Пиролиз нефти это кратко

Обновлено: 05.07.2024

Химические и физические процессы пиролиза

В сырой нефти около тысячи (от сотых долей процента) многообразных углеводородных составляющих. При помощи нагревания от средних до высочайших температур нефть делят на фракции. Получают легкие углеводороды (бензин, керосин) и тяжелые.

Но чтобы получить весь спектр возможных продуктов нефтехимии, эти фракции подвергают пиролизу. Это расщепление органических молекул под деструктивным воздействием температур (от 650 до 950-1000 градусов) и давления, которое помогает ускорить процесс.

Но полученные вещества нестабильны: чтобы они зафиксировались, нужно их охладить. Сложность в том, что одновременно нельзя допустить преждевременного застывания — полимеризации.

Поэтому процесс сложен технически:

загнать пары фракций нефти в разогретые печи;
под давлением разбить сложные молекулы на простые;
быстро остудить.

Во всех этапах участвуют пары воды, которая служит и для подогрева, и для остужения.

Сырье для пиролиза

Базовые продукты нефтехимии — этилены и пропилены — получают из сырой нефти, фракций бензина, попутных газов, газойля, нафты, мазута и даже ТБО.

Попутные газы (этан, пропан, бутан) дают этилены. Из более тяжелых углеводородов (газойль, мазут, нафта) образуются пропилены, бензол, бутадиены.

То есть каждое сырье для пиролиза дает определенный набор нефтехимии на выходе.

Помимо столь необходимых промышленности ароматических и непредельных углеводородов, крекинг нефти служит получению топлива.

Пиролиз сырой нефти может дать бензина больше, чем его там содержится в натуральном виде! Не только количество бензина, полученного способом разложения молекул нефтяного сырья, но и его качество выше при пиролизе, а не физической перегонке.

Максимально возможное количество топлива получается при каталитическом крекинге.

Пиролиз нефтяного сырья зависит от возможностей и необходимости использовать тот или иной органический продукт. Например, в Америке раньше началось применение процесса ароматизации нефти. Там традиционным сырьем были попутные газы. В Европе и Азии для получения всего спектра продуктов углеводородов применяют нефть или ее фракции.

Нефть — большая ценность из-за:

сырьевых войн на Ближнем Востоке;
скачков цен;
истощения старых и необходимости разработки новых месторождений;
опасности сланцевой добычи.

Поэтому нефтехимической промышленности нужно искать более доступное сырье.

Виды пиролиза нефтяного сырья

Разбить молекулы сырья можно двумя распространенными процессами:

Термический способ пиролиза нефтепродуктов наиболее распространен. Дает большую часть нужных этиленов, пропиленов, бензола. Его минусами являются:

жесткость процессов;
большое коксование;
энергоемкость из-за необходимости нагрева печей до сверхвысоких температур.

Поэтому в последние десятилетия стали активно применять другие виды:

низкотемпературный с катализаторами;
инициированный;
гидропиролиз;
термоконтактный;
окислительный.

Эксперименты в этой области проводятся на предприятиях Японии, России, США.

Пиролиз органических соединений при помощи катализаторов более дорогостоящий, но перспективный процесс. Он способен произвести такие углеводороды и их производные, как ацетилен, изопрен, толуол, ксилолы, аммиак, метанол, формальдегид.

Пиролизная установка

Трубчатая печь — самая распространенная пиролизная установка.

Принцип разложения органического сырья таков: в трубки идет подача сырья и нагретого пара, между трубами подается теплоноситель, разогревающий смесь в трубах до заданной температуры (до 1000 градусов).

После трубы поступают в две секции:

горячую (где проходит пиролиз за доли секунды);
холодную (где разделяются и очищаются полученные продукты нефтехимии).

До попадания в холодный отдел печи смесь охлаждается и закаляется в два этапа — водным конденсатом и пиролизным маслом.

Идет постоянный поиск более приемлемых конструкций. Прогресс затронул конвекционные отделы, змеевик подачи, аппараты закалки и испарения (ЗИА). Модификации трубчатых печей связаны с:

применением того или иного основного сырья;
необходимостью организации прогорания кокса на стенках труб при выжигании;
тщательным разделением продуктов пиролиза.

