Процесс термического преобразования алканов в олефины называется пиролизом. Только таким образом можно получить самый востребованный материал этилен. Еще одним соединением, получаемым таким образом, является пропилен. Преимуществом пиролиза является его относительная простота, универсальность и дешевизна. В зависимости от технологии производства можно получать сырье для производства каучуков (бутадиена). Именно с помощью пиролиза получают большое количество бензола, который служит основным сырьем для многих нефтехимических предприятий. Таким образом, пиролиз позволяет получить материалы для производства основных полимеров.

С химической точки зрения процесс пиролиза достаточно прост. Под действие температуры длинные цепочки углеводородов распадаются на несколько меньших. В зависимости от величины температуры, компонентов сырья и дополнительных катализаторов удается получить широкое разнообразие веществ. Заключающим этапом пиролиза является процесс замещения атомов водорода атомами углерода. Удается вывести более прочные (двойные или тройные) связи между атомами углерода. Процесс «обезвоживания» называется дегидрированием. Именно на этом этапе пиролиза удается получить основу (мономеры) для производства полимером и синтетических каучуков.

Рис. 5

На рисунке 5 показана схема преобразования простой длинной цепочки бутана в молекулу метана и пропилена. То есть процедура пиролиза позволяет получить сырье для будущего производства и готовое топливо.

Процесс термического разложения проходит при температурах от 700°С до 900°С. Отличительной чертой является то, что для нагрева сырья используется водяной пар. Процесс очень близок к процедуре дистилляции алкоголя, но проходит в разы быстрее. В первую трубную печь подается сырье и горячий пар. После этого смесь проходит быстрое охлаждение в змеевиках, а затем поступает в следующую печь, где происходит необходимая химическая реакция.

В целом процесс пиролиза достаточно сложный. За время производства сырье подвергается воздействию различных катализаторов и физических факторов. В зависимости от типа сырья и технологических особенностей производства на выходе удается получить различные вещества. Пропорции затраченного сырья и готового продукта представлены в таблице:

  * – в скобках после бензинового сырья указаны температурные интервалы выкипания.

Естественно в процессе производства образуются не только основные вещества. В жидком виде оседают тяжелые ароматические углеводороды. Проанализировав данные таблицы, можно сделать вывод, что лучшим сырьем для производства этилена является этан. Процесс переработки имеет лучшее соотношение затраченного сырья и полученного продукта. Однако при использовании чистого этана на выходе удается получить небольшое количество бутилена и бутадиена, которые служат основой для производства каучуков. Для решения такой проблемы многие предприятия используют смесь на основе этана. Такая полезность и востребованность газа сделала его основным сырьем для нефтехимической промышленности США и стран Азии. В нашей стране доля этана на рынке достаточно мала, поскольку нет необходимых производственных мощностей для его получения. На территории РФ чаще всего используют сжиженные смеси пропана и бутана. Учитывая хорошее соотношения затраченного сырья и полученного продукта, их использование экономически оправдано. Именно поэтому на территории РФ большое распространение получили предприятия по их производству.

Учитывая особенности сырьевых баз, главным производственным продуктом является прямогонный бензин. На его основе удается получить широкий спектр разнообразных веществ. Помимо этилена и пропилена, производятся бутилен, дивинил и бензол. Они необходимы для изготовления синтетических каучуков, топливных присадок для транспортных средств и производства многих строительных полимеров. Популярность нафты, как сырья, объясняется простотой получения прямогонного бензина. На выбор также влияет низкая стоимость производства этого продукта. Все факторы делают нафту более удачным выбором по сравнению со сжиженными углеводородными газами.

В таблице для сравнения приведен также атмосферный газойль. На его примере отчетливо видно, что чем больше температура кипения вещества, тем меньше выход готового продукта. Именно поэтому данное вещество чаще всего используется для производства дизельного топлива. На дочернем предприятии компании «Лукойл» в городе Калуш (Украина) это сырье используется при пиролизе с целью производства таких материалов как полистирол, каустическая сода, поливинилхлорид и некоторых других материалов.

После перегонки полученное сырье проходит дополнительные процессы фильтрации. Таким образом, вещество удается очистить от примесей воды, пара, серы и т.д. В дальнейшем полученные материалы разделяются на индивидуальные фракции. На выходе удается получить мономерные олефины, которые проходят процесс полимеризации или другую необходимую обработку.

В Российской Федерации ежегодно производится практически пять миллионов тонн полимерных материалов. При этом удельный вес полиэтилена составляет более трех миллионов тонн. Главные производственные мощности в данной сфере принадлежат «Казаньоргсинтез» и «Нижнекамскнефтехим». Оба производственных гиганта принадлежат татарстанскому промышленному объединению «ТАИФ».

Рис. 6

Производством олефинов и полимеров на их основе занимаются предприятия, входящие в холдинг «СИБУР». Главные производственные мощности организации располагаются в Томской и Нижегородской областях В сумме предприятия способны изготавливать практически 700 млн. тонн этилена в год. В связи с ростом спроса на данную продукцию планируется существенно увеличить мощности «Томскнефтехим», «СИБУР-Кстово» и «СИБУР-Химпром». Также для расширения своего рынка холдинг СИБУР проводит строительство завода в Тобольске. Все предприятия используют пиролизные печи. Проводится постоянная модернизация установок, что позволяет повысить эффективность производства. Кроме того, постоянное развитие технологий заставляет заводы подстраиваться под более эффективные способы производства.