3.2. Пиролиз на установках с подвижным слоем твердого теплоносителя

Пиролиз мазута и гудрона осуществляют при 580-680°С. Кратность циркуляции теплоносителя на этих установках 20-30 кг/кг. В качестве теплоносителя применяют оксид алюминия, оксид кремния, углеродистый кальций, кокс, шамот, базальт, кварцевый песок и силикагель. Песок имеет истинную плотность 2500 - 2800 кг/м³ и насыпную плотность 1400-1600 кг/м³. В нагревателе теплоноситель подогревается при помощи дымовых газов до 900-950°С и затем поступает в реактор. Тепловая напряженность нагревателя достигает 10,5 млн. кДж/(м³  ч). Сырье - тяжелые нефтяные остатки — нагревают в печи до 350-500 °С и подают в реактор. К сырью добавляют 40-45% масс, водяного пара.

На этих же установках пиролизу можно подвергать этан и пропан при следующих условиях: температура 760-815°С; давление 0,132-0,30 МПа; продолжительность контакта 1-2 с. При пиролизе этана и пропана в подогревателе твердый теплоноситель может нагреваться до 1370°С.

3.3. Установки с кипящим слоем твердого теплоносителя

Источником тепла служат коксовые частицы размером 0,25-1,0 мм. Коксовый теплоноситель нагревают в подогревателе до 900°С. Скорость движения дымовых газов в подогревателе 0,2-0,5 м/с. При пиролизе этана на установке с кипящим слоем теплоносителя смесь сырья и теплоносителя поступает в реактор с температурой 815°С. Продукты реакции покидают реактор с температурой 805 °С. В сырье добавляют водяной пар — 0,2 кг/кг. Продолжительность контакта сырья с теплоносителем 0,1-0,6 с. Кратность циркуляции теплоносителя 20-30 кг/кг сырья.

При пиролизе прямогонного бензина 45-140°С температура равна 820 °С, продолжительность контакта 0,5 с, расход водяного пара 0,55 кг/кг сырья. Теплота процесса пиролиза на 1 кг сырья для н-бутана +1257 кДж, для бензина +1466 +2095 кДж.

Пиролиз нефти проводят при 750°С и кратности циркуляции теплоносителя 10-15 кг/кг. Продолжительность реакции не превышает 1 с. Массовая скорость подачи сырья 0,05-0,1 ч^-1, расход водяного пара 50-75% масс, на сырье.

В табл. 5.3 приведены условия и выходы продуктов пиролиза тяжелых видов сырья в кипящем слое теплоносителя.

Таблица 5.3

Условия пиролиза тяжелых видов сырья и выходы продуктов

Показатели	Мазут	Гудрон			Крекинг- остаток
		бакинский	туймазин-ский	ромашкин-ский
Характеристика сырья Плотность Условия процесса Температура, оС Скорость подачи сырья, ч-1 Продолжительность контакта, с Выход, % масс. газа жидких углеводородов кокса (и потери) Состав газа, % масс. Н2 СН4 С2Н6 С2Н4 С3Н8 С3Н6 С4Н10 С4Н8 Высшие углеводоороды Олефины С2-С4 Ароматические углеводороды	0,9542 760 4,0 12,3 47,3 39,4 13,3 1,13 11,2 2,32 15,7 0,38 8,67 0,56 3,22 4,12 27,59 8,4	0,9870 680 5,0 7,8 49,2 32,8 18,0 0,52 9,37 5,76 16,0 1,54 7,70 0,34 2,51 5,46 26,21 7,7	0,9734 680 10,0 5,25 39,8 40,6 19,6 1,27 9,95 3,80 14,3 5,6 0,26 0,20 2,20 2,22 18,76 8,83	0,9960 780 6,0 9,6 37,2 35,5 27,3 0,84 5,77 9,36 11,1 0,52 6,65 0,37 2,11 0,29 19,86 4,35	1,011 680 5,0 8,7 36,2 37,0 26,8 1,01 7,86 2,38 10,06 1,32 7,83 0,21 1,70 3,83 19,59 4,29

Методика расчета аппаратуры установок пиролиза с подвижным и кипящим слоями твердого теплоносителя такая же, как и для непрерывного коксования.

VI. РЕАКТОРЫ УСТАНОВОК ПОЛИМЕРИЗАЦИИ

B АЛКИЛИРОВАНИИ ГАЗООБРАЗНЫХ УГЛЕВОДОРОДОВ

Полимеризацию широко применяют для производства полимер-бензина, а также различных легких полимеров: три-, тетра- и пентамеров пропилена как исходного сырья для приготовления моющих средств. Полимеризацию олефинов можно проводить в присутствии фосфорной, серной или фтористоводородной кислоты, фтористого бора и хлористого алюминия. Наиболее распространена фосфорная кислота на твердом носителе (кварце, кизельгуре, алюмосиликатах). Глубина превращения олефинов в присутствии катализаторов (в %): изобутилена 100; н-бутилена 90-100; пропилена 70-90; этилена 20-30. При полимеризации олефинов выделяется тепло - около 1548 кДж/кг пропилена и около 712 кДж/кг бутиленов.

Процесс проводят в реакторах трубчатого или камерного типа. В реакторах трубчатого типа катализатор располагается в трубках диаметром 50-150 мм, между которыми для снятия тепла реакции циркулирует кипящая вода. В реакторах камерного типа катализатор располагается слоями (по 0,6-2,4 м), и температура в них поддерживается вводом в реактор охлажденного сжиженного пропана. Разность температур продуктов на выходе и сырья на входе в реактор 8-10°С для реакторов трубчатого типа и 50-60°С для реакторов камерного типа.