В перспективе — подогнать трубчатые печи под более жесткий пиролиз с меньшим временем воздействия, но запредельными температурами (от 1200 градусов). Для этого надо решить проблему коксования на стенках труб при использовании тяжелых углеводородов (мазут, газойль, нафта).

Назначение процесса

Пиролиз — универсальный и экологичный способ переработки сырья. Он расщепляет без остатка органику (твердую, жидкую и газообразную).

Помимо топлива, производится:

уксусная кислота;
смолы;
каучуки и резины;
смазки;
компоненты краски, взрывчатых веществ, кремов.

Четыре главных назначения пиролизного процесса:

Получение нефтехимических компонентов.
Переработка отходов нефтяной и газовой отрасли.
Устранение разливов нефтесырья.
Утилизация.

Осталось решить трудности процесса пиролиза: энергоемкость, удаление кокса и контролируемость реакций. Работа ученых направлена на поиски устойчивых к запредельному жару материалов, добавок для защиты труб от осадка. Но если разработают выгодную технологию каталитического пиролиза, то мир постепенно перейдет к нему. А расщепление на основе сверхвысоких температур останется в прошлом.

Пиролиз нефти – это термическое разложение органических природных соединений при недостатке воздуха.

Процесс термического пиролиза углеводородного сырья остаётся основным способом получения низкомолекулярных 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. Остальное – 30% производства пропилена приходится на каталитический крекинг, около 3% – из газов процессов замедленного коксования и висбрекинга. Среднегодовой прирост потребления этилена и пропилена в мире составляет более 4%.

Наряду с производством этилена и пропилена, процесс пиролиза нефти является основным источником дивинила, выделяемого из сопутствующей пиролизной С4 фракции и бензола, получаемого из жидких продуктов пиролиза.

Около 80% мирового производства дивинила и 39% производства бензола осуществляется пиролизом углеводородов.

Как осуществляют пиролиз нефти?

В промышленных условиях пиролиз нефти осуществляют при:

температурах 800-900 °C;
давлениях, близких к атмосферному (на входе в пирозмеевик ~ 0,3 МПа, на выходе – 0,1 МПа избыточных);
времени пребывания сырья в пирозмеевике 0,1 – 0,5 сек.

Условно все реакции при пиролизе можно разделить на первичные и вторичные. Первичные реакции протекают с увеличением объёма газа реакционной массы.

Это, в основном, реакции расщепления высокомолекулярных парафинов и нафтеновых углеводородов с образованием углеводородов с меньшей молекулярной массой. Вторичные реакции конденсации протекают, преимущественно, на поздних стадиях пиролиза.

В связи с увеличением молекулярной массы молекул продуктов реакции происходит уменьшение газообразного объёма реакционной массы – это один из основополагающих факторов, к которым приводит пиролиз нефти.

В основном, реакции образования ароматических, полиядерных ароматических углеводородов типа нафталин, антрацен в результате реакции конденсации/поликонденсации ведут к синтезу термически стабильных ароматических углеводородов в том числе, в результате реакций типа Дильса-Альдера.

К вторичным реакциям можно отнести реакции образования различных пастообразных водородных соединений углерода, которые в промышленности принято называть пёком. Лишённый водорода продукт, обожжённый при очень высокой температуре – это кокс.

Пиролитический кокс отличается по свойствам от каменоугольного кокса. Деление реакций на первичные (разрушение тяжёлых молекул) и вторичные (синтез поликонденсированных ароматичеких углеводородов) условно.

Влияние на скорость протекания реакций при пиролизе нефти

Для снижения скоростей вторичных реакций пиролиза используют разбавление сырья пиролиза водяным паром. В результате парциальное давление углеводородов снижается и, согласно принципу Ле-Шателье, снижение давления в зоне реакции будет способствовать протеканию реакций, идущих с увеличением объёма, то есть – первичных. Этот принцип имеет место в явлении, известном нам как пиролиз нефти.

Для этана, бутана, прямогонного бензина соотношение пара к сырью обычно составляет 0,3 : 1,0, 0,4 : 1,0, 0,5 : 1,0.

