CC BY
10
УДК 660.665.2
Сафаров Б.Ж., к.т.н.
доцент Ашуров О. О. студент магистратуры Тошев М.С. студент магистратуры Худойбердиев С.А. студент магистратуры Бухарский инженерно-технологический институт
Республика Узбекистан, г. Бухара НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ ПРОМЫШЛЕННОГО ПИРОЛИЗА
Аннотация: В данной работе излагаются материалы для эффективного проведения процесса промышленного пиролиза. Так как, выбор оптимального режима процесса пиролиза обеспечивает повышение выход целевых продукт и снижение образования побочных продуктов реакции.
Ключевая слова: Пиролиз, реакционный змеевик, коксообразования, пирозмеевик, хромоникелевый сплав, поверхность теплообмена, закалочно-испарительный аппарат.
Safarov B.Ju., c.t.s., associate professor Ashurov O.O., senior student Toshov M.S., senior student Xudoyberdiyev S.A., senior student Bukhara engineering-technological institute
Uzbekistan, Bukhara SOME FEATURES OF INDUSTRIAL PYROLYSIS
Annotation: This paper presents materials for the effective process of industrial pyrolysis. The choice of the optimal mode of pyrolysis provides increased product efficiency and reduced formation of reaction by-products.
Keywords: Pyrolysis, reaction coil, coke formation, pyrosine coil, nickel-chromium alloy, heat exchange surface, quenching-evaporation apparatus.
Для эффективного проведения процесса промышленного пиролиза и выходов продуктов (обеспечения максимального выхода желаемых продуктов реакции и подавления образования нежелательных продуктов реакции) при пиролизе время пребывания сырья в зоне высокой температуры необходимо сокращать, а температуру процесса-повышать. Такой подход обеспечивает повышение выхода целевых продуктов пиролиза с одновременным снижением образования побочных продуктов реакции.
В современных установках время перегрева сырья и последующего охлаждения продуктов составляет 0,2^0,3 с, а температура нагрева для реакций пиролиза достигает 870-900 °C [1].
Проблема быстрого нагрева-охлаждения реакционной смеси за время 0,2 с от ~650 °С до ~1050 °С представляет собой сложную техническую задачу. Задача осложняется тем, что необходимо учитывать предельно допустимую рабочую температуру современных хромоникелевых сплавов, -основных конструкционных сталей таких установок, из которых изготавливаются реакционные змеевики. Также, при высоких температурах резко повышается коксообразование на внутренних поверхностях труб из этих сплавов.
Быстрый нагрев-охлаждение смеси можно обеспечить либо повышением перепада температур между греющей поверхностью и смесью, либо развивая поверхность теплообмена, либо оптимизируя геометрию и расположение теплообменных поверхностей. В современных установках применяется сочетание всех подходов. Без увеличения температурного перепада между стенкой пирозмеевика и паросырьевым потоком быстрый нагрев можно обеспечить, увеличив удельную поверхность пирозмеевика, то есть поверхности на единицу расхода паросырьевого потока. Большинство фирм-разработчиков печей пиролиза пошли по пути конструктивного выполнения пирозмеевиков ветвящимися, с переменным диаметром входящих в змеевиковый пакет труб.
В установках предыдущих поколений пирозмеевики представляли собой длинную трубу постоянного диаметра, согнутую на равные части (в змеевик) для уменьшения размеров печи, то теперь пирозмеевики изготавливаются из большого количества труб (15-20) малого диаметра, которые объединяются в общие трубы на входе смеси и на выходе, и, в итоге, на выходе змеевик оканчивается 1-2 трубой значительно большого диаметра. В таких пирозмеевиках достигается высокая теплонапряженность (перепад температур) на начальном участке и низкая - на конце, где высокая температура стенки трубы нежелательно вызывает высокое коксообразование [2].
В установках ранних поколений пирозмеевики в радиационной секции ориентировались горизонтально, время реакционного контакта в таких печах составляло не меньше 1,0 сек, оптимальная температура пиролиза - не выше 800 °С. В последующих поколениях ориентацию реакционных труб выполняют вертикальной - свободно висящие трубы радиационной секции пирозмеевиков позволило применить более жаропрочные, но более хрупкие материалы для изготовления пирозмеевиков, так как при таком расположении материал труб не испытывает изгибных механических напряжений, а только растягивающие. Это позволило создать высокотемпературные установки и с кратким временем пребывания потока сырья в пирозмеевиках.
Ниже в таблице-1, приведены данные по выходам некоторых продуктов на современных печах пиролиза. Для быстрого охлаждения прореагировавшей смеси с целью сохранить термодинамически неравновесное состояние смеси и предотвращения протекания
нежелательных вторичных реакций, на выходе из пирозмеевиков устанавливают так называемые закалочно-испарительные аппараты.
Таблица-1. Выход некоторых продуктов пиролиза различного углеводородного сырья_
Компоненты Сырьё Сырьё Сырьё Сырьё пиролиза-
пиролиза -Этан пиролиза -Бутан пиролиза- Прямогонный бензин Атмосферный газойль
Водород 3,2 1,3 1,1 0,7
Метан 3,3 21,2 16,2 11,5
Ацетилен 0,2 0,5 0,4 0,4
Этилен 48,7 38,8 29,3 24,0
Этан 39,3 5,1 4,1 3,4
Пропилен 2,1 16,3 16,4 14,5
Дивинил 1,0 3,7 5,6 5,1
Бутены 0,2 1,5 4,4 3,9
Бензол 0,5 2,5 6,1 7,2
Тяжелая смола 0,1 0,6 4,2 8,1
В их трубном пространстве происходит быстрое охлаждение (закалка) продуктов реакции до температур 450-550 °C, при которых скорость реакций поликонденсации углеводородов очень мала. В межтрубном пространстве происходит испарение котловой воды котла-утилизатора, которая, как упоминалась выше, используется для получения пара высокого давления.
Использованные источники:
1. Мухина Т. Н.Пиролиз углеводородного сырья [Текст] / Т.Н.Мухина, Н.Л.Барабанов, С.Е.Бабаш- М.: Химия, 1987. - 240 с.
2. Nakamura D.N. Global ethylene capacity increases slightly in 2006.[Ежегодный отчет] / D. N. Nakamura // Oil and Gas Journal.- 2007.- v. 105.- №27.
