CS238738B1 - Způsob přívodu tepla pro tepelné štěpení uhlovodíků a zařízení pro prováděni tohoto způsobu - Google Patents

Abstract

Způsob přívodu tepla pro tepelné štěpení uhlovodíků se vyznačuje tím, že směs suroviny a ředicí páry je ohřívána a je jí dodáváno potřebné reakční teplo během průchodu mezitrubkovým prostorem mezi vnější a vnitřní trubkou reaktoru typu trubka v trubce, umístěného v radiačním prostoru pece. Do vnitřní trubky je přivedena protiproudně přehřátá ředicí pára, která předává teplo nejdříve nepřímo a po smísení se surovinou přímo reakční směsi. Ke smísení reakční směsi a zbytku přehřáté ředicí péry dochází ve směšovaěi umístěném u vstupu do mezitrubkového prostoru reaktoru. Přehřev ředicí páry se provádí výhodně v radiační části nebo konvekční části pece. Zintenzívněním přívodu tepla uvedeným způsobem se dosahuje zkrácení zdržné (rezidenční) doby, a tím vyšších výtěžků olefinů.

Description

(54) Způsob přívodu tepla pro tepelné štěpení uhlovodíků a zařízení pro prováděni tohoto způsobu

Způsob přívodu tepla pro tepelné štěpení uhlovodíků se vyznačuje tím, že směs suroviny a ředicí páry je ohřívána a je jí dodáváno potřebné reakční teplo během průchodu mezitrubkovým prostorem mezi vnější a vnitřní trubkou reaktoru typu trubka v trubce, umístěného v radiačním prostoru pece. Do vnitřní trubky je přivedena protiproudně přehřátá ředicí pára, která předává teplo nejdříve nepřímo a po smísení se surovinou přímo reakční směsi. Ke smísení reakční směsi a zbytku přehřáté ředicí péry dochází ve směšovaěi umístěném u vstupu do mezitrubkového prostoru reaktoru. Přehřev ředicí páry se provádí výhodně v radiační části nebo konvekční části pece.

Zintenzívněním přívodu tepla uvedeným způsobem se dosahuje zkrácení zdržné (rezidenční) doby, a tím vyšších výtěžků olefinů.

Vynález se týká způsobu přívodu tepla pro tepelné štěpení uhlovodíků (pyrolýzy ropných frakcí) na zařízení tvořeném reaktorem tvaru trubka v trubce s použitím přehřáté ředicí páry. Štěpení probíhá v mezitrubkovém prostoru mezi vnější a vnitřní trubkou, přičemž takto . vytvořenému reaktoru je dodováno teplo nejčastěji»sáláním na vnější trubku v radiační komoře pyrolýzní pece a do vnitřní trubky je zavedena přehřátá ředicí pára. Toto zintenzívnění přívodu tepla má za důsledek zkrácení reakční doby, a tím zvýšení výtěžků olefinů.