Пиролиз нефти: аппаратурное оформление

В промышленности распространение получили трубчатые реакторы пиролиза. Печи пиролиза состоят из 2-х отсеков – радиантной и конвекционной.

В конвекционной части печи происходит предварительный нагрев сырья, водяного пара разбавления до температуры начала пиролиза (600-650 °C) конвективным переносом тепла с дымовыми газами из радиантной секции.

Для возможности более точной регулировки температуры в обеих секциях на выходе из печи установлен вытяжной вентилятор с шибером для регулирования скорости движения дымовых газов.

Кроме нагрева сырья и пара разбавления, в конвекционной части происходит нагрев котловой питательной воды, которая используется для охлаждения продуктов пиролиза на выходе из печи – в закалочно-испарительных аппаратах. насыщенный пар используется для получения пара высокого давления, который используется для вращения паровой турбины компрессора, который использует пиролиз нефти.

В последних моделях печей пиролиза в конвекционную часть внесли модуль перегрева насыщенного пара до необходимой температуры (550 °C).

Знаете ли Вы, что иногда пиролиз называют ароматизацией нефти?

В итоге КПД использования тепла в последних моделях печей пиролиза составляет 91 – 93 %. Для повышения селективности процесса и выходов продуктов при пиролизе время пребывания сырья в реакционной зоне необходимо сокращать, а температуру повышать. На данный момент время контакта на современных печах составляет порядка 0,2 сек., а температура пиролиза достигает 870-900 °C.

Эволюция пирозмеевиков

Большинство компаний-разработчиков печей, в которых реализуется пиролиз нефти, пошли по пути конструктивного выполнения пирозмеевиков ветвящимися с переменным диаметром труб.

Так, если изначально пирозмеевики представляли собой длинную трубу постоянного диаметра, согнутую на равные части (в змеевик) для уменьшения конструкционных размеров печи, то теперь пирозмеевики изготавливаются из большого количества входных труб (10 – 20) малого диаметра, которые объединяются, и, в итоге, на выходе змеевик состоит из 1 – 2 трубы значительно большого диаметра.

В таких пирозмеевиках достигается высокая теплонапряженность на начальном участке и низкая – на конце, где температура стенки играет высокую роль в процессе коксообразования.

Нефтеперерабатывающий завод. Тут реализуется процесс пиролиза нефти

Первоначально пирозмеевики в радиантной секции находились в горизонтальном положении, время контакта в таких печах составляло не меньше 1,0 сек, температура пиролиза – не выше 800 °C.

Переход с горизонтальных на вертикальные свободно висящие трубы радиантного пирозмеевика позволил использовать более жаропрочные, хрупкие материалы пирозмеевиков, что и привело к появлению печей с высокотемпературным режимом и с коротким временем пребывания потока в пирозмеевиках.

Для резкого предотвращения протекания нежелательных вторичных реакции, на выходе из печи устанавливают закалочно-испарительные аппараты (ЗИА).

В трубном пространстве ЗИА происходит резкое охлаждение (закалка) продуктов реакции до температур 450-550 °C.

В межтрубном пространстве происходит испарение котловой воды, которая используется для получения пара высокого давления.

Введение в схему печных блоков ЗИА позволило утилизировать тепло продуктов пиролиза с получением пара высокого давления.

Наличие собственного пара высокого давления привело к замене компрессоров с электрическим приводом на компрессоры с паровой турбиной, что привело к существенному с/стоимости продуктов пиролиза.

Полный переход с абсорбционной схемы газоразделения продуктов реакции на низкотемпературное фракционирование привело к получению низших олефинов более высокого качества – полимеризационной чистоты.

В узком смысле — разложение органических природных соединений при недостатке кислорода (древесины, нефтепродуктов и прочего). Пиролиз может определяться как высокотемпературный (750—800 °С) термолиз углеводородов, проводимый при низком давлении и малой продолжительности.

В широком смысле под пиролизом понимают высокотемпературный термолиз органических соединений.

В наиболее широком смысле — разложение любых соединений на составляющие менее тяжёлые молекулы или химические элементы под действием повышенной температуры. Так, например, теллуроводород разлагается на водород и теллур уже при температуре около 0 °С.

Как осуществляют пиролиз нефти?

