بخشی از مقاله
چکیده
اتیلن - Ethylene - ساده ترین هیدروکربن غیر اشباع و اولین عضو از گروه آلکنها اتیلن میباشد.C2H4فرمول شیمیایی آن بوده، پیوند دوگانه وجود بین دو اتم کربن دارد این پیوند دوگانه،باعث شده که اتیلن ایزومر صورت بندی نداشته باشد، یعنی حتی با چرخش حول پیوند دوگانه دو نیمه مولکول نمیتوانند صورتبندی خود را تغییر دهد .ساختمان اتیلن مسطح بوده، زاویه بین کربن-هیدروژن، 117 درجه میباشد.
یعنی برای هیبریداسیون مقداری بسته تر از زاویه 120 درجه sp2 مناسب میباشد .اتیلن گازی بیرنگ و آتش گیر می باشد و در ترکیب نفت و گاز طبیعی پیدا میشود. اتیلن از مهمترین مواد پایه در صنایع پتروشیمی بوده و مصرف آن به شمار است.از آن جمله می توان کاربرد آن را در صنایع پلیمرسازی ،الیاف مصنوعی، حلالها نرم کننده،ضد یخ والکل استفاده کرد.
-1مقدمه
اتیلن را در سال 1795 گاز اولفین مینامیدند. در سال 1795 اولین سنتز ترکیبات اتیلن - دی کلرو اتان - توسط شیمیدان هلندی Deiman, Johan Rudolphانجامید. در اواسط قرن 19 ،به علت اینکه C2H4 یک هیدروژن از C2H5 اتیل کم داشت به آخر اتیل ان اضافه کردند و از آن به بعد گاز اولفین ،اتیلن می گویند.که تا سال 1852 واژه اتیلن در متون علمی استفاده می شد .
در سال "1866 شیمیدان آلمانی "هافمن ، نامگذاری هیدروکربنها را بر پایه آلکان بنا نهاد. در این سیستم، هر هیدروکربنی که دو هیدروژن از آلکان مربوطه کمتر داشت، با فرمول CnH2nآلکن و اگر از آلکان مربوطه چهار هیدروژن کم داشت آلکین CnHn نامگذاری میشد. طبق این نامگذاری، اتیلن ،اتن نام گرفت. در سال 1892انجمن بین المللی شیمیدانها این نام را وارد نامگذاری IUPACکردند و از آن تاریخ تا امروز، این نام در و کتاب های درسی متون علمی و ... مورد استفاده قرار گرفته است .
-2روش های تهیه اتیلن
-1-2 تهیه اتیلن از گازوئیل
در صورتیکه ماده اولیه گازوئیل باشد ،می توان اتیلن را در چهار مرحله به شرح ذیل تهیه نمود.در مرحله اول که بنام مرحله پرویز معروف است ابتدا بخار آب همراه با گازوئیل به نسبت وزنی %85 وارد راکتور کراکینگ می گردد.دمای راکتور در حدود 600 الی 800 درجه سانتیگراد و فشار آن حدود 2 اتمسفر کنترل می شود مخلوط خروجی از راکتور حاوی 46 درصد بخار آب 12/5 درصد اتیلن 11 درصد هیدروکربن های سنگین 9/2 درصد بنزین 7/8 درصد پروپان و پروپلین ،5/7 درصد متان،4/7 درصد بوتیلن ها و بوتادین ها ،2 درصد اتان و کمی هیدروژن تا حدود 500 درجه سانتی گراد سرد شده - از حرارت آن برای تهیه بخار آب استفاده می شود - و پس از اختلاط با محصول کراکینگ اتاق برگشتی وارد برج جدا کننده می شود.
در این برج جداکننده مواد سبک از بالا و هیدروکربن های سنگین که از آنها به عنوان سوخت استفاده می کنند از پایین خارج می شود.دمای بالای برج جدا کننده حدود 43 درجه سانتیگرادو فشار آن حدود 1/3 اتمسفر کنترل میگردد.در مرحله دوم که بنام مرحله شستشو موسوم است،گازهای سبک در یک ستون تقطیر با آبیکه دمای آن حدود 40 درجه سانتیگراد است شیشه می شود.فشار این ستون حدود یک اتمسفر کنترل می شود.در این شستشو بخار آب و بنزن تا حدودی از گازها جدا می شوند.
فشار گازهای حاصله توسط یک کمپرسور چند مرحله ای به حدود 8 اتمسفر رسانیده می شود و سپس ترکیبات گوگردی که ممکن است همراه این گازها باشد به کمک محلول های منو اتانول آمین و یا دی اتانول آمین و سود سوزآور شسته می شود.سپسفشار گازها مجدداً در چند مرحله افزایش یافته تا به حدود 35 اتمسفر برسد و پس از عبور از دستگاه های خشک کننده به مرحله تفکیک فرستاده می شود.
