книги из ГПНТБ / Паушкин Я.М. Производство олефинсодержащих и горючих газов из нефтяного сырья

диаметр 121 см и высоту 212 см (вместе с конической верхуш­ кой), составляет 1190 м^/час, или около 28300 м? газа в сутки.

Процесс этот непрерывный. При должной регулировке ко­ личества и соотношения нефти и воздуха получается газ, по­ стоянный по составу. В табл. 38 приведены технологические показатели процесса Дайтона — Фабера и состав газа.

Рис. 69. Генератор Дайтона — Фабера:

1 — реактор: 2 — турбулентный подогреватель воздуха; 3 — первичный подогреватель воздуха; 4— охлаждение водой; 5 — промывная емкость; 6 — выход газа.

Данный процесс был применен для риформинга углево­

дородных газов с целью получения газа, сходного с природ­ ным.

Идея автотермического пиролиза, впервые использованная в процессе Дайтона —• Фабера, в дальнейшем своем развитии оказалась применимой для многих процессов как каталитиче­ ских, так и некаталитических. Эта идея применяется в процессе крекинга жидкого топлива для получения высокооктанового бензина, в процессе производства этилена и- др.

152

Таблица 38

Технологические показатели процесса Дайтона—Фабера [13]

ставлена на рис. 70. Жидкий пропан попадает в испаритель, а затем в один или несколько теплообменников, где он нагре­ вается за счет тепла выходящего газа — продуктов реакции. Таким же образом нагревается воздух, поступающий в тепло­ обменник из компрессора. Пары пропана и воздух нагреваются свыше 538° С, после чего они вводятся в реактор, где быстро смешиваются.

Реактор хорошо изолирован и сконструирован таким обра­ зом, что обеспечивает максимальную турбулентность потока. Частичное окисление углеводорода повышает температуру сме­ си примерно до 1036° С. После начала крекинга температура смеси падает до 815° С. Реакция заканчивается в течение не­ скольких сотых долей секунды. Полученные газы разделяют­ ся по выходе из реактора на два потока. Меньший поток про­ ходит через теплообменник, подогревающий воздух, а боль­ ший — через теплообменник, предназначенный для подогрева пропана. Оба потока по выходе из теплообменников соединя­ ются и проходят через испаритель пропана и орошаемый водой холодильник, где конденсируется большая часть содержащейся в газе воды.

Прежде, чем газ попадет в холодильник, к нему добав­ ляется небольшое количество пропана с целью получения газа необходимой теплотворной способности. Сконденсированная

153

вод'а,'образующаяся в холодильнике-конденсаторе, содержит немного формальдегида и следы органических кислот. Процесс ведется, под давлением, достигающим в реакторе 2,0 атм. Теплотворная спо­ собность получаемого га­ за регулируется соот­ ношением воздуха и угле­ водорода. Автоматический контроль возможен при, постоянном количестве уг­ леводорода или в .том случае, когда имеется, за­ писывающий калориметр для регулирования соотно­ шения воздуха и углеводо­ рода, .. необходимого для получения газа с постоян­

К. п. д. процесса составля­ ет 75—80%.

В табл. 39 приведены данные по автотермическому пирог лизу этана, пропана, бутана и легкого газойля в присутствии воздуха при атмосферном давлении.

Процесс Копер — Гаше Дальнейшим развитием процесса автотермического пироли­

сырья и полученных газов внутри печи [11].

Работы над созданием регенераторной печи были начаты еще в 1932 г. Такого типа печи применялись для восстанов­ ления железной руды с целью получения губчатого железа. Во время второй мировой войны печи такого же типа использовались для производства ацетилена и бутадиена. Од­ нако на современной стадии развития процесса риформинга и его аппаратурного оформления эта печь уже устарела; взамен ее создана новая печь, коренным образом отли­ чающаяся от прежней конструкции, с двойной регенерацион­ ной системой и с новыми регенераторами. Максимальная

154

Таблица 39

Автотермический пиролиз различных углеводородов в присутствии воздуха при атмосферном давлении [15]

* Прямогонная фракция, выкипающая при 120-204’С, плотность Р4 =0,748.

