3.2 Пример технологического расчета процесса пиролиза

Исходные данные:

В процесс вовлекается пропан 100 %-ной чистоты.

- температура процесса Т_К = 845 °С;

- время контакта τ = 0,35 с;

- температура сырья на входе в печь Т_Н = 40°С (рекомендуется 40-100 °С);

- разбавление водяным паром составляет 20 % масс. на сырье (для этана рекомендуется брать 10-20 % масс.; для пропана – 10-30 % масс.; для бензина 30-50 % масс.);

- производительность печи по сырью G_УСТ = 75000 т/год;

- количество дней работы печи в году 320.

3.2.1 Материальный баланс процесса

Для определения выхода продуктов используются рисунки 3.3а, 3.3б в случае пиролиза пропана; 3.4а, 3.4б – этана и 3.5а, 3.5б – бензина. Выходы продуктов зависят от фактора жесткости, предложенного Линденом, который увязывает два переменных параметра – температуру и время контакта в один и дает возможность представить зависимость выхода целевых продуктов от жесткости процесса. Фактор жесткости рассчитывается по следующему уравнению:

, (3.1)

где F – фактор жесткости; Т_К – температура процесса, °С; τ – время контакта процесса, с.

Из рисунков 3.3а и 3.3б определим выходы основных продуктов пиролиза пропана.

Выход непревращенного пропана определяется по формуле

, (3.2)

где – сумма выходов остальных продуктов, % масс.

В случае пиролиза этана по формуле (3.2) определяется выход непревращенного этана; в случае пиролиза бензина по формуле (3.2) определяется выход тяжелой смолы пиролиза. Для упрощения расчетов принимается, что в ходе пиролиза не происходит образования кокса, соответственно его выход равен нулю.

Поскольку доля водяного пара, участвующего в химических превращениях, в ходе пиролиза крайне мала, то принимается, что приход водяного пара равен его расходу.

Таблица 3.1 – Материальный баланс процесса

Вещество	% масс. на пропан	т/год	т/сут	кг/ч	кг/с
Приход
Пропан	100,0	75000,0	234,4	9766,7	2,713
Водяной пар	20,0	15000,0	46,9	1954,2	0,543
Итого	120,0	90000,0	281,3	11720,8	3,256
Расход
Водород	1,6	1200,0	3,8	158,3	0,044
Метан	15,9	11925,0	37,3	1554,2	0,432
Этан	2,5	1875,0	5,9	245,8	0,068
Этилен	26,3	19725,0	61,6	2566,7	0,713
Пропан	26,1	19575,0	61,2	2550,0	0,708
Пропилен	19,0	14250,0	44,5	1854,2	0,515
Бутаны	0,05	37,5	0,1	4,2	0,001
Бутилены	1,5	1125,0	3,5	145,8	0,041
Бутадиен	1,3	975,0	3,0	125,0	0,035
С5+	5,8	4350,0	13,6	566,7	0,157
Водяной пар	20	15000	46,9	1954,2	0,543
Итого	120,1	90037,5	281,4	11725,0	3,257

Из формулы (3.2) выход непревращенного пропана определяется:

Для дальнейших расчетов необходимы молекулярная масса пирогаза и его плотность. Соответствующие расчеты сводятся в таблицу 3.2.

Молекулярная масса пирогаза из таблицы 3.2 составляет М_ПИР = 25,062 г/моль. Молекулярная масса сырья (пропана) равна M_C = 44 г/моль. В случае если в качестве сырья применяется смесь газов, то составляется аналогичная таблица для сырья с расчетом его молекулярной массы.

Плотность сырья и пирогаза вычисляется по формуле

(3.3)

Для сырья и пирогаза плотность соответственно составит:

_{, .}

Таблица 3.2 – Состав и свойства пирогаза (без водяного пара)

Компонент	Доля масс., xi	Mr, г/моль	xi/Mri	Доля мольная,	Mri∙	Количество
						кг/с, Gi	кмоль/с, Gi'==Gi/Мr	моль/ моль сырья, Gi'/G'УСТ
Водород	0,0160	2	0,00800	0,2003	0,401	0,043	0,022	0,357
Метан	0,1590	16	0,00994	0,2489	3,982	0,431	0,027	0,438
Этан	0,0250	30	0,00083	0,0208	0,624	0,068	0,002	0,032
Этилен	0,2630	28	0,00939	0,2351	6,583	0,714	0,026	0,421
Пропан	0,2610	44	0,00593	0,1485	6,534	0,708	0,016	0,259
Пропилен	0,1900	42	0,00452	0,1132	4,754	0,515	0,012	0,194
Бутаны	0,0005	58	0,00001	0,0003	0,017	0,001	0,000	0,000
Бутилены	0,0150	56	0,00027	0,0068	0,381	0,041	0,001	0,016
Бутадиен	0,0130	54	0,00024	0,0060	0,324	0,035	0,001	0,016
С5+	0,0580	72	0,00081	0,0203	1,462	0,157	0,002	0,032
Сумма	1,0000		0,03994	1,0000	25,062	2,713	0,109	1,765

Мольный расход сырья определятся по формуле

, (3.4)

где – массовый расход сырья, кг/с.