БТПп4 / 7 семестр / гайсина / доклады+през / 30 Пиролиз
.docx2) Пиролиз - процесс термического разложения УВ.
Термический пиролиз осуществляется в пиролизных печах.
Фундамент печи сооружают из монолитного или сборного железобетона и конструктивно изолируют от воздействия высоких температур. На фундамент через несущие стойки каркаса печи опирается вся масса печи.
Каркас печи – основная несущая металлическая конструкция.
Футеровка предназначена для защиты каркаса печи от воздействия высоких температур и создания вторичного теплового излучения, повышающего тепловую эффективность (к.п.д.) печи. Для снижения теплопотерь через футеровку и создания безопасных условий эксплуатации печи с внешней стороны футеровка покрывается слоем теплоизоляции.
Футеровка радиантной части вертикальных печей выполняется в основном из легковесного шамотного кирпича, футеровка конвекционной камеры – из легкого жароупорного бетона.
Каркас - кожух печи выполняется из листовой стали и из сортового проката.
3) Трубчатый змеевик - это основная часть печи, который изготавливают из дорогостоящих бесшовных горячекатаных печных труб. Печные трубы работают в трудных условиях; они подвержены двустороннему воздействию высоких температур: изнутри – от нагреваемого сырья и снаружи – от дымовых газов и излучающих поверхностей.
Диаметр труб, из которых монтируется змеевик технологических печей, обычно составляет 108x6, 158x8 и 219x10 мм. Длина труб – 12-18 м, а для наиболее мощных печей – 24 м.
4) Соединение труб в змеевике может быть произведено двумя способами:
а) ретурбендами – трубы соединяются развальцовкой концов труб в гнездах;
б) двойниками или калачами – для соединения используется сварка
5) Подвески устанавливаются на своде и предотвращают провисание труб в печи. В зависимости от температуры труб подвески располагаются на расстоянии 0,8…3 м одна от другой (при температуре до 550ºС расстояние составляет 2,5…3м, при температуре 800-850ºС – 0,8…1,2м). Эти элементы изготавливают из жаропрочных окалиностойких высоколегированных сталей (20Х23Н13) или из жаропрочного чугуна.
6) Первые печи пиролиза первоначально ничем не отличались от нагревательных печей нефтезаводских установок. Они имели два потока, змеевик был выполнен в виде настенного экрана. Это не могло обеспечить высокую теплонапряжённость поверхности труб из-за большой неравномерности подвода тепла. Кроме того, топливо в таких печах сжигалось в факельных горелках, при этом создавалось неуправляемое распределение температуры внутри печи, в результате чего возникали частые пережоги труб даже при невысоких температурах пиролиза. Для таких печей температура на выходе не превышала 720-760°С, коэффициент теплопередачи внутри змеевика 650-750 Вт/(м2·К), а время пребывания потока составляло 2-3 с. При размещении змеевика в середине топочной камеры на подвесках (ёлочках) удалось повысить коэффициент теплоотдачи в змеевике до 950-1050 Вт/(м2·К), однако время пребывания потока оставалось довольно большим 1,2-1,6 с.
Для того чтобы снизить время пребывания потока в змеевике и повысить теплонапряжённость, начали использовать трубы, изготовленные методом центробежного литья из более жаростойких сталей (Х25Н20, Х25Н35). Поскольку эти трубы более хрупкие, то от горизонтальных змеевиков перешли к вертикальным, свободно висящим змеевикам (так же при вертикальном расположении труб практически нет застойных зон).
Основные характеристики змеевика – диаметр, время пребывания потока в змеевике и температура стенки тесно связаны между собой. При сокращении времени пребывания повышается температура стенки. Для её снижения необходимо увеличить удельную поверхность змеевика, то есть поверхность на единицу объема. Это достигается переходом на трубы малого диаметра или выполнением змеевика ветвящимся.
7) По пути уменьшения диаметра труб пошли такие фирмы как Stone and Webster (печь USC) и Kellog (многопоточная печь Millisecond). Их змеевики имеют внутренний диаметр труб менее 50мм, и представляют собой прямые трубы, соединённые на входе коллектором, через который поступает сырьё с паром. На выходе два потока объединяются и поступают в ЗИА. Тем самым они обеспечивают малое время пребывания потока в змеевике от 0,03 до 0,15 с. К недостаткам таких печей относится неравномерность распределения потоков по змеевикам, расход сырья и пара не может измеряться для каждого потока отдельно (только для группы из 4-8 змеевиков), температура на выходе из каждого змеевика не измеряется. Трубы малого диаметра очень чувствительны к уменьшению сечения за счёт слоя кокса: резко увеличивается их сопротивление. Трудно провести выжиг кокса во всех трубах за короткое время из-за неравномерной закоксованности.
