Jak probíhá proces pyrolýzy?

Hlavními reakcemi pyrolýzního procesu jsou rozklad alkanů a naftenických uhlovodíků na menší fragmentové molekuly, které zase vstupují do různých vzájemných reakcí.

Omezte uhlovodíky

S poklesem molekulové hmotnosti a zvýšením teploty dochází k rozkladu molekuly blíže jejímu okraji, což má za následek vznik lehkého uhlovodíku a těžkého zbytku molekuly, který se rychle rozkládá.

Rozklad isobutanu během pyrolýzy probíhá převážně ve dvou směrech:

Tyto reakce neprodukují ethylen. Pokud je hlavním cílem získat maximální množství ethylenu, pak je isobutan považován za nežádoucí složku pyrolýzní suroviny.

Při pyrolýze ethanové frakce probíhá reakce podle následujícího schématu:

Při pyrolýze recyklovaných výbojů s vysokým obsahem propanu probíhá reakce podle následujícího schématu:

Nenasycené uhlovodíky

Nenasycené uhlovodíky – olefiny, jsou konečným produktem pyrolýzy, proto je jejich přítomnost v surovině nežádoucí. Při teplotách 600 o C a vyšších je rozkladná reakce olefinů doprovázena kondenzačními reakcemi za vzniku nenasycených uhlovodíků se dvěma dvojnými vazbami – diolefinů.

Další kondenzací vznikají aromatické uhlovodíky.

butadien ethylen benzen

Odolnost olefinů vůči vysokým teplotám klesá s rostoucím počtem atomů uhlíku v molekule. Ethylen je nejstabilnější z nenasycených uhlovodíků, ale při teplotách nad 650 o C se začíná rozkládat. Při teplotě 400 ÷ 700 o C se ethylen vyznačuje dimerizační reakcí:

Při teplotách nad 600 o C se ethylen vyznačuje kondenzační reakcí:

a přidání vodíku:

Naftenické uhlovodíky

Naftenické uhlovodíky, jako je cyklopentan a cyklohexan, jsou teplotně stabilnější než normální pentan a hexan. Pyrolýza cyklopentanu a cyklohexanu při teplotě 600 ÷ 700 o C je charakterizována reakcí prasknutí kruhu.

S rostoucí délkou postranního řetězce klesá stabilita naftenických uhlovodíků.

Faktory ovlivňující proces pyrolýzy

Nejlepšími surovinami pro proces pyrolýzy jsou nasycené uhlovodíky. Používají se ve směsi s jinými uhlovodíky, které se také účastní procesu.

Teplota je jedním z hlavních faktorů určujících proces pyrolýzy. Se stoupající teplotou se prudce zvyšuje rychlost pyrolýzních reakcí a někdy se mění jejich povaha.

S rostoucí teplotou roste rychlost primárních rozkladných reakcí rychleji než sekundárních reakcí polymerace a kondenzace. Proto se v pyroplynu zadržují nenasycené uhlovodíky (etylen, propylen) a jejich výtěžnost se surovinami stoupá, zatímco výtěžnost dehtu a koksu klesá.

Toto je doba, po kterou jsou uhlovodíky v zóně vysoké teploty (reakční zóna).

S rostoucí dobou kontaktu pyroplynu ve vysokoteplotní zóně klesá výtěžek ethylenu a propylenu a zvyšuje se tvorba koksu.

Snížení tlaku podporuje tvorbu plynných reakčních produktů a zvýšení výtěžku ethylenu a propylenu. Zvýšení tlaku vede ke zvýšení výtěžku pryskyřic a koksu a snížení výtěžku ethylenu a propylenu.

— Přidání inertních ředidel

Ředění suroviny párou pomáhá zvýšit výtěžnost etylenu a propylenu a snižuje výtěžnost koksu. Zředěním reagujících látek tak vodní pára snižuje pravděpodobnost srážek mezi molekulami nenasycených uhlovodíků a snižuje polymerační a kondenzační reakce.

Technologické schéma pece vypadá přibližně takto:

Hlavním problémem procesu je nemožnost sledovat, co se se surovinami děje v reálném čase. Existují údaje o tom, „co se stalo“ a údaje o tom, „co se stalo“, ale jakýkoli dopad na proces je možný poté, co byla transformace již narušena.