CC BY
37Вестник магистратуры. 2020. № 5-3 (104)
ISSN 2223-4047
УДК 54
О.В. Николаева
СОВРЕМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ ПИРОЛИЗА УГЛЕВОДОРОДНОГО СЫРЬЯ
В статье рассмотрены процессы пиролиза углеводородного сырья в зависимости от способа подвода тепловой или иной энергии в реакционную зону. Проведен анализ преимуществ и недостатков описываемых методов пиролиза.
Ключевые слова: пиролиз, этилен, ацетилен, углеводородное сырье.
Процессы пиролиза углеводородного сырья для получения легких углеводородных фракций по способу подвода тепловой или иной энергии в реакционную зону можно разделить на следующие группы:
1.Процессы с внешним теплоподводом;
2.Процессы с внутренним теплоподводом.
К первой группе относятся процессы, в которых тепловая энергия подводится через стенку реакционного аппарата. Ко второй группе относятся процессы, в которых предусмотрен непосредственный контакт сырья с теплоносителем, а также процессы, использующие энергию электрической дуги, искровых электрических разрядов, электрического сопротивления и плазмы. Особое место занимают процессы с использованием ионизирующего излучения, однако в настоящее время уровень развития этих процессов не позволяет использовать их в промышленном масштабе [1].
1. Процессы с внешним подводом тепла
К этим способам переработки углеводородного сырья относятся процессы в трубчатых печах различных конструкций. Установки подобного типа строятся для переработки тяжелых бензинов и газойлей. Такие установки могут достигать мощности 600 тыс. т. С2Н2 в год, они рассчитаны, в основном, на переработку газойлей. Состав сырья и основные параметры процесса могут меняться в широких пределах, что создает возможность регулирования выходов целевых продуктов в зависимости от потребителей. Основной недостаток таких печей для совместного производства С2Н2 и С2Н4 состоит в сравнительно низких температурах, выдерживаемых материалом трубчатки, что обуславливает преимущественно этиленовый режим их работы.
Однако использование новых конструкционных материалов, в частности керамики, для изготовления трубок позволило увеличить рабочую температуру и, следовательно, выход С2Н2. При пиролизе эта-новой фракции и температуре 950 °С в пирогазе содержится уже заметное количество С2Н2 - 2,9 об. %. При обогревании трубок электрической дугой можно направить процесс в сторону целевого получения С2Н2 и С2Н4 [2].
2. Процессы с внутренним подводом тепла
2.1 Пиролиз в регенеративных печах
В регенеративных печах пиролиз углеводородного сырья протекает на неподвижной огнеупорной насадке. Насадка нагревается продуктами сгорания топлива до ~ 1500 °С. На нагретую насадку подается исходное сырье. После протекания эндотермических реакций крекинга насадка охлаждается, затем ее вновь нагревают и цикл повторяется. Основные недостатки регенеративных процессов пиролиза - периодичность действия, сложность управления при работе нескольких печей и, как следствие, непостоянство состава пиролиза - ограничивают их применение в широком масштабе.
2.2. Пиролиз в аппаратах с движущимся и псевдоожиженным твердым теплоносителем
Методом пиролиза, исключающим периодичность процесса, является контактный пиролиз с движущимся и псевдоожиженным твердым теплоносителем. Пары сырья в смеси с Н20 - паром и теплоноситель движутся противотоком. Продукты реакции вводятся в закалочный аппарат. Нагрев теплоносителя происходит одновременно с выжиганием кокса с его поверхности. Этой же фирмой разработана опытно-промышленная установка с нагревом теплоносителя до 1100-1200 °С и размером зерен 3-5 мм. Пиролизом этан-пропановой фракции на ней получен пирогаз с содержанием ацетилена - 5,4 и этилена - 20,1 об. % [3].
© Николаева О.В., 2020.
Научный руководитель: Небыков Денис Николаевич - кандидат химических наук, доцент, Волгоградский государственный технический университет, Россия.
