124570 (Технология пиролиза углеводородного сырья в трубчатых печах), страница 4

- пиролиз в псевдоожиженном слое теплоносителя: мелкоизмельчённого песка (фирма “Lurgi”); порошкообразного кокса, без его циркуляции (фирма “Basf”); циркулирующего кокса (процесс КК); в кипящем слое порошкообразного кокса (ВНИИ НП, два варианта: в общем слое или с предварительным разделением сырья);

- в восходящем потоке теплоносителя - песка (АзНИИ, ВНИИ НП, фирма “Lurgi”);

- в нисходящем потоке теплоносителя - кокса (ИНХС АН СССР);

- в сплошном потоке движущегося гранулированного теплоносителя: коксового (ГрозНИИ, фирма “Hochst” ) и шамотного (ВНИИТ);

- термический регенеративный процесс пиролиза ТРП (фирма “Gulf Oil Chemical”, “Gulf Canada” и “Stone and Webster”).

Судя по тому, что эти методы до настоящего времени не реализованы в промышленных масштабах, ни один из них существенными преимуществами перед пиролизом в трубчатых печах не обладает.

Использование песка в качестве теплоносителя преследует три цели:

-снятие ограничений пиролиза в отношении металла змеевиков и теплового потока;

-возможность использования тяжелого сырья;

-предупреждение закоксовывания.

Преимущества конструкции с движущимся теплоносителем:

-непрерывность процесса, благодаря удалению кокса, отлагающегося на поверхности катализатора;

-высокая эффективность передачи тепла к пиролизируемому сырью;

-возможность интенсификации процесса путем повышения температуры;

-низкое давление в реакторе;

-гибкость в возможности переработки различных видов сырья.

Недостатками процесса являются:

-сложность быстрого разделения газ - твердое тело;

-эрозия труб при высоких скоростях;

-перепад температуры связанной с протеканием эндотермической реакции пиролиза незначителен;

-высокие перепады давлений и неоднородность профилей давлений для газов;

-образование и унос мелких частиц (пыли);

-риск попадания восстановительной среды реактора в окислительную среду печи нагрева песка;

-явление нестабильности в стояке с песком и в клапанах;

-отсутствие промышленного производства дорогих регуляторов расхода песка и прочие технические проблемы.

2. Технология производства

2.1 Обоснование способа и технологии

Проект выполнен на основе действующего производства пиролиза углеводородов нефти объекта 2-3-5/III АО “Уфаоргсинтез”, предназначенного для производства этилена, пропилена, бутилен-бутадиеновой фракции путем пиролиза бензина и углеводородных фракций.

Процесс пиролиза осуществляется в 4-х четырехпоточных печах с реакционным змеевиком из стали Х23Н18 с вертикальными трубами в камере радиации и горизонтальными в камере конвекции. Тепловая мощность печи 14,4 мГкал/час. Печь способна перерабатывать до 15 т/час углеводородного сырья.

Вертикальная трубчатая система имеет следующие преимущества:

• возможны простые конструктивные решения при создании практически любого числа сырьевых потоков;

• узлы трубных опор размещены вдали от горелок, в зонах низких температур и для их изготовления возможно применение недорогих материалов;

• вертикально подвешенные змеевики свободно расширяются и сжимаются с изменением температуры в печи, поэтому в отличие от печей с горизонтальным расположением реакционных труб здесь не наблюдается прогиб труб между опорами;

• печью аккумулируется сравнительно небольшое количество тепла, что позволяет легко производить зонное регулирование и устанавливать оптимальный технологический режим при максимальном выходе целевых продуктов

• вследствие пониженных температур футеровки и тепловой изоляции уменьшаются тепловые потери, они составляют не более 2% от общего количества тепла, полученного от сжигания топлива

Такие печи отличаются высокими теплотехническими характеристиками, надежным и экономичным материальным оформлением, компактной конструкцией, высокой эффективностью работы [9].

