Лекция 9. Технология процессов пиролиза и крекинга

=========================================================

Пиролиз и крекинг – эндотермические весьма энергоемкие процессы.

Способы подвода тепла: - внешний обогрев топочными газами;

• высокоперегретым водяным паром (адиабатический или гомогенный процесс);

• частичным сжиганием сырья при подаче кислорода (окислительный пиролиз);

• нагрев неподвижным или движущимся твердым теплоносителем (регенеративный пиролиз).

Наиболее часто используется внешний обогрев топочными газами.

Основной реакционный аппарат – типовая трубчатая печь, в которой сырье перемещается по трубам, обогреваемым теплом от сгорания жидкого или газообразного топлива.

Для уменьшения образования в трубах кокса сырье разбавляют водяным паром

(до 50%).

Процесс осуществляют в “этиленовом режиме” при 850-870⁰С. применение беспламенных горелок (2), вертикальное расположение труб, их двухсторонний обогрев, блокирование в одном корпусе нескольких топочных камер, градиентный способ обогрева (оптимальная температура, соответствующая протекающей в данном месте стадии пиролиза) обеспечивают мощность печи > 50 тыс.т/год и создание установок 300-450 тыс.т.

Рис. 9.1 – Схема печи пиролиза

Радиантная секция состоит из вертикальных труб (4) и обогревается за счет излучения от раскаленной печи и топочных газов. В них протекает пиролиз и поддерживается наиболее жесткий режим (3).

В конвективной (верхней) зоне с горизонтальными трубами-теплопередача за счет менее эффективной конвекции (5). Здесь сырье с водяным паром подогревается до заданной температуры, после чего поступают в радиантную секцию.

Топочный газ после утилизации выводится в атмосферу.

Продукты пиролиза с Т=850-870⁰С подвергают “закалке” (быстрое охлаждение до 500-700⁰С в котлах-утилизаторах) для избежания полимеризации олефинов. Частично охлажденные продукты пиролиза в колонне, орошаемой рециркулируемым маслом очищаются от кокса (его отделяют от масла на фильтре) и охлаждаются до 100-200⁰С (тепло утилизируется) после чего вместе с водяным паром – разбавителем промываются в следующей колонне водой и направляются на дальнейшую переработку. Горячая вода идет в котлы-утилизаторы и возвращается частично в виде пара на пиролиз, а частично на отопление, подогрев технологических потоков и т.д.

Структура сырья в мировом производстве этилена (%): этан – 36; пропан - 11; бутан - 3; бензин прямой гонки - 47; газойль - 3.

Баланс разложения газообразных и жидких видов пиролизного сырья приведен в [ 6, с. 39] (приложение 2).

Технология термического крекинга твердых или мягких парафинов аналогична пиролизу и термическому крекингу нефтепродуктов.

Во избежание вторичных реакций его проводят до небольшой степени превращения парафина (20-25%), возвращая непрореагировавшие парафины после отделения легких фракций снова в процесс.

Продукты крекинга: - газ (20%);

• жидкие углеводороды (С₅ и выше);

• кокс (1-2%).

Фракционный состав жидких продуктов (% от превращенного сырья):

- до 140⁰С (С₅-С₈) - 20;

- 140-180⁰С (С₉-С₁₀) - 10-15;

- 180-240⁰С (С₁₁-С₁₃) - 11-13;

- 240-320⁰С (С₁₄-С₁₈) - 14-16.

Содержание олефинов в этих фракциях =70-80%. Из них долю  - олефинов (двойная связь на конце цепи) = 90-95%. Они представляют интерес для синтеза ПАВ.

Графические зависимости процессов пиролиза приведены в [1] в т.ч. :

• Тепловой баланс печи пиролиза - с.4;

• Пиролиз бензина (распределение продуктов пиролиза по длине змеевика - с.6; зависимости температуры стенки змеевика и длительности рабочего пробега от разбавления сырья водяным паром - с.8; зависимости выхода продуктов от температуры и времени контакта - с.11);

• Зависимости выхода продуктов от температуры при пиролизе бензина, керосина, газойля - с.6;

• Пиролиз углеводородов – (зависимости увеличения объема от степени конверсии - с. 5; зависимости констант скоростей реакции от температуры - с.9);

• Пиролиз этана (зависимость энтальпии, степени конверсии и объема пирогаза - с.7; соотношения степени конверсии и выхода этилена - с.9; относительные

показатели расхода сырья, нагрузки на компрессор и печи - с.10);

• Пиролиз пропана (выходы основных продуктов) - с. 10;

• Пиролиз пентана (зависимость времени контакта от температуры процесса - с.5);

• Пиролиз углеводородов до этилена (соотношения выхода этилена и водорода - с.4; типы пиролизных змеевиков и показатели их работы - с.12).

Технологические схемы процессов пиролиза бензина до олефинов – [2, с. 16-17; 4, с.17]