Внедрения новшество в установу пиролиза

Размещено на http://www.allbest.ru/

Внедрения новшество в установу пиролиза

Гирфанов Р.Ф. Студент Нижнекамский химико-технологический институт Республика Татарстан г. Нижнекамск

Аннотация

Ключевые слова: печь, пиролиз, этилен, пропилен, СВЧ.

Annotation

Keywords: furnace, pyrolysis, ethylene, propylene, UHF (ultra-high frequency.

Процесс термического пиролиза углеводородного сырья остаётся основным способом получения низших олефинов -- этилена и пропилена. Существующие мощности установок пиролиза составляют 113,0 млн.т/год по этилену или почти 100 % мирового производства и 38,6 млн.т/год по пропилену или более 67 % мирового производства.

Одним из базовых видов полуфабрикатов, служащим для производства целой гаммы нефтехимической продукции, является этилен (сырьем для производства этилена выступают этан и пропан, получаемые, как правило, из попутного нефтяного газа, а также прямогонный бензин - нафта). Применение этилена в дальнейших нефтехимических переделах, как правило, не отличается широким разнообразием. Основным продуктом, получаемым из этилена, является полиэтилен (на его изготовление приходится 61 % данного полуфабриката).

Спрос на этилен тесно связан с экономическими циклами. В 2010 году производство этилена в мире составляло 90,4 млн тонн, стоимость оценивалась в 60 млрд долларов. Средний годовой рост производства этилена с 1997 года составляет 3,9 %.

Становление нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности, как отрасли, произошло после внедрения деструктивных процессов переработки нефти и нефтепродуктов - крекинга и пиролиза, а затем и синтеза из полученных продуктов необходимых соединений. Несмотря на интенсивные исследования по разработки новых методов пиролиза, за последние 40-50 лет все изменения в этой технологии касались изменения конструкций печей и радиантных змеевиков - трубчатых реакторов. В результате, выход этилена на современной печи пиролиза типа SRT-VI фирмы ABB Lummus Global составляет 30 % масс, максимальная возможная нагрузка по сырью составляет 40 т/час. Дальнейшее увеличение выходов этилена и других продуктов термического пиролиза при сохранении селективности, высоких нагрузок по сырью, пробегов печей и ряда других показателей проблематично.

На данный момент, единственным освоенным промышленным процессом пиролиза углеводородного сырья, остаётся термический пиролиз в трубчатых печах, обладающий рядом существенных недостатков:

-высокими температурами;

-использованием большого количества энергоносителей на различных стадиях;

-необходимость постоянного выжига образующегося кокса и т.д.

В проекте предлагается в печь пиролиза подавать совместно с прямогонным бензином бутановую фракцию, что приведет к увеличению выходы этилена, снижению выхода кокса и расходной нормы на бензиновую фракцию.

Наиболее распространенным методом является пиролиз с внешним обогревом. Основным реакционным аппаратом является трубчатая печь, используемая и в других процессах нефтепереработки и нефтехимии. Сырье перемещается в печи по трубам, которые обогреваются за счет тепла, получаемого при сгорании газообразного или жидкого топлива. Во избежание чрезмерного образования продуктов уплотнения сырье разбавляют водяным паром до 50% (масс). Несмотря на это в трубах постепенно накапливается кокс, и для его удаления печи периодически останавливают и очищают.

Вместо устаревших печей малой производительности (4-6 тыс. т этилена в год) теперь применяют более мощные агрегаты, отличающиеся высоким теплонапряжением, жестким режимом работы и малым временем пребывания сырья. В старых печах пиролиз проводился при температуре 700-750°С, что не позволяло достичь высокого выхода наиболее ценного продукта -- этилена. Сейчас процесс пиролиза осуществляют в «этиленовом режиме», т. е. при 850870 °С. Из других усовершенствований следует отметить применение панельных беспламенных горелок, вертикальное расположение труб, их двухсторонний обогрев, блокирование в одном корпусе нескольких топочных камер большого размера, градиентный способ обогрева, при котором на каждом участке труб создается оптимальная температура, соответствующая протекающей в данном месте стадии пиролиза.

Продукты пиролиза выходят из трубчатой печи с температурой 850-870 °С. Во избежание полимеризации олефинов и осмоления их нужно быстро охладить до 500-700°С, т. е. подвергнуть «закалке». Ранее для этой цели служили закалочные аппараты, в которых быстрое охлаждение достигалось за счет впрыскивания водного конденсата. Теперь применяют закалочно- испарительные аппараты (ЗИА), представляющие собой газотрубные котлы- утилизаторы. В результате высокой линейной скорости продуктов пиролиза, движущихся по трубам, предотвращается оседание твердых частиц на стенках, увеличивается коэффициент теплопередачи и достигается быстрое охлаждение до 350-400 °С. За счет этого тепла из водного конденсата, поступающего в ЗИА, генерируется пар высокого давления (11-13 МПа), который отделяется в паросборнике 6, перегревается до 450 °С в одной из секций печи / и затем используется для привода турбокомпрессоров.

Зависимость температуры (в точке на выходе из реактора) и времени пребывания в процессе пиролиза при постоянном значении носит обратно пропорциональный характер. Поэтому выходы этилена возрастают при уменьшении времени пребывания, но при условии равенства . До недавнего времени этот критерий часто использовали для сопоставления условия процесса и представления его результатов - выходов продуктов. Однако недостатком этого является то, что достоверные сведения о ходе кривых температуры, давления и увеличения объема реагентов по длине реактора, как правило, отсутствуют, а принятый за основу при расчете критерии углеводород - н-пентан во многих видах сырья для пиролиза не содержатся.