8) Такие фирмы как Lummus и KTI предпочли переход от змеевиков постоянного диаметра к разветвлённым. На рисунке представлена эволюция змеевиков типа SRT фирмы Lummus. Змеевик печи SRT-II состоит из труб трёх диаметров. Четыре параллельных потока, пройдя трубы малого диаметра, попарно объединяются и, пройдя трубы среднего диаметра, поступают в одну общую трубу. Общее время пребывания потока в таком змеевике составляет 0,6с. При этом выход этилена по сравнению с SRT-I увеличивается на 1,5 % (6% отн.) при сохранении выхода пропилена.
Змеевик печи SRT-III короче змеевика печи SRT-II за счёт меньшей длины труб большого диаметра и имеет трубы несколько меньшего диаметра, при этом выхода этилена увеличивается на 1,5 %, но выход пропилена снижается на 1 %. Змеевик SRT-IV состоит из труб четырёх диаметров. По сравнению с печью SRT-III он не даёт существенного сокращения времени реакции (0,35 против 0,4с), но имеет значительно большую поверхность на единицу объема змеевика, что обеспечивает достижение более высокой температуры притой же температуре стенки.
9) Фирма KTI так же сменила змеевик постоянного диаметра на разветвлённый, у которого выходная часть выполнена из труб несколько большего диаметра, чем входная (так называемый конусный змеевик). Это позволяет уменьшить сопротивление и чувствительность змеевика к коксованию.
Первый тип змеевика (GK-II) имел вначале два параллельных хода из 4-6 труб, которые после объединения переходят в две выходные трубы большего диаметра. Затем змеевики стали четырёхпоточными на входе и состоящими из труб трёх различных диаметров (GK-IV). Особенность печей фирмы KTI состоит в двухрядности расположения всего (однопоточного) или части (многопоточной) змеевика и подача пирогаза в ЗИА от восьми (для МК) или четырёх (для GK-II и GK-IV) змеевиков.
11) Сырье испаряется, следовательно, скорость парожидкостного потока и гидравлическое сопротивление увеличиваются, а это приводит к увеличению перепада давлений между входом и выходом.
Наиболее распространенным способом снижения скорости потока на выходе из змеевика является увеличение диаметра трубы змеевика на конечном участке, как правило, по длине участка испарения. Увеличение диаметра трубы змеевика достигается путем установки конического перехода.
13) Горелки предназначены для сжигания газообразного топлива (природного газа, газа нефтепереработки). По способу подвода воздуха для горения горелки подразделяются на следующие типы: диффузионные; инжекционные; с принудительной подачей воздуха.
В диффузионных горелках весь необходимый для горения воздух притекает к пламени из окружающей атмосферы. Эти горелки мало чувствительны к колебаниям давления газа, но требуют больших размеров топки, так как они образуют длинный факел.
14) Изначально в печах пиролизу подвергали, как правило, этан и другие углеводородные газы. Для того чтобы перейти на жидкое сырьё, необходимо было упорядочить сжигание топлива в печи. С этой целью были разработаны панельные горелки беспламенного горения, которые могут создавать сплошную излучающую поверхность.
В панельных горелках образование газовоздушной смеси частично или полностью происходит внутри горелки. Благодаря хорошему смешению воздуха и катализирующему влиянию керамических элементов горелки процесс горения почти заканчивается в туннелях. Поэтому и нет видимого факела. За это их называют беспламенными.
Беспламенная панельная горелка изображена на рисунке. Газ, поступающий из газопровода 7 в сопло 5, инжектирует необходимое количество воздуха, которое контролируется с помощью регулятора воздуха 6. Газовоздушная смесь, образованная в смесителе 4, поступает в распределительную камеру 3, проходит по ниппелям 2 и поступает в керамические тоннели 1. Где происходит дальнейшее сжигание газовоздушной смеси. Распределительная камера 3 от керамических призм 8 теплоизолирована слоем диатомитовой крошки, что уменьшает теплоотвод из реакционной зоны.
16) Гляделка предназначена для наблюдения за работой устройств для сжигания топлива и состоянием труб радиантной камеры.
Дымовая труба выполняет две основные функции – создает необходимую тягу в топке печи и отводит вредные дымовые газы (содержащие оксиды углерода, азота и серы и углеводороды) на большую высоту для лучшего их рассеяния в атмосфере.
Предохранительные окна служат для ослабления силы взрыва при аварии в топке и предохранения печи от разрушения.
Дверцы и лазы предназначены для закрытия конвективной камеры и экранов; лазы служат для осмотра конвективной камеры.