Пиролиз углеводородов представляет собой химическую реакцию термического разложения органических соединений без присутствия кислорода. Процесс протекает при высоких температурах, обычно в диапазоне 500–1200 °С, и сопровождается образованием множества продуктов, включая олигомеры, алкены, ароматические соединения и газообразные компоненты. Пиролиз является ключевым этапом в петрохимической промышленности, обеспечивая получение сырья для производства моноолефинов, ароматических углеводородов и синтетических материалов.
Высокая температура инициирует термическое разложение углеводородных связей C–C и C–H, сопровождающееся радикальными реакциями. Скорость пиролиза определяется как типом углеводорода, так и структурой молекулы: насыщенные алканы легче распадаются на алкены, а циклоалканы и ароматические соединения требуют более высоких температур для начала разложения.
Механизм пиролиза углеводородов является радикальным, включает следующие этапы:
Особое значение имеет термическая стабильность углеводородов: линейные алканы распадаются с образованием этилена, пропилена и бутиленов, а ароматические и циклические структуры формируют полициклические углеводороды и кокс.
Температура является основным фактором, определяющим скорость реакции и состав продуктов. При 500–700 °С преимущественно образуются легкие алкены и олигомеры. Повышение температуры до 900–1200 °С приводит к более глубокому разложению и увеличению выхода газообразных компонентов, таких как водород, метан и ацетилен.
Давление оказывает меньшее влияние на скорость пиролиза, но повышенное давление способствует образованию более тяжелых олигомеров и снижает долю газообразных продуктов. В промышленных установках оптимальные условия подбираются с учетом целевого продукта: этиленовая фракция требует низкого давления и высокой температуры, тогда как для получения ароматических углеводородов используют повышенное давление и катализаторы.
Некаталитический пиролиз осуществляется только под действием температуры. Он характеризуется широкой зоной разложения и высокой степенью образования радикалов.
Каталитический пиролиз проводится при умеренно более низких температурах с использованием твердых кислотных катализаторов, таких как цеолиты или алюмосиликаты. Катализ ускоряет реакции бета-расщепления и циклизации, повышает селективность по алкенам и ароматическим соединениям, снижая образование тяжелых коксующих фракций.
Пиролизные установки делятся на трубчатые печи, роторные пиролизеры и флюидные реакторы.
Пиролиз углеводородов является базовым процессом петрохимии, обеспечивая производство ключевых химических промежуточных продуктов. Контроль температуры, давления, времени контакта и каталитических условий позволяет оптимизировать выход целевых продуктов, минимизировать образование кокса и повысить экономическую эффективность производств.
С учетом высокой потребности в этилене, пропилене и ароматических соединениях пиролиз углеводородов остаётся стратегическим процессом, определяющим развитие современной химической и полимерной промышленности.