CC BY
39
Р. Г. Хасанов (к.т.н., доц.), Р. М. Утяганова (студ.), А. Ф. Хисматуллина (студ.)
Влияние удельной поверхности контакта на процесс термоконтактного пиролиза пропановой фракции
Филиал Уфимского государственного нефтяного технического университета в г Салавате, кафедра «Химико-технологические процессы»
453250, г. Салават, ул. Губкина, 22Б; тел. (3476) 335480, e-mail: ugntu.khas@yandex.ru
R. G. Khasanov, R. M. Utyaganova, A. F. Khismatullina
Influence of specific surface area of contact on the process of thermocontactal pyrolysis of propane fraction
Ufa State Petroleum Technological University, Salavat branch 22B, Gubkina Str., 453250, Bashkortostan, Salavat; ph. (3476) 335480, e-mail: ugntu.khas@yandex.ru
Проведены исследования по влиянию удельной поверхности кварцевого контакта на результаты пиролиза пропановой фракции. Исследования проводили в диапазоне температур 650—750 0С при времени контакта 8—10 с без разбавления сырья. Выявлено, что с увеличением удельной поверхности кварцевого контакта наблюдается снижение концентрации этилена и метана, а для пропилена при температуре 700 0С существует максимум концентрации олефина в пирогазе. По всей видимости, увеличение удельной поверхности кварцевого контакта приводит к снижению жесткости процесса.
Ключевые слова: метан; пропан; пропилен; термоконтактный пиролиз; реактор; удельная поверхность; этилен.
Известно, что исследование процессов пиролиза, основанных на передаче тепла пироли-зуемому сырью при его контакте с нагретым теплоносителем или катализатором, началось еще в 50-60 х годах XX века и продолжается по сей день. Подробные результаты этих экспериментов можно встретить в различной литературе, например в 1-3 и во многих других источниках.
Однако, как правило, большинство этих работ посвящены исследованию влияния различных типов контактов (катализаторов) и условий процесса на результаты пиролиза углеводородного сырья. При этом упускается из виду такая характеристика контакта, как его удельная поверхность.
Нами проведены исследования влияния удельной поверхности контакта, в качестве которого использовался кварц, на результаты термоконтактного пиролиза пропановой фракции (содержание пропана 89.2% мас.).
The research on the influence of specific surface area of quarts contact on the results of pyrolysis of propane fraction was carried out. The research conducted in the temperature range 650—750 oC at the time of contact 8—10 second without dilution of feed. Revealed that with increasing specific surface of quartz contact a decrease of the concentration of ethylene and methane is observed, and there is a maximum concentration of olefin for propylene at 700 oC. To all appearance the increase of the specific surface of quarts contact leads to a decrease of the rigidity of the process.
Key words: methane; propane; propylene; thermocontact pyrolysis; reactor; specific surface; ethylene.
Материалы и методы
Реактор пиролиза представлял собой кварцевую трубку с внутренним диаметром 7 мм и объемом реакционной зоны около 6 см3, нагрев реактора осуществлялся печью. Опыты проводились в диапазоне температур 650—750 0С при временах контакта от 8 до 10 с без разбавления сырья. Продукты реакции анализировались реакционным хроматографическим методом 4.
Изменение удельной поверхности контакта достигалось путем использования в опытах кварца различного фракционного состава. Удельная поверхность контакта, м2/м3, определялась по формуле
a =
6•(1 -gp) f d
1 + -
d
2D • (1 -g) j
(i)
Дата поступления i8.Q3.ii
где е0 — порозность слоя, м3/м3, £ = 0.42 м3/м3;
О — диаметр аппарата, м; й — диаметр зерен контакта, м.
В табл. 1 представлены данные по удельной поверхности кварцевого контакта, используемого в исследованиях, в зависимости от его фракционного состава.
Таблица 1 Удельная поверхность контакта
Фракционный состав, мм Удельная поверхность по формуле (1), м2/м3
0.08-0.1 39300
сч 0. 1 0. 25000
0.2-0.315 14300
0.4-1 5900
Результаты и их обсуждение
На рис. 1 и 2 представлены концентрации продуктов пиролиза (этилена, пропилена, метана и суммы олефинов) в пирогазе в зависимости от удельной поверхности контакта.
В результате исследований выявлены следующие закономерности:
— концентрация этилена в пирогазе снижается с возрастанием удельной поверхности кварцевого контакта в объеме реакционной зоны во всем диапазоне исследуемых температур. Так, при температуре 750 оС и размере удельной поверхности 5900 м2/м3 концентрация этилена составляет около 39% мас., а при величине удельной поверхности 39300 м2/м3 — 25 % мас.;
Рис. 1. Зависимость концентрации этилена и пропилена в пирогазе от удельной поверхности контакта
Рис. 2. Зависимость концентрации метана и суммы низших олефинов в пирогазе от доли поверхности контакта в объеме
- концентрация метана в пирогазе, аналогично этилену, снижается с возрастанием удельной поверхности кварцевого контакта.
Так, при температуре 750 оС и размере удельной поверхности 5900 м2/м3 концентрация метана составляет около 28% мас., а при величине удельной поверхности 39300 м2/м3 — 19% мас.;
— зависимость концентрации пропилена в пирогазе от удельной поверхности кварца носит более сложный характер. Так, при температуре 650 оС с увеличением удельной поверхности наблюдается постоянное снижение концентрации олефина в пирогазе, при температуре 750 оС — непрерывный рост, а при 700 оС для концентрации пропена наблюдается максимум при значении удельной поверхности 14300 м2/м3.
Очевидно, что увеличение удельной поверхности кварцевого контакта приводит к снижению жесткости процесса, а снижение жесткости влечет за собой снижение концентрации этилена и метана в пирогазе. Скорее
всего, это связано с тем, что реакция распада исходного сырья лучше протекает в гомогенной фазе, в то время, как инертная поверхность препятствует распаду молекул пропана в реакционной зоне.
Таким образом, выходы продуктов при термоконтактном пиролизе углеводородного сырья можно регулировать не только изменением температуры и времени контакта сырья, но и размером удельной поверхности контакта в зоне реакции.
Литература
1. Мухина Т. Н., Барабанов Т. Л., Бабаш С. Е. и др. Пиролиз углеводородного сырья.— М.: Химия, 1987.— 240 с.
2. Гориславец С. П., Тменов Д. Н., Майоров В. И. Пиролиз углеводородного сырья.— К.: Наук. думка, 1977.— 309 с.
3. Хасанов Р. Г., Муртазин Ф. Р., Ахметов С. А., Жирнов Б. С. // Баш. хим. ж.— 2009.— Т.16, №2.- С.51.
4. Муртазин Ф. Р., Хасанов Р. Г., Сагитов Р. Р. // Нефтепереработка и нефтехимия.- 2007. — №8.— С. 45.