При пиролизе газообразных продуктов селективность рекомендуется определять, как отношение образовавшегося этилена к количеству превращенного сырья, которое в данном случае легко может быть найдено. Однако, при пиролизе жидких видов сырья практическое применение степени превращения компонентов исходного сырья трудоемко и недостаточно точно. В этом случае целесообразно принять за меру селективности отношение выхода метана, как количественно преобладающего побочного продукта, к выходу этилена (или алкенов С2-С4). Повышению селективности пиролиза способствует подавление вторичных реакций разложения целевых продуктов - олефинов - при достаточной степени осуществления первичных реакций, ведущих к их получению.

Важным фактором, влияющим на селективность процесса, является давление в зоне реакции, точнее - парциальное давление углеводородной части реагирующего потока. Этилен и другие низшие олефины образуются в результате первичных реакций первого кинетического порядка, степень превращения сырья по этим реакциям от давления не зависит, но олефины реагируют дальше, превращаясь в продукты полимеризации или конденсации и степень их превращения по этим направлениям пропорционально парциальному давления. Парциальное давление углеводородной части реагирующей смеси определяется суммарным давлением в реакторе и разбавлением сырья водяным паром.

С увеличением разбавления углеводородов водяным паром снижается коксообразование в реакторе, так как уменьшается скорость реакции второго и более высоких кинетических порядков, ведущих к получению высокомолекулярных соединений - предшественников кокса. Степень разбавления различных видов сырья паром меняется обычно в зависимости от склонности его к коксообразованию.

Для увеличения выхода целевых продуктов разрабатываться различные методы. Наиболее перспективным из них является использование СВЧ (сверхвысокочастот).

Известны методы интенсификации химических процессов с применением электромагнитных воздействий сверхвысокочастотного (СВЧ) диапазона. СВЧ-обработке подвергается один из компонентов реакционной смеси - вода в жидком состоянии с неорганическими соединениями, из которой впоследствии получают пар разбавления, используемый в циклах дегидрирования или пиролиза, в результате чего происходит увеличение выхода целевых продуктов.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе дегидрирования и пиролиза углеводородного сырья в присутствии водяного пара, полученного из воды, подвергнутой воздействию электромагнитного поля сверхвысокочастотного (СВЧ) диапазона, особенностью является то, что воду предварительно подготавливают путем ввода в нее неорганических соединений в виде солей и/или оксидов металлов, при этом изменяя вид и количество неорганических соединений, вводимых в подготавливаемую воду, регулируют выход целевых продуктов дегидрирования и пиролиза углеводородного сырья.

Интенсификация процесса пиролиза объясняется следующим образом. Введенные в воду ионы солей металлов покрываются гидратными оболочками, которые препятствуют ассоциации примесей. Посредством воздействия на подготовленную воду электромагнитным полем СВЧ диапазона происходит срыв гидратных оболочек с ионов примесей и формирование центров роста неорганических структур. Далее вода направляется в перегреватель, а затем непосредственно поступает в пиролизную печь. Поток углеводородов и пара с большой скоростью проходит пиролизную печь (менее 1 секунды). В это время начинаются неравновесные процессы формирования частиц в центрах роста. Формирование частиц происходит за очень короткое время, поэтому полученные частицы являются исключительно химически активными.

Таким образом, на процесс деструкции углеводородов начинают воздействовать не только температура, парциальное давление углеводородов, а также и активные частицы, выступающие в качестве катализатора. Что, в свою очередь, приводит к более глубокой переработке сырья и увеличению выхода целевых продуктов.

Пиролиз бензиновой и керосиногазойлевой фракций проводили при температуре пиролиза 815-855°С с шагом 10°С, времени контакта 0.45 сек, массовом соотношении пар:сырье - 0.4:1.0. Данные условия характерны для пиролиза данных фракций в промышленных печах. Сравнительный анализ результатов опытов проведения пиролиза в присутствии дистиллированной и технологической воды, предварительно подвергшихся воздействию электромагнитного поля СВЧ диапазона, показывает, что использование воды, содержащей примеси, приводит к увеличению выхода этилена, в среднем, на 2.5% масс. за счет более глубокого разложения исходного сырья. Выход метана, в среднем, увеличивается на 1.0% масс., что также связано с более высокой конверсией сырья. Выходы пропилена и бензола практически остаются на том же уровне, что и при обычном пиролизе, - прирост выходов составляют, в среднем, 0.3% масс. Конверсия н-бутана увеличивается в среднем на 2.5%. Использование предварительно обработанной технологической воды приводит к снижению коксообразования на 0.014% масс, или 14% отн.

Исходя из этого можно сказать, что увеличения выхода целевых продуктов можно достичь не только модификациями печи, но и использованием различный реагентов при подготовке сырья и воды подвергая их СВЧ.

Использованные источники:

1. Брагинский, О.Б. Мировая нефтехимическая промышленность. - М.: Наука, 2003.

2. Обзор рынков нефтехимических продуктов. Производство этилена в мире растет // Нефтехимический комплекс России. -- 2005. -- №4. - 20-22.

3. Бабаш, СЕ. Возможные направления развития технологии и конструктивного оформления процесса пиролиза углеводородного сырья / Е. Бабаш, Т.Н. Мухина // Химическая промышленность. -- 1998. -- №11. -- 3-6

4. Патент РФ №2415901, C10G, 9/36, публ. 10.04.2011 способ дегидрирования и пиролиза углеводородного сырья. Мюллер Райэн Фридрихович (RU), Иванов Валерий Васильевич (RU), Яруллин Рафинат Саматович (RU), Мустафин Харис Вагизович (RU), Лиакумович Алексей Григорьевич (RU), Амедьянова Раиса Ахтямовна (RU) [электронный ресурс] URL: http://www.freepatent.ru/patents/2415901 (дата обращения 23.01.2021).

нефтехимический продукция пиролиз

Размещено на Allbest.ru