Pyrolýza ropných frakcí je postup přípravy petrochemické suroviny. Podstatou je tepelné štěpení uhlovodíků za účelem dosažení co nejvyěěích výtěžků technicky významných olefinů při přiměřených energetických nárocích. Konverze, při níž převažují endotermické reakce, závisí především na třech parametrech: parciálním tlaku uhlovodíků, teplotě a tzv. zdržné době, tj. době setrvání reakční směsi v té části zařízení, kde jsou podmínky příznivé pro průběh požadovaných reakcí. Zatímco výěe teploty je příznivá zvýšení výtšžků, zvýšení parciálního tlaku uhlovodíků a prodloužení zdržné doby se projevují na výši výtšžků nepříznivě. Velmi důležitým faktorem je také rychlost ochlazení reakční smšsi z teploty, kdy již neprobíhají reakce vedoucí k tvorbš nežádoucích vedlejších produktů na úkor produktů požadovaných, jako je např. tvorba polymernlch olefinů. V přítomnosti nejrozšlřenější způsob užívá trubkových systémů přímo ohřívaných v průmyslových pecích nepřímým přívodem tepla. U různých výrobců zařízení jde v podstatš o různé typy jednoduchých nebo všivených reakčních hadů umístěných v radiační komoře pyrolýzní pece. Při použití průměrů trubek cca 60 až 160 mm se dosahuje jři pyrolýze benzínových frakcí zdržné doby 0,3 až 0,5 sec. Do kategorie trubkové pyrolýzy lze zahrnout i způsob pyrolýzy v reaktoru trubka v trubce podle vynálezu, na nějž byla udělena autorská osvědčení AO č. 218 684 a AO č. 219 211. V tomto zařízení vstupující surovina ve směsi s vodní parou je ve vnitřní trubce reaktoru ohřívána nepřímo vystupujícím pyrolýzním plynem, proudícím v mezikruhovém prostoru vnější trubky. Po přechodu z vnitřní trubky do mezikruží (ve spodní části reaktoru) je surovině dodáváno potřebné ohřevné a reakční teplo nepřímým ohřevem v radiační komoře pece. Vystupující proud je pak ochlazován vstupující surovinou ve výměníku trubka v trubce. Kromě těchto nejběžnějšlch a všeobecně rozšířených způsobů štěpeni uhlovodíků jsou známy další způsoby, prozatím spíše v laboratorními či poloprovozním ověřování. Jejich principem je bu3 využití vlastního spalného tepla, nebo tepla zvoleného teplonosiče. K těmto procesům patří i pyrolýza v proudu vodní páry přehřáté na úroveň 950 až 2 000 °C, kde tato pára je přehřívána samostatně v trubkových či regenerativních pecích nebo elektrickým obloukem. Potom je míchána se surovinou a zaváděna do reaktoru, který je tveřen trubkovým hadem nebo sadou trubek malého průměru.

Při použití způsobu přívodu tepla v radiačním pásmu pece pro tepelné štěpení uhlovodíků podle vynálezu se dosahuje podstatného zkrácení zdržné doby v reakčním pásmu, a tím zvýěení výtěžnosti olefinů na jednotku suroviny tím, že vnitřní trubkou reakčniho prvku umístěného v oblasti intenzivního přívodu tepla, např. v radiační komoře pece, φρνάί pouze část ředící páry, vstupující bu3 jako pára sytá, nebo v různá míře přehřátá, zatrmco uhlovodíková .surovina se zbytkem ředicí páry vs.tupuje do mezikruhového prostoru a ihned po vstupu se směšuje s podílem páry vstupujícím vnitřní trubkou. Sada takových prvků umístěná v radiační komoře samostatně nebo spolu s trubkami pro přehřev ředicí páry |voří radiační pásmo pece. Zpracovávaná surovina se ohřívá nejdříve samostatně, později ve'směpi s částí vodní páry v konvekčních sekcích pyrolýzní pece na teplotu obvyklou u trubkové pyrolýzy - obvykle 600 až 650 °C. Část vodní péry v množství závislém na druhu zpracovávané suroviny (pro benzín cca 40 až 100 % hmot. k surovině) je ohřátá v radiační nebo konvekční zóně pece, či v samostatném zařízení pro ohřev péry, na teplotu 900 až 1 000 °C. (Absolutní teplota ředicí páry pro vlastní princip vynálezu má význam jen částečný). Tato část ředicí páry je pak zavedena do vnitřních grubek reakčniho systému. .Vlastní reakční systém je tvořen řadou reaktorů typu trubka v trubce, umístěných v radiační komoře pyrolýzní pece, popř. střídavě s trubkami pro přehřev ředicí páry. Vnitřní trubkou proudí ředicí pára, která se pe průchodu reaktorem míchá se směsí suroviny e ředicí páry vstupující .do mezikruhového prostoru vnějěí trubky. Při průchodu reaktorem je směsi tak dodáváno potřebné teplo pro ohřev na reakční teplotu i teplo potřebné pro průběh reakce. Toto teplo je dodáváno:

a) přestupem tepla na vnitřní trubce výměnou s přehřátou ředicí párou

b) mícháním s přehřátou ředicí perou na přechodu z vnitřní do vnější trubky reaktoru

c) nepřímým ohřevem v radiačním pásmu pece.