155

мощность новой печи — 3400 л3 газа в стуки. В ней уже про­ водились опыты с пропаном и природным газом. Вслед за опытной установкой была сконструирована и промышленная установка на 28 300 м? газа в сутки [17].

Схематический разрез аппарата Копер — Гаше показан на рис. 71. Он представляет собой камеру, футерованную огне­ упорным кирпичом и имеющую внутри перегородку; последняя

Рис. 71. Схематический разрез аппарата Копер — Гаше:

А — газовый коллектор; Б — выход газа на очистку:

В — регенеративная насадка; Г — секция регенеративной

насадки;

1, 2, 3, 4 — клапаны переключения установки.

делит камеру пополам, но не доходит до ее дна. Обе половины аппарата заполнены секциями регенеративной фасонной на­ садки, которая является одновременно носителем катализатора и аккумулятором тепла крекированного газа.

Система работает с переменой направлений движения га­ зов в аппарате (прямой и обратный потоки) в соответствии с заданным циклом. Газо-воздушная смесь подводится в аппа­ рат через коллектор А. При открытых клапанах 1 и 3 и за­ крытых клапанах 2 и 4 газо-воздушная смесь поступает в правую половину аппарата, где она соприкасается с раска­ ленной регенеративной насадкой, в результате чего начинается реакция окислительного крекинга. В силу экзотермического характера реакций система не нуждается во внешнем подводе тепла. Из правой половины аппарата полученный крекирован­

156

ный газ переходит в левую половину, где он отдает свое тепло насадке и выходит через открытый клапан 1 на охлаж­ дение. Продолжительность цикла, в зависимости от ко­ личества перерабатываемого газа, длится от 3 до 5 мин. Трех­ ходовые клапаны меняют направление потока в печи, но не­ прерывное производство риформинг-газа этим не нарушается. Время контакта равно */ю сек. Печь имеет высокую пропуск­ ную способность. В ней обеспечен быстрый теплообмен между газом и регенераторами при сравнительно низком падении дав­ ления. Регенераторная секция обеспечивает непрерывность по­ тока газа. При пуске холодной печи в реакционной камере включается горелка, и горячие продукты сгорания проходят через всю печь. Регенераторы, расположенные ближе к цент­ ральной камере, нагреваются до 815°С. Это занимает час вре­ мени, после чего можно начать процесс. Начальную температу­ ру можно сохранять при помощи автоматической регулировки горелки в реакционной камере. Степень нагрева газа кон­ тролируется соотношением воздуха и углеводорода. В преде­ лах теплотворной способности от 5350 до 8900 ккал]м3 концен­ трация воздуха в смеси всегда бывает ниже предела воспламе­ нения. Следовательно, эта горючая смесь не взрывоопасна. При прохождении смеси от холодного конца печи к реакционной камере уже наблюдается начало крекинга и начало окисления. Температура смеси постепенно повышается, превышает темпе­ ратуру регенератора, и, наконец, происходит частичное сгора­ ние с выделением тепла, достаточного для крекинга, и образо­ вание газа. Поскольку количество газа определяется соотно­ шением воздуха и углеводорода, очевидно, что реакция может автоматически контролироваться. Максимальная температура газа — около 840° С.

При желании получить крекированный газ с меньшим со­ держанием азота вводят еще период обогрева. В этом случае аппарат работает периодически, так как в момент обогрева дымовые газы приходится отводить из системы. При этом об­ служивание всей системы значительно усложняется, так как за периодом обогрева следует период необходимой продувки аппарата паром. Полученный газ содержит следы формальде­ гида, которые удаляются промывкой водой. Выходящий из печи газ имеет температуру 149° С.

Преимущества этого процесса: небольшие эксплуатацион­ ные расходы, непрерывность процесса, возможность регулиро­ вания выходов, высокая производительность, легкость контро­ ля и чистота получаемого продукта.

В 1951 г. в Нью-Йорке, на Рочестерском заводе, была сконструирована установка автотермического процесса гази­ фикации и риформинга мощностью 28 300 м3!сутки.

157

На установке производится риформинг природного газа и ведутся экспериментальные работы с другими видами топлива. Имеются сообщения еще о шести установках, две из которых применяются в химической промышленности для производства этилена, ацетилена и ароматических углеводородов.

