Получение пропилена в трубчатых печах

Наи­более широко распространенным реактором для термического раз­ложения углеводородов являются трубчатые печи, используемые в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. В последние годы часто применяются двухкамерные трубчатые печи.

Рисунок 2. Двухкамерная печь с наклонным сводом.

1- форсунки; 2- площадка для обслуживания форсунок; 3-гляделки; 4-подовые экраны; 5-предохранительные окна; 6-канал для выхода дымовых газов; 7- пароперегреватель; 8-конвекционная секция; 9-потолочные экраны.

В каждой из радиантных секций труб (потолочные экраны 9) имеются самостоятельные топки; два змеевика в конвек­ционной секции 8 смонтированы в одной камере, находящейся в средней части печи. Пень обогревается продуктами сгорания газо­образного топлива в горизонтально расположенных форсунках 1.

Топочные газы из камер сгорания через перевальные стенки посту на ют в конвекционную камеру и через подземный канал печи 6 удаляются в дымовую трубу.

Тепловая напряженность топочного пространства таких печей 35•10³-70•10³ ккал/(м³•ч), т. е. значительно меньше, чем в современных паровых котлах (500•10³ - 2000•10³ ккал/(м³•ч)). Тепловая напряженность поверхности нагрева радиантных труб для пиролиза газообразных углеводородов колеблется от 20•10³ до 40•10³ ккал/(м²•ч). В трубчатых печах коэффициент прямой отдачи, т. е. отношение количества тепла, переданного радиантными трубами, к общему полезному теплу, выделенному топливом при его сгорании, составляет 0,4—0,6.

При высокотемпературном пиролизе углеводородов использую бесшовные трубы диаметром от 60 до 152 мм из жаропрочных ста­лей (марки Х18Н10Т, Х18Н12М2Т, Х23Н18), а также из железо-хромистых сплавов, например сплава № 2, содержащего 24— 26% хрома и 4—6% алюминия. Трубы конвекционных змеевиков развальцованы в трубных решетках и соединены между собой съемными калачами (ретурбендами). Ретурбенды обеспечивают прочное и герметичное соединение труб, а также доступность вну­тренней поверхности труб при чистке. В радиантных секциях трубы соединены сварными швами.

Двухкамерные трубчатые печи по сравнению с обычными одно­камерными имеют ряд преимуществ: более высокий тепловой коэф­фициент полезного действия, более равномерный обогрев радиант­ных труб и почти в 1,5 раза большую производительность при оди­наковых габаритах.

Тепловая мощность трубчатой печи зависит от ее производи­тельности. В настоящее время эксплуатируются печи тепловой мощностью от 6 до 50 млн, ккал/ч. Тепловой КПД зависит от конструкции печи, организации технологического процесса, избыт­ка воздуха и температуры отходящих газов. Тепловой КПД труб­чатых печей колеблется в пределах 0,6—0,8.

К достоинствам трубчатых печей можно отнести простоту их конструкции, удобство эксплуатации и обслуживания. Наряду с этим трубчатые печи обладают существенными недостатками. Боль­шие скорости материальных потоков в трубах, особенно в радиант­ных (W=180—200 м/сек), создают сравнительно высокое гидрав­лическое сопротивление и как следствие этого повышенное дав­ление, что снижает образование пропилена. На изготовление и экс­плуатацию трубчатых печей, применяющихся при дегидрировании этан-пропановых смесей и при других высокотемпературных про­цессах, расходуется большое количество труб из дорогостоящих легированных сталей. Во многих процессах температура настолько высока, что вообще исключается возможность применения метал­лических труб.

Рисунок 3. Вертикальная трубчатая печь с излучающими стенками

Были сделаны попытки устанавливать в печах керамические трубы взамен металлических. Однако трудности, связанные с обеспечением герметичности и предотвращением утечки газа, не дали возможности осуществить это мероприя­тие в широких масштабах. Кроме того, керамические трубы хрупки, а поломка труб сопряжена со значительной пожаро- и взрывоопасностью.

Выскими технико-экономическими показателями обладают печи Гипронефтемаш с излучающими стенами, целиком составленными из беспламенных панель­ных горелок (рисунок 4). Благодаря этому топливо сгорает при почти теоретиче­ском расходе воздуха; этим в значительной мере увеличивается теплопередача. Расстояние между экраном и излучающими стенами менее 1 м, что дает воз­можность создавать компактные кон­струкции печи.

Рисунок 4. Беспламенная панельная горелка:

1- керамика; 2-трубка; 3-отбойник; 4-смеситель; 5- изоляция; 6-каркас; 7- распылитель; 8-заслонка-маховик.

Общий вид беспламенной панельной горелки для сжигания газообразного топлива показан на рисунке 4. Горелка представляет собой часть излучающей стены печи. Размер такой горелки 500х500 мм. Топливный газ подается по трубе через распылитель 7 в смеситель 4, в который засасывается воздух. Количе­ство воздуха можно регулировать за­слонкой 8. Газовоздушная смесь из сме­сителя распределяется по трубкам 2. Равномерности распределения топливной смеси способствует отбойник 3. На труб­ки 2 надеты керамические сопла 1, рав­номерно расположенные по всей излуча­ющей поверхности горелки. В керамиче­ских соплах горючая смесь нагревается до температуры воспламенения и пол­ностью сгорает в туннелях на участке длиной 60—70 мм. Число туннелей зависит от требуемого количества тепла; на 1 м² излучающей поверхности может располагаться от 450 до 1260 туннелей диаметром 20 мм.

Технологический процесс на установках с трубчатыми печами осуществляется следующим образом. Исходные углеводороды, очищенные от сернистых соединений, направляют в трубчатую печь. Одновременно в печи нагревают в специальных змеевиках водяной-пар, который затем смешивают с углеводородами. Обычно коли­чество водяного пара не превышает 15—20% от количества углево­дородов. В конвекционной секции паро-газовая смесь (углеводо­роды + водяной пар) нагревается до 600°-800°С и при этой темпе­ратуре поступает в радиантные трубы. В процессе пиролиза на внутренних стенках труб происходит постепенное отложение кокса и других углеродистых материалов, поэтому периодически, через каждые 15—20 суток работы, их выжигают паро-воздушной смесью.

По выходе из печи продукты реакции быстро охлаждают водой («закалка») для предотвращения разложения образующегося пропилена. Дальнейшее охлаждение продуктов водой производят в двух последовательно соединенных скрубберах. В первом скруббе­ре газы охлаждают до 45—50°С. Конденсирующиеся парообразные высшие углеводороды и смолы по выходе из нижней части скруббера поступают в отстойники непрерывного действия, где отде­ляются от основной массы воды. Во втором скруббере, который является общим для всех печей, газообразные продукты охлаждают до 12—14° С. Сконденсированные смолы отделяются в отстойнике от воды и из сборников направляются в железнодорожные цистер­ны. Газообразные продукты отводятся из верхней части скруббера и направляются на разделение. После отделения олефинов пара­финовые углеводороды возвращают на пиролиз, добавляя их к ис­ходным газам. Таким образом, на разложение в печь подается сложная смесь исходного и оборотного газов.