Po průchodu reaktory vystupuje pyrolyzní plyn s teplotou 800 až 900 °C do sběrného kolektoru a do výměníku odpadního tepla známého uspořádání, kde je prudce zchlazen na teplotu 350 až 450 °C. Toto teplo je využito k výrobě vysokotlaké páry o tlaku 11,0 až 13,0 Mřa.

Před vstupem do výměníku odpadního tepla může být vystupující pyrolýzní plyn zchlazen přímým vstřikem uhlovodíkových směsí, kondenzátem či vodní parou o 50 až 100 °G k omezení nežádoucích reakcí. Uvedený způsob přívodu tepla a zařízení podle vynálezu mé řadu předností z hlediska technologického, energetického i konstrukčního. Využitím řady reaktorů trubka v trubce se dosahuje výrazného zkrácení zdržné doby v reakční části pyrolýzního prvku. Zdvojením trubky se zvyšuje poměr teplosměnné plochy k objemu. Využitím vnitřní trubky k ohřevu suroviny přehřátou vodní parou, jak přestupem tepla na této trubce, tak i mícháním páry se surovinou na vstupu do mezikruhového prostoru, se snižuje množství tepla, které je třeba dodat nepřímým ohřevem v radiační zóně vnější trubce. Protože tepelné zatížení vnější trubky v radiační komoře je většinou limitujícím parametrem zařízení, zkracuje při daném tepelném zatížení ohřev teplem přehřáté ředicí páry ve vnitřní trubce zdržnou dobu o čas potřebný k předání odpovídajícího množství tepla. U navrhovaného řešení je vystupující pyrolýzní plyn z reaktoru zaveden do výměníku odpadního tepla (známého typu - s výrobou vysokotlaké páry), který má podstatně menší tlakovou ztrátu než výměník typu trubka v trubce. V důsledku nižšího tlaku a tím zvětšeného objemu proudícího média se zvětšuje jeho rychlost proudění, a tím se zkracuje doba pobytu v reakčním pásmu. Uvedené zkrácení zdržné doby i pokles parciálního tlaku uhlovodíků v reakční zóně má za následek zvýšení výtěžnosti olefinů na jednotku suroviny.

Z energetického hlediska v porovnáni se současnými typy pyrolýzních pecí je významným energetickým přínosem vyšší využití tepla dosažením vyšší výtěžnosti olefinů, tedy snížením měrné spotřeby tepla na jednotku vyrobených produktů. Využití tepla pyrolýzního plynu zůstává zachováno na obvyklé úrovni.

Z konstrukčního hlediska je u navrhovaného řešení výhodné to, že radiační komorou pyrolýzní pece procházejí pouze hladké trubky reaktoru, ochlazované médiem a jejich uchycení je mimo vlastní prostor radiace, a proto méně náročné na kvalitu materiélu v porovnání s trubkovými hady. Výhodné je též poměrná nenáročnost tohoto zařízení s ohledem na možnost využití při rekonstrukcích starších typů pyrolýzních pecí záměnou stávajících radiačních hadů za systém reaktorů s příslušnými kolektory. Z provozního hlediska přináší navržené řešení možnost změnou teploty ředicí páry na vstupu do reaktoru částečně ovlivňovat průběh reakce k vyšším výtěžkům etylenu či propylenu a současně je tento systém použitelný pro velké rozmezí druhu použité suroviny - pouze změnou.provozních parametrů beze změn konstrukčních. Při zakoksování vnitřních povrchů lze odstraňovat koks a úsady vyšších uhlovodíků velmi výhodně z reaktoru souproudým odkoksováním při použití vysoce přehřáté ředicí páry, bez odpojení zařízení z procesu. Tím se prodlužuje délka pracovního cyklu, tedy i roční kapacita zařízení. *