При определении размеров и числа реакторов трубчатого типа рассчитывают следующие показатели.

1. Объем (V_{к. р.}, м³) катализатора, находящегося в реакторе

(6.1)

где - объем сырья в жидком состоянии при температуре реакции, м³/ч; - объемная скорость подачи сырья, ч^-1.

2. Объем одной трубки (V_тр, м³), где расположен катализатор. Внутренний диаметр трубки принимается равным 50,8-127,0 мм.

3. Общее число трубок N

(6.2)

4. Число реакторов, исходя из того, что в одном реакторе расположено около 200 трубок.

5. Число (n) трубок, расположенных по диаметру реактора

(6.3)

где N₁ - число трубок в одном реакторе.

6. Диаметр (D, м) реактора

(6.4)

где b - расстояние между центрами трубок, равное 150-170 мм.

7. Высоту реактора определяют, исходя из длины трубки и расстояний от трубных решеток до верхнего и нижнего днищ. Расстояние от трубной решетки до днища принимают равным 0,5 D.

8. Проверяют, достаточна ли поверхность теплообмена для снятия теплоты реакции кипящей воды. При температуре воды на 10-15°С ниже температуры реакции общий коэффициент теплопередачи в реакторе составляет 419 - 838 кДж/(м²  ч  К).

Для реакторов камерного типа определяют следующие показатели.

1. Объем катализатора в реакторе (V_{к. р}, м³).

2. Принимают диаметр реактора (D, м), высоту слоя катализатора (h, м) и расстояние между слоями (а, м).

3. Число слоев (п')

(6.5)

где F - сечение реактора, м².

4. Высоту реактора (Н, м)

(6.6)

где h_Д - высота днища, м (h_Д = 1/2D для полусферических днищ; h_Д = 1/4D для полуэллиптических днищ).

Пример 6.1. На установке полимеризации в присутствии ортофосфорной кислоты перерабатывают V = 400000 м³/сут углеводородного газа. Составить материальный баланс установки и определить состав отработанного газа, если известно: состав сырья (в % масс.): С₃Н₆ 13,6; С₃Н₈ 33,4; С₄Н₈ 23,0; С₄Н₁₀ 30,0; глубина превращения бутиленов 100%, пропилена 90%.

Решение. Подсчитывают среднюю молекулярную массу сырья

Определяют плотность сырья при нормальных условиях

кг/м³

Находят массу перерабатываемого сырья

т/сут

Определяют выход полимербензина

т/сут.

Результаты подсчетов сводят в таблицу:

Сырье	% масс.	т/сут.	Продукт	% масс.	т/сут.
Приход			Расход
Пропан-пропиленовая фракция	100,0	848	Полимербензин Отработанный газ	35,2 64,8	300 548
Итого……..….	100,0	848	Итого……..….	100,0	848

В состав отработанного газа входят весь бутан, пропан и часть пропилена (13,6  0,1 = 1,4% на сырье). Результаты подсчета сводят в таблицу:

Углеводород	% масс. на сырье	% масс. на отрабо-танный газ
Пропилен Пропан Бутан	1,4 33,4 30,0	2,2 51,6 46,2
Итого……..….	64,8	100,0

параметры	Вариант
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
V м3/сут. 105	3	3,2	3,4	3,6	3,8	4	4,2	4,4	4,6	4,8
С3Н6 % масс.	12	12,5	13	13,5	14	14,5	15	15,5	16	16,5
С3Н8 % масс.	29,5	30	30,5	31	31,5	32	32,5	33	33,5	34
С4Н8 % масс.	30	29,5	27	24	25	26	24,5	21	31	22
С4Н10 % масс.	28,5	28	29,5	31,5	29,5	27,5	28	30,5	19,5	27,5

Пример 6.2. На установке полимеризации бутан-бутиленовой фракции в присутствии ортофосфорной кислоты на кизельгуре перерабатывают G = 400 т/сут сырья. Определить диаметр и число реакторов трубчатого типа, если известно: массовая скорость подачи сырья = 0,8 ч^-1; насыпная плотность катализатора = 1,0 т/м³; диаметр трубок 102 х 8 мм, длина их 6 м; расстояние между центрами трубок b = 170 мм.

Решение. Определяют количество катализатора, находящегося в реакторах

кг

Находят объем реакционного пространства

м³

Подсчитывают объем одной трубки

м³

Определяют необходимое число трубок по уравнению (6.7)

Принимают три реактора с числом трубок в каждом

Определяют число трубок по диаметру реактора по уравнению (6.8)

Подсчитывают диаметр реактора по уравнению (6.9)

v

параметры	Вариант
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
G т/сут	390	410	420	430	440	450	460	470	480	490
 ч-1	0,8	0,81	0,82	0,83	0,84	0,85	0,86	0,87	0,88	0,89
 нас	0,96	0,97	0,98	0,99	1,0	1,01	1,02	1,03	1,04	1,05

Пример 6.3. На установке полимеризации в присутствии ортофосфорной кислоты перерабатывают G = 400 т/сут пропан-пропиленовой фракции. Определить размеры реактора камерного типа, если известно: высота одного слоя катализатора в реакторе h = 1,1 м, а расстояние между соседними слоями а = 0,6 м; массовая скорость подачи сырья  = 1,0 ч^-1; насыпная плотность катализатора = 10 т/м³.

Решение. Определяют массу катализатора, находящегося в реакторе

кг