Процесс Гейма

Получение дополнительных количеств бытового газа путем автотермического крекинга газойля по способу Гейма было ис­ пользовано во Франции з 1945—1946 гг. [18]. Но широкого рас­ пространения этот способ не получил, так как карбюрирование

Рис. 72. Схема установки «Гейм»:

1—камера крекинга; 2—воздуходувка; 3— коксовый фильтр; 4 — вы­

бедного генераторного, водяного или даже дымовых газов про­ паном с доведением их калорийности до 4000—4200 ккал1нм? и применение этой смеси в качестве добавки к бытовому газу полностью вытеснили процесс Гейма.

Однако в последнее время начали производить опыты по расщеплению бутана и газов, получаемых с нефтеперерабаты­ вающих заводов, на опытной установке Гейма в г. Сет, схема которой показана на рис. 72.

158

Основным элементом установки является камера автотер­ мического крекинга, представляющая собой металлический цилиндр, футерованный внутри огнеупорным кирпичом. Вну­ тренний диаметр футерованного цилиндра равен 800 мм. Вну­ три камеры установлена труба диаметром 150 мм, изготовлен­ ная из жароупорной стали; по этой трубе реакционная смесь газа и воздуха подводится ко дну камеры. Реакционная камера снабжена взрывным клапаном и термопарами для замера тем­ ператур. Снизу камеры подведен газ и воздух для предвари­ тельного разогрева аппарата до 800° С в период пуска его в работу.

Газ, подлежащий расщеплению, подводится к аппарату через регулятор давления, электрозадвижку регулирования ко­ личества газа и ротационный счетчик газа. При поступлении в центральную трубу камеры крекинга газ смешивается с пред­ варительно подогретым до 200—300°С воздухом, и эта смесь опускается ко дну аппарата.

Реакции крекинга углеводородов по способу Гейма явля­ ются экзотермическими; поэтому для ведения процесса креки­ рования отпадает необходимость в подаче тепла со стороны. Температура реакции поддерживается в пределах 500—800° С и зависит от качества газа, поступающего на установку, и от качества газа, который желательно получить в результате кре­ кинга. Из камеры крекинга газ проходит через воздухо­ подогреватель, >в котором предварительно охлаждается, отдавая тепло воздуху, поступающему на реакцию. Из возду­ хоподогревателя крекированный газ проходит через гидрав­ лический затвор в холодильник непосредственного действия, заполненный коксом, где окончательно охлаждается водой. Результаты проведенных опытов на установке приведены в табл. 40.

Полученный расщепленный газ имеет высокий удельный вес, содержит в сумме более 40% предельных и непредельных

большая опытно-промышленная установка для производства газа из легкокипящих углеводородов и сжиженных газов.

Перед проведением опытов были произведены теоретиче­ ские расчеты выходов и качества газа пиролиза, а также за­ трат тепла на процесс расщепления. Результаты расчетов при­ ведены в табл. 41 й 42.

159

реакции расщепления в пересчете на 1 м3 расщепленного газа практически не изменяется для всех углеводородных газов. При эндотермическом расщеплении в присутствии водяного пара требуется подвод тепла извне в количестве 540—575 ккал на 1 л3 полученного газа. При экзотермическом расщеплении в

расщеплении с паром, значительно отличаются от аналогич­ ных показателей для газа, полученного при пиролизе в при­ сутствии воздуха. Теоретически, если принять, что при пиро­ лизе углеводородных газов в присутствии водяного пара получающийся газ состоит только из водорода и окиси углерода, то получаемый газ имеет теплотворную способность около 3000 ккал/м3 и плотность порядка 0,3—0,35, при содер­ жании в нем водорода около 70%. При конверсии углеводо­ родных газов в присутствии кислорода воздуха (если считать,

160

Таблица 41

Выход и качество крекинг-газа :

* Теплотворная способность газа, полученного как при пиролизе в присутствии во­ дяного пара, так и в результате автотермического крекинга в присутствии воздуха,

определялась, исходя из того предположения, что образующийся газ содержит только

водород и окись углерода, что значительно отличается от практических данных.