В промышленных условиях пиролиз нефти осуществляют при:

температурах 800-900 °C;
давлениях, близких к атмосферному (на входе в пирозмеевик ~ 0,3 МПа, на выходе – 0,1 МПа избыточных);
времени пребывания сырья в пирозмеевике 0,1 – 0,5 сек.

Пиролиз нефтепродуктов

Посредством пиролиза нефтяного сырья добывают различные нефтепродукты, которые представляют собой это смеси различных углеводородов.

Все нефтепродукты могут быть классифицированы на следующие группы:

Топливо
Нефтяные масла
Нефтяные битумы
Нефтяные растворители
Твердые углеводороды
Прочие нефтепродукты

К первой группе нефтепродуктов относятся жидкие и газообразные топлива. Данные продукты занимают примерно 63% от общего числа нефтепродуктов. К топливам относятся углеводородные газы, бензины, дизельные и котельные топлива. Все нефтяные топлива подвергаются тщательной очистке, кроме котельного топлива, которое используется в качестве мазута.

Ко второй группе относятся нефтяные масла. Это разнообразные смазочные масла, которые могут использоваться для самых различных целей.

Третью группу составляют технические нефтяные битумы, которые широко применяются в промышленности, особенно в строительной отрасли.

К четвертой группе относятся нефтяные растворители, используемые на производствах и в быту в качестве растворителей для разбавления красок, удаления загрязнений и промывки деталей.

В пятую группу попали твердые углеводороды: вазелины, петролатумы, церезины, парафины, озокериты и другие. Область применения подобных продуктов пиролиза нефти очень широка — медицина, пищевая, бумажная, резиновая, электротехническая промышленность, производство пластичных смазок и многое другое.

К шестой группе относятся вещества, используемые в качестве нефтехимического сырья – бензол, толуол, нафталин, ксилол, зеленое масло и др. Эти вещества помогают получить синтетический спирт, каучук и многое другое сырье.

Хотя способов переработки нефти существует достаточно много, именно пиролиз является одним из наиболее перспективных методик, поскольку он позволяет получить максимально возможное количество нефтепродуктов из шестой группы. Соответственно, он позволяет обеспечить нефтехимическую промышленность необходимым для работы сырьем. Однако, необходимо отметить, что сегодня существует еще один способ получения различных нефтепродуктов, для которого вовсе не нужна сама нефть. И таким способом является переработка ТБО. Из обыкновенного мусора уже научились получать синтетическое топливо, что позволяет экономить такой не восполняемый природный ресурс как нефть.

Влияние на скорость протекания реакций при пиролизе нефти

Для этана, бутана, прямогонного бензина соотношение пара к сырью обычно составляет 0,3 : 1,0, 0,4 : 1,0, 0,5 : 1,0.

Конструкция пиролизных печей

В промышленности распространение получили трубчатые пиролизные реакторы. Они состоят из двух частей, отличающихся характером теплообмена — радиационной и конвекционной. Именно в радиационной секции находятся трубчатые реакторы пиролиза (пирозмеевики), обогреваемые теплом сгорания внешне подаваемого горючего газа в горелках этой секции.

В радиационной секции пирозмеевики обогреваются не непосредственно пламенем горелок, а тепловым излучением (радиацией) от факела пламени (см. Формула Планка). и от теплового излучения внутренней огнеупорной кладки радиационной секции установки, непосредственно нагреваемой пламенем горелок.

В конвекционной части установки теплообмен между греющим газом — продуктами горения происходит за счет конвективного теплообмена. В этой части установки пиролиза происходит предварительный нагрев сырья, водяного пара, и нагрев до температуры начала пиролиза (600–650 °C). Газы в конвективную часть поступают из радиационной секции.

Для точной регулировки температуры в обеих секциях на выходе из установки установлен дымосос с регулирующим шибером для управления расходом дымовых газов.