Podstatou postupu podle předmětu vynálezu je znázorněna na obr. 2. Podstata zařízení - uspořádání reaktoru trubka v trubce s přehřátou ředicí parou zavedenou do vnitřní trubky je znázorněna na obr. 1. V navrhovaném uspořádání se surovina 22 odpeřuje a ohřívá nejdříve samostatně v konvekční sekci ohřevu suroviny 10 a později ve směsi s částí technologické páry v konvekční sekci ohřevu směsi ££. Ohřátá směs suroviny a ředicí páry 24 s teplotou _ obvykle 600 až 650 °C se pak v kolektorech směsi 17 rozděluje do vstupních trubek jednotlivých reaktorů 2· část ředicí páry se rozděluje v kolektorech ředicí páry 18 do vstupních trubek ředicí páry £. Při průchodu radiační zónou pyrolýzní pece 2. se ředicí pára 23 ohřívá v trubce přehřevu ředicí páry χ a je zavedena do vnitřní trubky reaktoru 2. Poloha vnitřní trubky £ ve vnější trubce 1 je stabilizována trny 2 nebo přepážkami. Po průchodu vnitřní trubkou je ředicí pára smíšena se směsí suroviny a ředicí péry 24 ve směšovači a vzniklá reakční emés je zavedena do mezitrubkového prostoru vnější trubky χ při vhodném usměrnění proudícího média. Úplná technologická směs suroviny a ředicí páry pak prochází v mezikruhovém prostoru reaktoru radiační zónou pece £ při průběhu štěpných reakcí. Pyrolýzní plyn 2J. z jednotlivých reaktorů je trubkami výstupu pyrolýzního plynu 2 sbírán do kolektorů pyrolýzního plynu JJ, kde může být částečně zchlazen vstřikem ředicí páry nebo uhlovodíků. Z kolektorů pyrolýzního plynu je plyn zaveden do výměníků odpadního tepla JJ, ve kterých předá část obsaženého tepla pro výrobu vysokotlaké páry 26 a je odveden od pece do dalšího procesu. Tepla obsaženého v pyrolýzním plynu 21 se tedy využívá k výrobě vysokotlaké páry 26. pro jejíž výrobu se přiváděná napájecí voda 25 ohřívá nejdříve zbytkovým teplem kouřových plynů 2g v konvekční sekci ohřevu napájecí vody 12 na teplotu blízkou bodu varu při zvoleném tlaku. Takto ohřátá napájecí voda postupuje do parního bubnu - separátoru páry JJ. Odtud je zavodňovacím potrubím 19 zavedena do plástového prostoru výměníku odpadního tepla JJ, kde přejímá teplo pyrolýzního plynu proudícího v trubkách a částečně se odpařuje. Směs vody a vodní páry pak díky termosifonovému účinku postupuje převáděcím potrubím 20 do parního bubnu - separátoru páry JJ, odkud se separovaná vysokotlaká pára odvádí k dalšímu využití. Potřebné teplo k ohřátí suroviny i směsi suroviny a ředicí páry, jakož i teplo pro štěpeni suroviny, je dodáváno systémem topeni, nejčastěji sálavými hořáky 1,6 systému topného plynu v bočních stěnách radiační komory pyrolýzní pece.

Uspořádání reaktorů 1, £ a trubek pro přehřev ředicí péry J bylo na obr. 2 pro větší názornost znázorněno kolmo k podélné ose radiační komory £. V skutečném uspořádání bude výhodnější uspořádání v ose radiační komory.