2.2 Экологическое обоснование производства

Главной проблемой нефтехимических процессов является уменьшение газовых выбросов в атмосферу и сброса загрязненных сточных вод в водоемах.

В процессе пиролиза образуются дымовые газы при сжигании топлива в печах. Снижение вредных газовых выбросов осуществляют улавливанием диоксида серы из дымовых газов или обессеривают исходное топливо. В зависимости от качества топлива варьируется содержание сернистых веществ в газовых выбросах. Кроме того, для полноты сжигания топлива используют более совершенные конструкции горелок. В качестве топлива используется метано-водородная фракция, которая не содержит сернистых соединений.

На установке образуются сточные воды при отпарке подсмольной воды. Для сокращения количества загрязненных сточных вод в цеху пиролиза вторично используют получаемый в процессе загрязненный конденсат, предварительно собранный в резервуар и прошедший биологическую очистку.

Инертный газ, используемый для продувки аппаратов можно отводить в резервуары, а после очистки от попутных газов и сжатия его можно использовать повторно.

Содержание соединений серы и азота в сырье пиролиза жестко регламентируются, так как они концентрируются в жидких продуктах, что создает значительные трудности при их переработке.

Легкие и тяжелые смолы, образующиеся при пиролизе, отправляются на дальнейшую химическую переработку.

Токсичные свойства, ПДК исходного сырья и реагентов, продуктов производства, характеристика твердых, жидких и газообразных отходов, а также мероприятия по охране окружающей среды приведены в разделе 7 “Безопасность и экологичность проекта”.

2.3 Технологическая схема производства

В данном разделе излагается описание технологического процесса и технологической схемы отделения пиролиза углеводородов нефти.

Сырье с температурой окружающей среды и давлением 12-16 кг/см² из отделения 11-19а цеха №11-19 проходит через отстойник (О-1), где отстаивается от воды и механических примесей, подогреватель (Т-1) поступает на печи пиролиза (П-1).

Пиролиз бензина осуществляется в 4-х двухпоточных печах в камере радиации и четырехпоточных печах в камере конвекции градиентного типа с ультразвуковыми горелками и вертикальным змеевиком в радиантной секции.

Механизм процесса пиролиза:

1) Инициирование цепи CH₃-CH₃ = 2CH₃^* (2.1)

CH₃-CH₂-CH₃ = CH₃^* + CH₂^*-CH₃ (2.2)

2) Передача цепи CH₃^* + CH₃-CH₃ = CH₄ + CH₃-CH₂^* (2.3)

1. Продолжение цепи CH₃-CH₂^* = H^* + CH₂=CH₂ (2.4)

H^* + CH₃-CH₃ = H₂ + CH₂^*-CH₃ (2.5)

CH₃^* + CH₃-CH₂-CH₃ = CH₃-CH^*-CH₃ + CH₄ (2.6)

= CH₂^*-CH₂-CH₃ + CH₄ (2.7)

H^* + CH₃-CH₂-CH₃ = CH₃-CH^*-CH₃ + H₂ (2.8)

= CH₂^*-CH₂-CH₃ + H₂ (2.9)

C₂H₅^* + C₃H₈ = C₂H₆ + C₃H₇^* (2.10)

CH₃-CH^*-CH₃ = CH₃-CH=CH₂ + H^* (2.11)

CH₃-CH^*-CH₃ = CH₂=CH₂ + CH₃^* (2.12)

4) Обрыв цепи 2CH₃^* = C₂H₆ (2.13)

CH₃^* + C₂H₅^* = C₃H₈(2.14)

2C₂H₅^* = C₄H₁₀ (2.15)

Для уменьшения коксообразования и увеличения выхода олефинов бензин перед подачей его в змеевик разбавляется паром в количестве 50% от веса сырья. Пар давления 12 кг/см² поступает в цех из заводской сети, дросселируется с помощью клапана до давления 8 кг/см² и поступает в коллектор, идущий на потоки печей пиролиза.