Для энергетической эффективности пиролизные установки дополнительно оборудуют теплоутилизационными системами — котлами-утилизаторами. Кроме нагрева сырья и разбавляющего его водяного пара, в конвекционной части происходит нагрев питательной воды котла-утилизатора, и далее эта вода используется для охлаждения продуктов пиролиза, сама при этом подогревась. Полученная в результате частичного испарения воды пароводяная смесь, подается в барабан котла-утилизатора. В барабане происходит сепарация пара от жидкости. Насыщенный пар из барабана далее дополнительно перегревается в пароперегревателе этой же установки, в результате получается перегретый пар среднего давления, затем используемый в качестве рабочего тела паровой турбины, являющейся приводом компрессора-нагнетателя для сырья пиролиза — пирогаза.

В современных пиролизных установках в конвекционной части её располагают поверхности нагрева перегрева насыщенного пара до технологически приемлемой температуры (550 °C, при снижении температуры перегретого пара падает тепловой КПД, при высоких температурах снижается надёжность и безопасность установки из-за снижения прочности конструкционных сталей при высоких рабочих температурах). Эти меры позволили повысить КПД использования тепла в современных моделях печей пиролиза до 91–93 %.

Пиролиз древесины

Этот процесс используется в пиролизных котлах. Процесс газификации древесины (пиролиз) происходит в верхней камере котла (загрузочном пространстве) под действием высокой температуры и при ограниченном доступе воздуха. Образующиеся при этом процессе газы проходят через зону высоких температур, достигают короба выходного устройства и смешиваются там со вторичным воздухом.

Копчение

См. основную статью: Копчение

На основе процесса пиролиза древесины (чаще всего щепы ольхи) проходит копчение различных пищевых продуктов. Правильнее назвать этот процесс частичным окислением или окислительным пиролизом, так как он идёт с ограниченным доступом воздуха. Доказано, что этот способ копчения не безвреден для человеческого организма, так как при окислительном пиролизе образуются и попадают в пищу опасные канцерогены, такие как 3,4-бензпирен.

Пиролиз мусора и отходов

Существуют проекты уничтожения бытового мусора с помощью пиролиза. Затруднения с организацией пиролиза шин, пластмасс и других органических отходов связаны не с технологией собственно пиролиза, которая не отличается от технологии термической переработки других твёрдых материалов. Проблема состоит в том, что в большинстве отходов содержится фосфор, хлор и сера. Сера и фосфор в окисленной форме летучи и наносят вред окружающей среде. Хлор активно реагирует с органическими продуктами пиролиза с образованием стойких ядовитых соединений (например — диоксинов). Улавливание этих соединений из дыма — процесс дорогостоящий и имеет свои сложности. Проблема переработки изношенных автомобильных шин и вышедших из эксплуатации резинотехнических изделий имеет большое экологическое и экономическое значение для всех развитых стран мира. А невосполнимость природного нефтяного сырья диктует необходимость использования вторичных ресурсов с максимальной эффективностью, то есть вместо гор мусора можно было бы развить новую отрасль промышленности — коммерческую переработку отходов.

Шины и полимеры представляют собой ценное сырьё, в результате их переработки методом низкотемпературного пиролиза (до 500 °C), получаются жидкие фракции углеводородов (синтетическая нефть), углеродистый остаток (технический углерод), металлокорд и горючий газ. В то же время, если сжечь 1 т шин обычным способом, то в атмосферу будет выброшено 270 кг сажи и 450 кг токсичных газов.

Литература

Мухина Т. Н. Пиролиз углеводородного сырья / Т. Н. Мухина, Н. Л. Барабанов, С. Е. Бабаш — М.: Химия, 1987. — 240 с.
Nakamura D. N. Global ethylene capacity increases slightly in 2006 / D. N. Nakamura // Oil and Gas Journal. — 2007. — v. 105. — № 27.
Кластер, зубы, хвосты / О. Ашпина, П. Степаненко // The Chemical Journal. — 2011. — май. — с.26—33.

Кол-во блоков: 12 | Общее кол-во символов: 11100
Количество использованных доноров: 3
Информация по каждому донору:

Для получения из сырой нефти пригодных для практического применения нефтепродуктов в современном промышленном производстве используются несколько технологических процессов, одним из которых является пиролиз нефти.

С помощью именно этого нефтехимического процесса получают ненасыщенные углеводороды и углеводороды ароматической группы. Этот термический процесс происходит при высоких значениях температур – от 700 до 1 тысячи градусов Цельсия, что позволяет получать широкий спектр различных нефтяных продуктов.