ISSN 2223-4047
Вестник магистратуры. 2020. № 5-3 (104)
Дальнейшим развитием пиролиза с движущимся твердым теплоносителем являются процессы в псевдоожиженном слое. В настоящее время действуют модернизированные установки мощностью по этилену до 100 тыс. т/год. В данном процессе С2Н4 можно получать из любого углеводородного сырья от легких дистиллятов до сырой нефти. Сырье, смешанное с перегретым Н20 - паром, контактирует с псев-доожиженным слоем частиц при 900 °С. Частицы теплоносителя с отложившихся на них коксом подвергают регенерации в токе воздуха. За счет выжигания кокса температура частиц повышается. Материал частиц - огнеупорная керамика. Выход С2Н4 достигает 34 масс. % на сырье при пиролизе сырой нефти.
Установки пиролиза в движущемся и псевдоожиженном слое твердого теплоносителя предназначены в основном для производства С2Н4. Положительной стороной их является возможность использования практически любого углеводородного сырья. Однако эти процессы отличаются сложностью и недостаточной температурой для совместного получения ацетилена и этилена.
2.3. Пиролиз с жидким теплоносителем
Дальнейшим развитием контактных процессов является пиролиз с жидким теплоносителем. Применение жидкого теплоносителя (расплав солей, щелочей, металлов) позволяет упростить его транспорт между зонами реакции и регенерации. В процессах с жидким теплоносителем полностью исключен контакт пирогаза с продуктами сгорания, образующимися при регенерации теплоносителя.
2.4. Пиролиз методом погружного горения
Сырье для данного варианта пиролиза - газойль, сырая нефть. Пиролиз происходит при температуре ~ 1500 °С на границе пламени, образуемого сжиганием части сырья ниже уровня. В форсунку, расположенную на дне реактора, подается кислород. Образующиеся продукты пиролиза быстро охлаждаются в слое сырья до 200-2500 °С. Часть сырья циркулирует через теплообменник для поддержания температуры в реакторе ~ 200 °С. При давлении 8,4 ат. содержание С2Н2 и С2Н4 в пирогазе составляет 6,3 и 6,7 об. % каждого. При стабильной работе уровень сажи в реакционной массе устанавливается 20-35%. Производительность установок по сырью достигает 180 т/сутки. Безопасность ведения процесса сводится к недопус-канию затуханию пламени и проскока О2 в газовое пространство. Это достигается путем использования средств автоматики и дистанционного управления реактором. Дальнейшей модернизацией процесса является проведение его под вакуумом. При давлении 200 мм. рт. ст. содержание С2Н2 в газах пиролиза составляет 8,5 об. %, а С2Н4 - 5,5 об. % [4].
Способность перерабатывать тяжелые нефтепродукты и нефть в С2Н2 и С2Н4 делает процессы погружного горения весьма перспективными для широкого внедрения в промышленную нефтехимию.
2.5. Термоокислительный пиролиз
Наиболее распространенный вид этого процесса - термоокислительный пиролиз природного газа с получением С2Н2. Большое значение для процесса имеют состав сырья, соотношение 02:С2Н4, конструкция реактора, турбулентность потока, способствующая быстрому перемешиванию 02 с сырьем и определяющая длину факела. Для хорошего смешивания компонентов применяют конструкции типа сопла Ла-валя или различные турбулизаторы, например, концентрические смесительные кольцевые каналы [5].
Библиографический список
1. Автоматизированная система управления крупнотоннажным производством этилена/ под ред. Ю.М. Жо-рова. - М.: Химия, 1986. - 240с.
2. Адельсон, СВ. Технология нефтехимического синтеза: учебник для вузов/ СВ. Адельсон, Т.П. Вишняков, Я.М. Паушкин. - 2-е изд., перераб. -М.: Химия, 1985. - 608с.
3. Антонов В.Н., Лапидус А.С. Производство ацетилена.- М.: Химия, 1970.-415с.
4. Гильманов, Х.Х. Модернизация этиленовой установки ОАО «Нижнекамскнефтехим»/ Х.Х. Гильманов, Л.Б. Сосновская, А.Ш. Зиятдинов, Д.М Екимова// Химическая промышленность сегодня. - 2007. - №2. - С. 7-11.
5. Гореславец С.П., Тменов Д.Н., Майоров В.И. Пиролиз углеводородного сырья.- Киев: Наукова думка, 1977.
- 309с.
НИКОЛАЕВА ОЛЬГА ВЯЧЕСЛАВОВНА - магистрант, Волгоградский государственный технический университет, Россия.
