فرایند تولید اتیلن

اتیلن = CH2=CH2

كــار ایــن دانــشمندان آلمــانی بعــدا توســط فــاراده (Faraday)، هنــل (Hennel)، دوماس(Dumas)، لیبیگ (Liebig) و رینولت (Regnault) بخصوص در رابطـه بـا تولید اتیلن و مشتقات آن دنبال شد.

مواد اولیه

برای تهیه اتیلن می توان از گاز طبیعی، یا از مخلوط اتان و پروپان، یا از مخلوط پروپان و بوتان، یا از گازهای پالایشگاه یا از نفتا و یا از گازوئیل استفاده نمود.
در جدول زیر مواد اولیه لازم جهت تولید یك تن اتیلن داده شده است:

تقاضا و تولید اتیلن از گاز طبیعی در برخی از كـشورهای در حـال رشـد طـی سـالهای مختلف در جدول (5-2) نشان داده شده است.

طرز تهیه

اتیلن را می توان از طریق كراكینگ هیدروكربن ها به كمك بخار آب تولیـد نمـود. البته شرایط عمل بستگی به نوع مواد اولیه داشته و انتخاب مواد اولیه نیز بستگی بـه وفـور و قیمت آن دارد.

تهیه اتیلن از گازائیل

در صورتی كه ماده اولیه گازائیل باشد می توان اتیلن را مطابق با نمودار در چهار مرحله بشرح زیر تهیه نمود در مرحله اول كه بنام پیرولیز معروف است ابتدا بخار آب همراه با گازائیل به نسبت وزنی 0/85 وارد راكتور كراكینگ میگرد. دمای راكتور حدود 600 الی 800 درجه سانتیگراد و فشار آن حدود 2 اتمسفر كنترل می شود.

مخلوط خروجی از راكتور حاوی 46 درصد بخار آب 12/5 درصد اتیلن 11درصد هیدروكربنهای سنگین، 9/2 درصد بنزن. 7/8 درصد پروپان و پروپیلن. 5/7 درصد متان . 4/7 درصد  بوتیلن ها و بوتادئین ها . 2درصد اتان وكمی هیدروژن تا حدود 500 درجه سانتیگراد سرد شده (از حرارت آن برای تهیه بخار آب استفاده می شود)و پس از اختلاط با محصول كراكینگ اتان برگشتی وارد برج جدا كننده می شود.

در این جدا كننده (برج تقطیر )مواد سبك (بخار آب 36درصد .بنزین 35 درصد. اتیلن 11 درصد. پروپیلن و پروپان 6 درصد. متان و هیدروژن 5درصد. اتان 2/5 درصد. بوتیلن ها و بوتادیئن ها 4 درصد) از بالا و هیدروكربنهای سنگین كه از آنها به عنوان سوخت استفاده می كنند از پایین خارج می شود دمای بالای این برج جداكننده حدود 43 درجه سانتیگراد و فشار آن حدود 1/3 اتمسفر كنترل می گردد.

در مرحله دوم كه بنام مرحله شستشو موسوم است گازهای سبك در یك ستون تقطیر با  آبی كه دمای آن حدود 40 درجه سانتیگراد است شسته می شود.

فشار این ستون حدود یك اتمسفر كنترل می شود در این شستشو بخار آب و بنزین تا  حدودی از گازها جدا می شود. فشار گازهای حاصله توسط یك كمپروسور چند مرحله ای به حدود 8 اتمسفر رسانیده می شود و سپس تركیبات گوگردی كه ممكن است همراه این گازها باشد به كمك محلول های منو اتانول آمین ویا دی اتانول آمین و سود سوز آور شسته می شود و سپس فشار گازها مجددا در چند مرحله افزایش یافته تا به حدود 35 اتمسفر برسد و پس از عبور دستگاهای خشك كننده به مرحله تفكیك فرستاده می شود.

در مرحله سوم كه بنام مرحله سرد كردن و تفكیك معروف است گازها حاوی 38/5 درصد اتیلن و 20 درصد پروپان و پروپیلن و 17/5 درصد متان و 5/8 درصد اتان و 11 درصد بوتیلن ها و بوتادین ها و 1/5 درصد بنزین و مقداری هیدروژن با فشار حدود 35 اتمسفر و دمای 15 درجه سانتیگراد وارد سیستم تفكیك به كمك تبرید می شود.

این سیستم شامل پنچ برج می باشد كه دمای آنها به ترتیب از 18- درجه سانتیگراد تا 120- درجه سانتیگراد كم شده و به ترتیب نقطه جوش هر یك از گازها عمل تفكیك صورت می گیرد. گارهای حاصله از سیستم تفكیك مذكور عبارتند از:

گازهای هیدروژن كه برای كاربرد های بخصوصی قابل مصرف است.

- گاز متان كه حداقل به مصرف سوخت می رسد

-  مخلوطی از 80 درصد اتیلن و 18 درصد اتان و 2 درصد هیدروكربن های سبكتر از آنها كه به سیستم تفكیك اتیلن از اتان فرستاده می شود.

- مخلوطی از پروپیلن و پروپان كه در صورت نیاز به برجهای تفكیك فرستاده می شود.

- مخلوطی از بوتن ها و بوتادئین ها كه در صورت نیاز به برجهای جداكننده ارسال می گردد.

-هیدرو كربن های سنگین تر از هیدروكر بن های چهار كربن دار كه به مصرف سوخت رسانیده می شود

در مرحله چهارم كه به نام مرحله تخلیص مشهور است اتیلن از اتان در یك برج تفكیك جدا شده و با خلوص 99/97 درصد برای مصارف بعدی مورد استفاده قرار می گیرد. و اتان بدست آمده به نام اتان برگشتی همراه با بخار آب به نسبت وزنی 3 1 به راکتور كراكینگ اتان فرستاده می شود.

دمای رآكتور حدود 850 درجه سانتی گـراد و فـشار آن حدود 2 اتمسفر كنترل می گردد. محصول كراكینگ كه شامل مقداری اتیلن می باشد. محصول رآكتور كراكینگ گازوئیل كه در مرحله اول شرح داده شـد مخلـوط و بـه بـرج جدا كننده فرستاده می شود.

تهیه اتیلن از گازهای پالایشگاه

گازهای بدست آمده از پالایشگاه های امروزی كه اغلب مجهز به واحد های كراكینگ و كك سازی می باشد حاوی 18-6 درصد مولی اتیلن، 25-4 درصد مولی اتان، 12-3 درصد مولی پروپان، 3-11 درصد مولی پروپیلن و مقداری منان و گازهای بی اثر می باشد. این مخلوط گازی كه در بعضی از پالایشگاه ها می سوزد می تواند به عنوان مـاده اولین ساخت اتیلن نیز بكار رود.

نحوه تولید اتیلن از گازهای پالایشگاه ها بستگی به میزان این گازهـا دارد . در صـورتی كه ظرفیت پالایشگاه (و یا درپالایشگاه های نزدیك به هم ) كـه مجهـز بـه واحـد هـای كراكینگ می باشد بیش از 200 هزار بشكه در روز نفت خام باشد ، با استفاده از روش های كراكینگ با بخار آب و یا با استفاده از روش های انبساط (جدا سازی اتیلن موجود در پالایشگاه ) می توان به میزانی اتیلن تولید نمود كه از نظر اقتصادی به صرفه باشد.

در صورتی كه ظرفیت پالایشگاه و یا پالایشگاه های نزدیك به هم كه مجهز به واحـد هـای كراكینگ هستند كم تر از 300 هزار بـشكه در روز نفـت خـام باشـد ، اسـتفاده از روش كمپلكس سازی برای تولید اتیلن مقرون به صرفه تر است.

تهیه اتیلن از روش كراكینگ

تولید اتیلن از گازهای پالایشگاه بـا توجـه بـه متـد لامـاس (Lummus) (كـه از آن در پتروشیمی آبادان نیز استفاده شده ) و از طریق رو ش كراكینگ به كمك بخـار آب بـدین ترتیب است كه گازهای پالایشگاه همراه با بخار آب به كوره كراكینـگ وارد مـی شـود.دمای كوره حدود 850 درجه سانتی گراد و فشار آن حدود 2 اتمسفر كنترل می گـردد. جریان خروجی از كوره به كمك بخار آب مستقیم تا حدود 315 درجه سانتی گراد سرد شده و سپس به برج خنك كننده با آب فرستاده می شود.

گازهای سـرد شـده از بـالای  این برج حاوی هیدروژن، متان ، اتان ، استیلن، اتیلن ، پروپان ،پروپیلن بوتـان و سـنگین تر از بوتان و گاز انیدریدكربنیك تا حدود 7 اتمسفر فشرده شده و همراه با مقـداری گـاز پروپیلن كه از پالایشگاه می آید به برج جذب گازهـای هیـدروژن سـولفوره و انیدریـد كربنیك به كمك سود سوزآور فرستاده می شود.

درجه حرارت بالای این بـرج حـدود 15- درجه سانتی گراد و دمای پایین آن حدود 85- درجه سانتی گراد و فشار بالای برج حدود 27 اتمسفر كنترل می گردد برای مصرف فرستاده می شود و جریـان خروجـی از پایین برج مزبور به برج پروپان گیری فرستاده می شود.

دمای بالای این برج حـدود 25 درجه سانتی گراد و دمای پایین آن حدود 95 درجه سـانتی گـراد و فـشار بـالای بـرج مذكور حدود 8 اتمسفر كنترل می شود. از بالای این برج پروپیلن همراه بـا پروپـان و از پایین این برج بوتان و هیدروكربنهای سنگینتر از آن خارج می گردد.

تهیه اتیلن از روش كمپلكس سازی

همانطوریكه در نمودارهای شماره (5-3) و شماره (5-4) نشان داده شده در مرحله اول كه به نام مرحله تفكیك معروف است ابتدا گاز پالایشگاه حـاوی 14 درصـد اتـیلن، 3 درصد منو اكسید كربن، 23 درصد اتان ، 21 درصد متان ، 25 درصد پروپان ، پـروپیلن و سنگین تر از پروپـان و مقـداری گازهـای هیـدروژن سـولفوره و انیدریـد كربنیـك و گازهای بی اثر به برج جذب توسط محلـول 15 درصـد منـو اتـانول آمـین (MEA) و سپس به برج جذب با سود سوز آور 10 درصد جهت حذف گاز های اسیدی فرسـتاده می شود.

دمای این برج ها حدود 40-32 درجه سانتی گراد و فـشار آنهـا حـدود 18 اتمسفر كنترل می گردد. گازهای خروجی از برج شستشو با سود سوز آور تا 37 اتمسفر فشرده شده و پس از تنظیم دمای آن تا 15 درجه سانتی گراد به برج های خشك كنتـرل كه از نوع غربالهای مو لكولی است فرستاده می شود.

گازهـا پـس از خـشك شـدن تـا 29- درجه سانتی گراد سرد شده و سپس به برج جداسـازی اتـان كـه دمـای بـالای ان حدود 37- درجه سانتی گراد كنترل می شود فرستاده می شود. از پایین برج اتان گیـری پروپان ، پروپیلن و هیدروكربنهای سنگین تر از آن خارج شده و پس از تفكیك هر یـك جداگانه به بازار عرضه می شود.

از بالای این برج مخلوطی شـامل 8/29 درصـد اتـان، 2/19 درصد اتیلن ، 5/28 درصد متان ، 5/3 درصد منو اكسید كربن و 19 درصد گـازهای بی اثر خارج و به مرحله دوم فرستاده می شود.

در مرحله دوم كه به نام مرحله كمپلكس سـازی و جـذب موسـوم اسـت ابتـدا محلـول كمپلكس ساخته می شود. ساختن محلول كمپلكس بدین ترتیب است كه كلـرور مـس یك ظرفیتی (10/5 مول) ، كلرورآلومینیوم (1 مول) و تولوئن خشك (2/5 مول) با هم مخلوط شده تا كمپلكس CuA1C14 (C6H5-CH3)2 محلول در تولوئن بدست آید. این محلول فیلتر و سرد شده و با گازهای خروجی از مرحله اول در بـرج جـذب كننده تماس پیدا می كند.

دمای بالای این برج حدود 43 درجـه سـانتی گـراد و دمـای پایین آن حدود 57 درجه سانتی گراد و فشار برج حدود 10 اتمسفر كنترل مـی گـردد. در برج اخیر الذكر گاز منواكسید كربن و اتیلن جذب كمـپلكس شـده و از پـایین بـرج خارج میشوند و بقیه گازها از بالای برج خارج و به پالایـشگاه عـودت داده می شود.

کمـــپلكس خروجـــی از پـــایین ایـــن بـــرج بـــه فرمـــول [CuA1C14(CO)2] و [CuA1C14(C2H4)2] به برج جداکننده منو اكسید كربن كه حرارت بالای آن حدود 93 درجه سانتی گراد كنترل می شود فرستاده می شود. در این برج كمپلكس منو اكسید كربن ناپایدار تر از كمپلكس اتیلن است تجزیه شده و گاز منو اكسید كربن از بالای برج خارج می شود.

جریان خروجی از پایین این برج به برج جدا كننده اتـیلن فرسـتاده مـی گردد دمای بالای برج مزبور 104 درجه سـانتی گـراد و فـشا ر آن حـدود 7/1 اتمـسفر كنترل می گردد در این برج كمپلكس اتیلن تجزیه شده و از بالای برج اتیلن خـارج مـی گردد. اتیلن در چند مرحله به منظور جدا سازی تولوئن فشرده شده و بـالاخره پـس از عبور از یك بستر زغال فعال برای فروش به بازار عرضه می گردد.

تهیه اتیلن از اتان و پروپان

اتیلن را از مخلوطی از گازهای اتان و پروپان مطـابق بـا نمـودار هـای شـماره (5-5) و شماره(5-6)در دو مرحله به شرح زیر می توان تهیه كرد.