Помимо этого, пиролиз нефти широко применяется для борьбы с последствиями аварийных разливов нефти и нефтепродуктов, при которых образуется значительное количество загрязненного ими мусора. Применяют этот процесс и для утилизации нефтяных шламов.

Высокие температуры в пиролизных печах и ректорах позволяют легко избавляться от нефтяных отходов, прием абсолютно безопасно для экологии окружающей среды.

Далее мы рассмотрим технологию пиролиза более подробна и остановимся на некоторых особенностях этого процесса.

Пиролиз представляет собой самую жесткую форму термического крекинга. Его основное назначение – получение непредельных газообразных нефтепродуктов, главными из которых являются этилен и пропилен. Именно поэтому пиролизные установки, используемые на предприятиях нефтеперерабатывающей промышленности, нередко называют этиленовыми.

Основные продукты и реакции пиролиза

В настоящий момент пиролиз углеводородного сырья – это основной источник производства не только углеводородов олефиновой группы (этилен и пропилен). Он также позволяет получать такие важные продукты, как бутадиен, бутилены, бензол, ксилолы, циклопентадиен, циклопентен, изопрен, стирол, нафталин, нефтеполимерные смолы, а также сырьё для получения технического углерода, специальных масел и растворителей.

Бензиновая фракция, получаемая в ходе этого технологического процесса, включает в себя до 30-ти процентов бензола, от шести до семи процентов толуола, от двух до двух с половиной процентов ксилолов и примерно 1 процент стирола. Во фракции С5, получаемой пиролизом, содержится до 30-ти процентов циклопентадиена (в том числе димеров), и примерно 10 процентов изопрена. В получаемых тяжелых смолах с температурой кипения более 200 градусов, содержится нафталин и его гомологи, немного тетралина и конденсированных углеводородов ароматической группы.

Помимо этого, в составе пиролизных смол присутствует некоторое количество неароматических углеводородных соединений, в том числе некоторые виды олефинов и диенов. При производстве ряда нефтяных продуктов из пиролизной смолы этот процесс составляет серьезную конкуренцию традиционным способам их получения. Например, себестоимость бензола, полученного с помощью пиролиза, в 1,3 – 1,5 раза меньше, чем бензола, полученного каталитическим риформингом, что позволяет также снизить на 20-30 процентов себестоимость получаемого этилена.

Основное пиролизное сырьё – это пропан, этан и бутаны, которые содержатся в попутных нефтяных и выделяемых в процессе производства газах, а также газовые и прямогонные бензины.

Читать также: Основы геологии нефти и газа

В качестве сырья для процесса пиролиза использую также рафинат каталитического риформинга, который остается после удаления из катализата углеводородов ароматической группы.

В последние годы, в связи с дефицитом и дороговизной бензиновых нефтяных фракций, сырьем для этого технологического процесса все чаще выступают средние и тяжелые фракции, и даже сырая нефть.

За счет чего происходит получение нефтепродуктов при пиролизном процессе? Получение низших олефинов таким способом основывается на термическом разложении сырья, после которого следует разделение полученных продуктов при низких температурных значениях.

Все реакции, которые протекают в ходе этого процесса, делятся на две группы: первичные и вторичные.

Основной первичной реакцией является реакция разложения исходного углеводородного сырья, при котором образуются следующие продукты:

водород;
низшие алканы;
этилена;
пропилен и прочие углеводороды олефиновой группы.

Вторичные реакции являются нежелательными. К ним относят:

реакции, вызывающие дальнейшее разложение полученных олефинов;
гидрирование (дегидрирование) олефиновых продуктов с последующим образованием диенов, парафинов, ацетилена и ацетиленовых соединений;
процессы конденсации отдельных молекул, приводящие к образованию высокомолекулярных соединений и углеводородных структур с более высокой стабильностью (углеводородов ароматической группы, циклодиенов и так далее).

Стоит сказать, что все перечисленные пиролизные реакции в процессе переработки происходят одновременно. В связи с этим крайне важно создать такие условия протекания процесса, которые бы позволили свести вторичные реакции к минимуму.

Технологические параметры, которые влияют на процесс пиролиза

Сам процесс протекает в пирозмеевике, который представляет собой обогреваемый реактор, в неизотермическом режиме, как правило, с постепенным повышением температуры по длине потока.