В этот же коллектор пара поступает пар, вырабатываемый в котлах-утилизаторах (КУ). Расход пара на разбавление бензина при входе в печь регулируется клапанами регуляторами расхода пара на потоки печи.

Количество сырья, подаваемого в печь, регулируется клапанами регуляторами расхода сырья на потоки печи.

В печи (П-1) паро-сырьевая смесь нагревается и разлагается при температуре 810^оС с образованием пирогаза, в составе которого содержатся олефины, предельные углеводороды, смолы и кокс.

Обогрев змеевика печи (П-1) производится сжиганием метановодородной фракции (МВФ), предварительно подогретой до температуры 80-120^оС и поступающей из отделения газоразделения или из общезаводской сети. МВФ поступает на каждую печь (П-1) двумя потоками (на правую и левую сторону) и через клапана регуляторы температуры выходов, распределяется на ультразвуковых горелках для сжигания.

Удаление дымовых газов из топки печи осуществляется дымососом через котел-утилизатор (КУ), в котором тепло дымовых газов используется для получения пара с давлением 8 кг/см².

Питательной водой котлов-утилизаторов служит паровой конденсат, принимаемый из заводской сети. Температура дымовых газов до и после котла регистрируется потенциометром и выдерживается на входе до +400^оС, на выходе из котла до +300^оС. Дымовые газы после котла-утилизатора (КУ) выбрасываются в дымовую трубу.

На печах пиролиза смонтированы закалочно-испарительные аппараты (ЗИА) (Х-1). Закалка пирогаза производится для предотвращения протекания вторичных реакций с образованием из олефинов более тяжелых продуктов и утилизации тепла пирогаза. Пирогаз с температурой 810^оС поступает в трубное пространство ЗИА (Х-1), где за счет кипения парового конденсата в межтрубном пространстве, температура снижается до 580-675^оС. Дальнейшее снижение температуры до 170-400^оС происходит в закалочных устройствах (выполненных в виде простой трубы из жаростойкой стали большего диаметра) в одну или две ступени, путем впрыскивания через форсунки в поток подсмольной воды. Пирогаз после закалки поступает в общий коллектор пирогаза.

В качестве питательной воды для ЗИА используется паровой конденсат, поступающий в рубашку ЗИА (Х-1) при температуре 150^оС, где испаряется за счет тепла пирогаза.

Пирогаз после закалочного устройства с температурой 170-400^оС поступает в общий коллектор пирогаза. Из общего коллектора пирогаз с температурой 170-300^оС и давлением 1,5 кг/см² поступает в нижнюю часть двух параллельно работающих колонн (К-1). Колонны (К-1) предназначены для выделения тяжелой смолы, промывки пирогаза от кокса и его охлаждения до 105-115^оС. Колонны состоят из двух секций. Нижняя секция оборудована 8-ю тарелками решетчатого типа, орошаемых тяжелой смолой, подаваемой насосами (Н-1), через фильтр (Ф-1). Секция предназначена для улавливания кокса и осаждения тяжелой смолы. Верхняя секция колонны состоит из 12 тарелок ситчатого типа и служит для охлаждения пирогаза до температуры 105-115^оС легкой смолой, подаваемой насосом (Н-8) из отсека легкой смолы разделителя (Е-3).

После колонн (К-1) пирогаз с температурой 105-115^оС, объединяется в общий поток и поступает в воздушные холодильники (ХВ), где охлаждается до температуры 75^оС воздухом, нагнетаемым вентилятором (В-1). При охлаждении пирогаза в холодильниках (ХВ) конденсируется водяной пар и углеводороды.

Газожидкостная смесь с температурой 75^оС из холодильников (ХВ) поступает в сепаратор (С-1), где происходит отделение легкой смолы и водяного конденсата от пирогаза. Жидкая часть из сепаратора (С-1) самотеком поступает в общий отсек разделителя (Е-2), а пирогаз направляется в межтрубное пространство водяных холодильников (Х-2), где охлаждается до температуры 45^оС промышленной водой, подаваемой в трубное пространство.