580 kg/hod 160 kg/hod 406 kg/hod 850 °C 0,06 sec 0,21 MPa 80 °C 725 °C

Pro konkrétní provedení vynálezu bylo zvoleno využití vynálezu v pyrolýzní peci s kapacitou 13 920 kg zpracovávané suroviny za hodinu při zpracovávání benzinového řezu s deštilačním rozmezím 50 až 180 °C.

Průtok suroviny jedním reaktorem průtok směsi suroviny a řed. péry reaktorem průtok ředicí páry trubkou přehřevu směrná teplota pyrolýzy doba prodlení v reakční části tlak pyroplynu na výstupu z reaktoru teplota suroviny na vstupu do konvekoe teplota směsi na vstupu do reaktoru teplota ředicí páry na vstupu do konvekce a trubek přehřevu ředicí páry v radiaci pece teplota ředicí páry po přehřátí teplota pyroplynu za výměníkem odpadního tepla teplota spalin na jízku oyrolýzní pece teplota spalin v komíně celkový poměr surovina : řed. pára topný plyn přebytek vzduchu na spalování celková potřeba tepla v radiační části pece

200

950

350-450

100 °C 230 °C : 1 metan 1,1 „

53,94.10 kv/h

celková potřeba tepla pyrolýzní pece	125,1.10°	ku/h
vnější trubka reaktrou	114 x	7,1 mm
vnitřní trubka reaktoru	83 x	5 mm
trubka pro přehřev ředicí páry, průměr	83 x	5 mm
délka trubek v radiační zóně pece	10	m
celková dálka trubek reaktoru	12	m
počet reaktorů v radiační komoře	24	ks
počet trubek přehřevu řed. páry v radiační komoře	24	ks

PředmSt vynálezu není omezen na využití uvedeného konkrétního provedení či podle uspořádání znázorněném na obr. 2. Při řešení nových pyrolýzních pecí lze v širokém rozmezí přizpůsobovat kapacitu celé pece zvětšením reaktorů či zvětšením jejich počtu v radiační komoře, jako i měnit uspořádání radiační části i konvekčních sekcí. Výhodným může být využití vynálezu při rekonstrukcích stávajících typů pyrolýzních pecí s cílem zvýšení výtěžků olefinů při poměrně malých investičních nákladech. Významným faktorem při rekonstruk cích je i možnost určitého zvětšení kapacity zařízení při zachování systému výroby vysokotlaké páry využívané v dalším procesu.

Claims (5)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   1. Způsob přívodu tepla pro tepelné štěpeni uhlovodíků a jiných organických látek, které jsou při obvyklých teplotách plynné nebo kapalné v radiačním pásmu pece, vyznačený tím, že směs suroviny a ředicí páry je ohřívána nepřímo sáláním v radiační komoře pece a současně částí přehřáté ředicí páry zavedené protiproudně, oddělené do středu proudu suroviny, a přímo smíšením této ředicí páry se surovinou.
2. 2. Zařízení pro způsob přívodu tepla podle bodu 1, vyznačené tím, že v radiační části (9) jsou umístěny dvojité trubky, přičemž vnější trubka (1) je napojena na přívod směsi a části ředicí páry a na protilehlém konci je odvod pyrolýzního plynu a přívod zbytku ředicí páry do vnitřní trubky (2), která prochází středem vnější trubky a je zakončena směšovaěem (3) pro rozděleni páry do směsi proudící ve vnější trubce.
3. 3. Zařízení podle bodu 2, vyznačené tím, že mezi vnější trubkou (1) a vnitřní trubkou (2) jsou vytvořeny středící elementy (5) jako přepážky, trny.
4. 4. Zařízení podle bodu 2 a 3, vyznačené tím, že v radiační komoře pyrolýzní pece (9) jsou vedle dvojitých trubek tvořících reaktor uspořádány též trubky (4) pro přehřev části ředicí páry.
5. 5. Zařízení podle bodu 2 a 3, vyznačené tím, že zařízení pro přípravu přehřáté páry je vytvořeno jako konvekční sekce pece.