Основными технологическими параметрами, оказывающими влияние на результаты пиролиза, являются:

В связи с тем, что на выход продуктов пиролиза значительно влияет профиль температуры по длине реактора, этот процесс, как правило, характеризуется:

температурой на выходе из пирозмеевика, которую обозначают литерой t и называют максимальной;
эквивалентной т-рой tэ, которая представляет собой значение температуры изотермического реактора, в котором получаются такие же результаты, что и в неизотермическом реакторе.

В некоторых случаях используется такой параметр, как профиль температуры по длине реактора, обозначаемый f, который представляет собой отношение перепада температуры, фиксируемое в последней 1/3 длины реактора, к перепаду температуры, фиксируемому по всей длине пирозмеевика. Время нахождения сырья в реакционной зоне называется временем контакта, и обозначается литерой т. Как правило, этот параметр характеризует производительность пиролизного процесса.

В промышленных условиях он определяется как отношение среднего объема потока к общему объему реакционной зоны реактора. При этом также учитывается изменение объема в процессе реакций.

С увеличением значения т возрастает выход таких продуктов, как H2, CH4, кокс и бензол. Также через точку максимума проходят значения выхода низших олефинов и пирогаза. Другими словами, чтобы добиться наивысшего значения выхода низших олефинов, нужно подобрать оптимальное сочетание значений параметров t, т и f.

Читать также: Почему происходит сокращение добычи нефти?

Кроме того, в промышленном производстве используется и ряд других параметров, которые характеризуют так называемую “жесткость” (режим протекания процесса). Примером такого параметра может служить фактор Линдена (t·т), который должен составлять 0,06, либо соотношения количества таких веществ, как (H2 + CH4) и C2H4 или C3H6 и C2H4.

Повышение температуры при соответствующем уменьшении времени контакта позволяют увеличить скорость течения целевых реакций и улучшить конечные результаты этого технологического процесса.

Возле внутренней стенки пирозмеевика значение t и т, как правило, выше, чем в основном объеме реактора. Это обусловлено более высокими температурами стенки и меньшей скоростью потока, протекающего вдоль нее. В связи с этим, в пристенном слое протекают нежелательные вторичные реакции, которые вызывают образование коксовых отложений и снижение показателей выхода целевой продукции.

Водяной пар подается в пирозмеевик с целью уменьшения значения парциального давления сырья и снижения скорости течения вторичных реакций.

Чем выше в потоке концентрация водяного пара, тем больше выход таких продуктов, как этилен, бутены и бутадиен, и тем меньше выход ароматических углеводородов. Однако, для подачи водяного пара необходимы дополнительные энергетические затраты, вследствие чего эту подачу осуществляют через определенные оптимальные интервалы.

Способы борьбы с образованием и отложением кокса

Для уменьшения образования и отложения кокса в пиролизных реакторах применяются следующие технологические способы:

снижение значения парциального давления перерабатываемого сырья с помощью разбавления его водяным паром;
механическая обработка внутренних поверхностей труб печного змеевика с целью создания на них специальных защитных пленок;
использование ингибиторов коксообразования.

Одним из основных факторов, которые оказывают влияние на скорость образования кокса, выступает химический состав материала, из которого изготовлен пиролизный реактор.

Например, снижению коксовых отложений способствуют такие материалы, как оксид хрома, кремниевые соединения, а также соединения титана, алюминия и ниобия. Если в составе материала реактора присутствуют значительные количества оксида хрома и кремниевых соединений, то это благоприятно влияет на защитные противококсовые свойства.

К примеру, 1-2 процента кремния в материале реактора на его внутренней поверхности образуется тонкая защитная пленка, химически описываемая формулой Fe2SiO4. Она образуется как результат предварительной парообработки или в процессе добавления водяного пара к пиролизному сырью.

Такая пленка может образовываться на основе такого металла, как висмут, с добавлением некоторых иных металлов, а также на основе свинца, который вводится в реактор с помощью специальных методик. В составе материала защитного (внутреннего) слоя, при изготовлении труб двухслойным способом, должны присутствовать:

Читайте также: