.
Etanning piroliz jarayoni bosimini va temperaturasini muvozanat konsentratsiyasiga bog‘liqligi

Бо-сим	Мувозanat konqentratsiyasi. mol .%				Bo-sim	Muvozanat konqentratsiyasi. mol .%				Bo-sim	Muvozanat konqentratsiyasi. mol .%
	Etan	Etilen		Vodo-rod	at.	Etan	Etilen		Vodo-rod	at.	Etan		Etilen	Vodo-rod
	627 ^0C temperаturа					827 ^0C temperаturа					1027 ^0C temperаturа
5	81,8	9,1	9,1		5	33,3	33,3	33,3		5	5,67	47,1			47,1
10	86,5	6,75	6,75		10	45,2	27,4	27,4		10	10,5	44,7			44,7
15	89,7	5,15	5,15		15	51,9	24,0	24,0		15	15,5	42,3			42,3

Piroliz jarayonida tempuraturaning juda ortib ketishi olefinlarning hosil bo‘lishidan ko‘ra, aromatik uglevodorodlarning hosil bo‘lishini ortishiga olib keladi. Shu sababli 700-1100 ^oC temperaturalar oralig‘ida turli vaqtlarda etilenning chiqish miqdori aniqlandi. (3.5-rasm).



Rasm-3.5. Etanni piroliz jarayonini 700-1100 ^oC temperaturalar oralig‘ida etilenga aylanishining maksimal miqdori.
Etanni piroliz jarayoni natijasida etilenning chiqish miqdorini eng qulay temperatura 870-920 ^oC oralig‘ida ekanligi aniklandi.
Olingan natijalardan kelib chiqqan holda, etanning piroliz jarayoni uchun eng maqbul termodinamik kattaliklar ishlab chiqildi. Etanning piroliz jarayoni 870-920 ^oC temperaturada 0,01-0,1 s vaqt oralig‘ida 5 at bosimda etilenning hosil bo‘lish unumi yuqori ekanligi aniqlandi. Hozirgi kunda dunyo nefteximiyasining asosiy muammosi quyi molekulyar olefinlar olish va ulardan neftekimyoviy maxsulotlar sintez qilish uchun qimmat baho xomashyo sifatida foydalanishdan iboratdir.
Piroliz jarayoni kimyoviy jarayon bo‘lib, gaz fazada va yuqori temperaturada olib boriladi. Maskur jarayonda trubkasimon pechli reaktorlardan foydalaniladi. Bularning o‘ziga xos xususiyati reaktor zmeyevikida ma’lum hajmdagi xomashyo qisqa vaqt ichida parchalanishga ulgurishidir. Kontakt vaqti (xomashyoning reaksion zona bo‘lib turishi) jarayonni o‘tkazish sharoitlaridan kelib chiqadi. Zmeyeviklar ikki oqimli qilib yasaladi. Zmeyevik trubasining bir qismi pechning konveksion qismida, ikkinchi qismi esa radiant qismida joylashadi. Birinchi qismida xomashyo isitiladi, ikkinchi qismida parchalanish amalga oshadi. Xomashyo bug‘lari konveksion kamerada 500-600 ^oC gacha isitiladi. Reaksiya zonasida harorat 750 ^oC dan 1200 ^oC gacha boradi. Zmeyeviklarning o‘rtacha diametri 140 x 8 mm atrofida bo‘ladi. Piroliz pechlarining texnologik jihatdan o‘ziga xosligi aralashmaning reaksiya zonasida past bosimni saqlab turishni talab qilishdir. Bosim ko‘payib ketsa, olifenlar chiqishi pasayib ketadi.
Organik sintez texnologiyasida qo‘llaniladigan uskunalardan biri issiqlik almashtirgichlardir. Energiyaning sarflanishida bu uskunaning ahamiyati kattaligi ma’lum. Issiqlik energiyasi sarfi qanchalik kam va tejamli bo‘lsa ishlab chiqarilayotgan mahsulot tan narxi shuncha arzonlashadi. Bunday uskunalar harorat -200 ^oC dan 1200 ^oC issiqlik va bosim 1500 atmosferaga yitadigan sharoitlarda ishlaydi, muhit ham turli korrozion faolikka ega bo‘ladi. Issiqlikni uzatish bo‘yicha uskunalar uchga bo‘linadi.
1. Rko‘pirativ issiqlik almashinish issiqlik tashuvchilar oqimi devor orqali ajratilgan holdagi issiqlik almashinish.
2. Aralashtirish orqali issiqlik almashinish issiqlik tashitgichlarning to‘g‘ridan-to‘g‘ri (bevosita) aralishishi orqali.