در مرحله اول كه به نام مرحله كراكینگ معروف است خـوراك (50 درصـد اتـان و 50 درصد پروپان) همراه با گازهای برگشتی تا دمای 82 درجه سانتی گراد گرم شده و پس از اختلاط با بخار آب (به نسبت 0/35 كیلوگرم بخار برای هر كیلـو هیـدروكربن) وارد كوره كراكینگ می شود.

دمای كوره حدود 800 درجه سانتی گراد و فشار آن حـدود 2 اتمسفر كنترل می گردد. مخلوط خروجی از رآكتور حاوی 2/1 درصد هیـدروژن ، 7/8 درصد متان ، 0/3 درصد استیلن ، 34 درصد اتـیلن ، 18/7درصـد اتـان ، 3/8 درصـد پروپیلن، 3 درصد پروپان ، 4/5 درصد اولفین های چهار كربن دار و مقداری بخار آب پس از سرد شدن در مبدل های حرارتی تا 360 درجه سانتی گراد به برج سرد كننده بـا آب سرد فرستاده می شود.

در این برج هیدروكربن های سنگین جدا شده و هیدروكربن های سبك با دمای 43 درجه سانتی گراد و فشار 1/2 اتمسفر از بالای برج خارج شـده و پس از عبور از یك دستگاه كمپرسور به برج شستشو با سود 15 درصد كه در فشار 8 اتمسفر و دمای 43 درجه سانتی گراد كار می كند جهت جـدا سـازی گازهـای اسـیدی فرستاده می شود.

گازها مجددا فشرده شده و پس از خشك شدن توسط خـشك كننـده های غربال مولكولی حـاوی 2/8 درصـد هیـدروژن ، 12/2 درصـد متـان، 0/4 درصـد استیلن ، 47 درصد اتیلن ، 24/5 درصد اتان ، 4/8 درصد پروپیلن، 3/7 درصد پروپـان و مقداری هیدروكربن های سنگین تر از آن به مرحله دوم فرستاده می شود.

در مرحله دوم كه به نام مرحله تفكیك موسوم است گاز تهیه شده در مرحله اول توسط یك سری مبدل ها ی حرارتی تا -120 درجه سانتی گراد سرد شده و به برج متان گیری فرستاده می شود.

دمای بالای این برج حدود -93 درجه سانتی گراد و فشار آن حـدود 33 اتمسفر كنترل می گردد. جریان خروجی از پایین این برج به برج اتان گیری فرستاده. دمای این برج حدود -13 درجه سانتی گراد و فشار آن حـدود 26/5 اتمـسفر كنتـرل می گردد.

از بالای این برج گازهای خروجی حاوی 64/5 درصد اتیلن ، 34/5 درصـد اتان و مقداری استیلن همراه با مقداری هیدروژن به رآكتور تبدیل كننده استیلن به اتـیلن كه از كاتالیزور پالادیم بر پایه آلومینا پر شده و در دمای 38 درجه سان تی گـراد و فـشار 25 اتمسفر كار می كند فرستاده می شود.

در این رآكتور استیلن به اتیلن تبدیل می شود و ضمنا مقداری مواد سنگین پلیمـری نیـز تولید می گردد كه به نام روغن سبز معروف است. ایـن روغـن از گازهـای خروجـی از رآكتور اخیرالذكر جدا شده و به عنوان سوخت مصرف می شود و سپس گازهای حاصله به برج جداسازی اتیلن فرستاده می شود. دمای بالای ایـن بـرج حـدود 5/45- درجـه سانتی گراد و فشار آن حدود 7/19 اتمسفر كنترل می گردد.

گازهای خروجی از بـالای این برج حاوی 97/99 درصد اتیلن ، مایع شده و برای مصرف به بازار عرضه می گردد.

خواص

اتیلن سبك ترین هیدروكربن اولفینی ، بی رنگ و با بویی نسبتا خوشایند می باشد . نقطه انجماد اتیلن 169- درجه سانتی گراد ، نقطه جوش آن حدود 104- درجه سانتی گـراد و چگالی آن حدود 566/0 می باشد . اتیلن در آ ب و الكل كم حلال می شود و در اتـر محلول است.

کاربرد

اتیلن از مهمترین مواد پایه در صنایع پتروشیمی بوده و مصرف آن بی شمار اسـت. از آن جمله میتوان کاربرد آنرا در صنایع پلیمر سازی ، الیاف مصنوعی ، حلال ها ، نرم كننده .ها ، دترجنت ها ، ضد یخ و الكل ها نام برد.

جدول شماره (5-3) ظرفیت ، تولید و مقدار مورد نیاز اتیلن در دنیـا و نمـودار شـماره (5-7) مصرف این ماده را در جهان و نمودار (5-8) برخی از كاربردهای مختلف اتیلنرا نشان می دهد.

ویکی پلاست | مرجع بازار صنعت پلاستیک