در مرحله سوم که بنام مرحله سرد کننده و تفکیک معروف است گازها حاوی 38/5 درصد اتیلن 20 درصد پروپان و پروپلین ؟17/5 درصد متان ،8/5 درصد اتان ،11 درصد بوتیلن ها و بوتادین ها ،1/5 درصد بنزن و مقداری هیدروژن با فشاری حدود 35 اتمسفر و دمای 15 درجه سانتیگراد وارد سیستم تفکیک و به کمک تبرید می شود. این سیستم شامل پنج برج می باشد که دمای آنها به ترتیب از -18درجه سانتیگراد تا -120 درجه سانتیگراد کم شده و به ترتیب نقطه جوش هر یک از گازها عمل تفکیک صورت می گرد.گازهای حاصله از سیستم تفکیک مذکور عبارتند از :
✓ -گاز هیدروژن که برای کاربردهای بخصوصی قابل مصرف است
✓ -گاز متان که حداقل به مصرف سوخت می رسد
✓ -مخلوطی از 80 درصد اتیلن 18 درصد اتان و 2 درصد هیدروکربن های سبکتر از آنها که به سیستم تفکیک اتیلن از اتاق فرستاده می شود.
✓ -مخلوط از پروپلین و پروپان که در صورت نیاز به برجهای تفکیک فرستاده میش ود
✓ -مخلوطی از بوتن ها و بوتادین ها که در صورت نیاز به برجهای جدا کننده ارسال می گردد.
✓ -هیدروکربن های سنگین تر از هیدروکربن های چهار کربن دار که به مصرف سوخت رسانیده می شود
در مرحله چهارم که بنام مرحله تخلیص مشهور است اتیلن از اتان در یک برج تفکیک جدا شده و با خلوص 99/97 درصد برای مصارف بعدی مورد استفاده قرار می گیرد.اتان بدست آمده بنام اتان برگشتی همراه با بخار آب به نسبت وزنی 3 به 1 به راکتور کراکینگ فرستاده می شود.دمای راکتور حدود 850 درجه سانتیگراد و فشار آن حدود 2 اتمسفر کنترل می گردد.محصول کراکینگ که شامل اتیلن می باشد با محصول راکتور کراکینگ گازوئیل که در مرحله اول شرح داده شد،مخلوط به برج جدا کننده فرستاده می شود.
-2-2 تهیه اتیلن از گازهای پالایشگاه:
گازهای بدست آمده از پالایشگاه های امروزی که اغلب مجهز به واحدهای کراکینگ و کک سازی می باشد.حاوی 6-18 درصد مولی اتیلن ،4-25 درصد مولی اتان 3-12 درصدمولی پروپان 3-11 درصد مولی پروپلین و مقداری متان و گازهای بی اثر می باشد.این مخلوط گازی که در بعضی از پالایشگاهها می سوزد می توانند به عنوان ماده اولین سوخت اتیلن نیز بکار برود.
نحوه تولید اتیلن از گازهای پالایشگاه ها بستگی به میزان این گازها دارد.در صورتیکه ظرفیت پالایشگاه که مجهز به واحدهای کراکینگ می باشد.بیش از 200 هزار بشکه در روز نفت خام می باشد.با استفاده از روشهای کراکینگ با بخار آب و یا با استفاده از روش های انبساط می توان به میزانی اتیلن تولید نمود که از نظر اقتصادی به صرفه باشد.در صورتیکهظرفیت پالایشگاه که مجهزبه واحد کراکینگ هستند کمتر از 300 هزار بشکه در روز نفت خام باشد استفاده از روش کمپلکس سازی برای تولید اتیلن مقرون به صرفه است.
-3-2 تهیه اتیلن از روش کراکینگ:
تولید اتیلن از گازهای پالایشگاه با توجه به مترلاماس - - hummus - که از آن در پتروشیمی آبادان نیز استفاده شده - و از طریق روش کراکینگ به کمک بخار آب بدین ترتیب است که از گازهای پالایشگاه همراه با بخار آب به کوره کراکینگ وارد می شود.دمای کوره حدود 850 درجه سانتیگراد و فشار آن حدود 2 اتمسفر کنترل می گردد
جریان خروجی از کوره به کمک بخار آب مستقیم تا حدود 315 درجه سانتیگراد سرد شده و سپس به برج خنک کننده با آب فرستاده می شود.گازهای سرد شده از بالای این برح حاوی هیدروژن،متان ،اتان ،استیلن ،اتیلن ،پروپان ،پروپلین ،بوتان و سنگین تر از بوتان و گاز انیدرید کربنیک تا حدود 7 اتمسفر فشرده شده و همراه با مقداری گاز پروپلین که از پالایشگاه می آید به برج جذب گازهای هیدروژن سولفوره و انیدرید کربنیک به کمک سود سوز آور فرستاده میشود.سپس گازهای شسته شده تا حدود 150 درجه سانتی گراد گرم شده و به راکتور تبدیل استدین به اتیلن در مجاورت کاتالیزور نیکل وارد می شود.
گازهای خروجی از این راکتور تا حدود 30 اتمسفر فشرده شده و پس از خشک کن که از آلومینا پرشده به برج اتان گیری فرستاده می شود.درجه حرارت بالای این برج حدود -15درجه و دمای پایین آن حدود 85 درجه سانتیگراد و فشار بالای برج حدود 27 اتمسفر کنترل می گردد.از بالای این برج مخلوطی از گازهای اتیلن ،اتان ،متان و هیدروژن خارج می شود که به واحئهای بعدی برای مصرف فرستاده می شود.جریان خروجی از پایین برج مزبور به برج پروپان گیری فرستاده می شود .دمای بالای این برج حدود 25 درجه سانتیگراد و دمای پایین آن حدود 95 درجه سانتیگراد و فشار بالای برج مذکور حدود 8 اتمسفر کنترل می شود.از بالای این برج پروپلین همراه با پروپان و از پایین این برج بوتان و هیدروکربن ها سنگین تر از آن خارج می گردد.