3. Regenerativ issiqlik almashinish issiqlik energiyasini akkumulatsialovchi uchastkada ko‘proq isigan issiqlik tashitgich issiqligini kamroq isigan tashitgichga o‘tkazish orqali. Kimyo sanoatida ko‘proq reko‘perativ issiq almashtirgichlar qo‘llaniladi. Ikki seksiyali mazkur issiqlik almashtirgichlar sovitgichlar yoki kondensatorlar sifatida ekspluatatsiya qilinadi (sovitiluvchi oqim zmeyevik trubalari orqali harakatlanadi). Idish hajmining kattaligi sababli zmeyevik atrofida harakatlanuvchi issiqlik tashitgich harakat tezligi nisbatan past bo‘ladi, shu sababli zmeyevik trubasi bilan sovitiluvchi agent orasidagi sharoit tabiiy konveksiya sharoitiga yaqin bo‘ladi.
Zmeyeviklar po‘lat yoki cho‘yan trubalardan yasaladi, ba’zan ko‘mir- grafit kompozitsiyalar yoki shishadan ham qilinadi. Agressiv muhitlarda borsilikat shishadan qilinganlari ishlatiladi, bular haroratning tez o‘zgarishiga va bosim Rort=3,5 atm yetguncha ishlay oladi. Teflondan yasalgan zmeyeviklar qo‘llanilishi ham amaliyotga kiritilgan. Botiruluvchi zmeyevikli issiqlik almashtirgichlar kamchiligi bo‘lib, ularning kattaligi metall ko‘p ishlatilishi hisoblansada, konstruksiyasining oddiyligi, qurilish maydonida bemalol yig‘ilishi mumkinligi va sovitish uchun beriladigan suv rejimiga befarqligi ajraladi. Sug‘orish, kojuxtrubali, rubajkali, shnekli, spiral, plastinkasimon va blokli issiqlik almashtirgich xillari ham qo‘llaniladi. Halqasimon issiqlik almashtirgich diffuzor ham ma’lumdir. Vertikal va gorizontal holda ishlatiladigan spiral issiqlik almashtirgichlar mavjud bo‘ladi. Gorizontal holda ishlatiluvchilar ikki suyuqlik orasida issiqlik almashganda qo‘llaniladi. Vertikal xildagi issiqlik almashtirgichlar issiqlik bug‘ bilan suyuqlik orasida almashganda ishlatiladi. Bunda issiqlik tashitgichlar qarama-qarshi yoki bir-birini kesib o‘tuvchi yo‘nalishda harakatlanadi. Atrof-muhitga issiqlik yo‘qotmaslik maqsadida sovuq issiqlik tashitgichni tashqi kanaldan o‘tkazish maqbul hisoblanadi.
Piroliz pechda etan fraksiyalari piroliz qilinadi. Zmeyeviklar diametri bu pechda har xildir. Isitish seksiyasi va suyuq etan bug‘lanish trubasi diametri 114 x 6mm ga teng. Radiant qismdagi zmeyevik trubasi diametri 140 x 8mm atrofida bo‘lib, zmeyevik trubkalari bir – biriga payvandlanadi. Devorda hosil bo‘lgan smola va koks ko‘ydirish bilan yo‘qotiladi. Pechning quvvati 6500 kg/s atrofida, xomashyo etanga hisoblanganda (870-920 ^o C) [45].
Pechkaning hozirgi vaqtda ishlab chiqilgan yangi konstruksiyalari biroz o‘zgartirilgan bo‘lib, avaliga unda propan va bo‘tanlar 800-1200 ^o C da piroliz qilindi. Radiant trubalari yuzasini isitish kuchlanishi 31.200 Kkal/m2s ga yetkaziladi. Keyinroq pechning konveksion kamerasi konstruksiyasi biroz o‘zgartirilib, to‘g‘ri haydaluvchi etan piroliziga moslandi.
Neft mahsulotlarini piroliz qilishda yangi uskunalardan ham foydalanilmoqda. Bular juda qisqa vaqt talab etuvchi kontakt piroliz uskunalaridir. Jarayon mohiyati neft mahsulotlarini mayda donador issiqlik tashitgichlari bilan uchrashuvi orqasida yuqori harorat va qisqa vaqtdagi reaksiyada parchalashdir. Moskvadagi “Neft” zavodi ishlab chiqarilgan yarim sanoat uskunasi sxemasi 3.6 – rasmda keltirilgan. Neft koksi 9 o‘choqdan chiqayotgan 900 ^o C li gazlar bilan etan birgalikda konussimon reaktorning yuqori qismiga uzatiladi.

1.