CS259405B1 - Zařízení pro pyrolýzu uhlovodíků - Google Patents

Abstract

Zařízení pro pyrolýzu uhlovodíků při teplotě 800 °C, tlaku 0,3 MP-a za přítomnosti ředicí páry s předehřevem vzduchu pro spalování paliva k otopu pece, jehož alespoň jedna pyrolýzní pec je před vstupem do hořá­ ku vybavena trubkovým předehřívačem vzduchu, jehož mezitruhk-ový prostor je upraven pro průchod vzduchu a vnitřní prostor je upraven pro průchod vody oi teplotě 75 až 90 °C, odvětvené z proudu prací vody za pračkou pyrolýzního plynu a vstupující zpět do okruhu prací vody před chladičem okružní prací vody.

Description

Vynález, se-týká způsobu snížení energetické náročnosti pyrolýzy uhlovodíků a zařízení pro provádění způsobu.

Pyrolýza je termické· radikálové, štěpení, uhlovodíků. Probíhá ve speciálních reaktorech, tzv. pyrolýzních pecích; při vysokýchteplotách; kolém= 800 °C za nízkého tlaku do 0,3 MPa v přítomnosti ředicí vodní páry s cílem získat zejménai etylén a propylén. Jako· surovina se používají destiláty z primárního zpracování ropy a to propan, butan, propan-butanová trakce a více či méně široké řezy benzinů a. atmosférických plynových olejů. Taktéž se pyrolyzují produkty hydrokrakového zpracování vákuoivých ropných trakcí a etan, který je většinou vlastním recyklem etylénové jednotky. Hmotnostní poměr pára/uhlovodík se v závislosti na surovině pohybuje od 0,3 do 0,8.

Pyroilýzní pec se obecně skládá z radiační a konvekČní části. V radiační zcně probíhá vlastní termické štěpení uhlovodíků, konvekČní sekce využívá tepla spalin k předehřevu suroviny a směsi, suroviny s-ředicí:párou, dále napájecí vody pno. výrobu/ vysokotlaké páry tlaku, obvykle nad 10 MPa a přehřevu v kotlích na odpadní teplo vyprodukované vysokotlaké páry. V radiační sekci jsou vertikálně, popřípadě horizontálně uložené trubky z vysoce legovaných chromniklových ocelí, ve kterých probíhá pyrolýza uhlovodíků. Tyto trubky, běžně nazývané vlásenky; isou otápěny několika řadami bočních a většinou dvěma řadami spodních, tzv. podlahových hořáků. Jako topné médium se používá topný plyn, v některých případech též pro alternativní otop podlahových hořáků topný olej.

Vzduch je do hořáků nasáván z okolí pece skrz otvory primárního a sekundárního přívodu vzduchu ventilátorem, který je umístěn na odvodu spalin do komína. Ventilátorem může být vybavena každá pec zvlášť, popřípadě může mít dvojice pecí společný ventilátor, nebo· může existovat společný ventilátor pro všechny pece. Jsou známy pece, do nichž ie vzduch nasáván nebo vháněn ohřátý v různých rekuperátorech. Na ohřev vzduchu se též používá výměníku, v nichž se teplo kouřových plynů předává proudu vzduchu pomocí rotujícího tělesa větší tepelné kapacity, které je vybavené kanály. Další možnosti ohřevu skýtá použití tepelných' trubic. Taková zařízení jsou však nákladná, složitá a náročná na údržbu. Navíc je lze použít pouze tam, kde je vzduch do pece vháněn nebo nasáván centrálním ventilátorem. Do pece vstupuje vzduch též nastavitelnými otvory na spodku pece, tzv. žaluziemi.

Pvrolýzní plyn se ihned na výstupu z radiační části pece ochlazuje na teploitu 400 až 600 °C v kotlích na výrobu vysokotlaké páry, tzv. kotlích na odpadní teplo, a dále se chladí přímým zástřikem pracího oleje a vstupuje do primární kolony.

V primární koloně z pyrolýzního plynu vykondenzují vysoikovroucí složky· ve; formě pyrolýzního oleje, respektive-pyrolýzních olejů při současném ochlazení pyrolýzního plynu na, teplotu kolem 100 °C.

Ke kondenzaci těžkého pyrolýzního benzinu a· ředicí páry z pyrolýzního plynu a k dalšímu ochlazení, pyrolýzního plynu na teplotu 20 až 60 °C dochází ve vodní pračce. Za vodní pračkou se pyrolýzní plýn, komprimuje awpedfeoibuje dalšíhiu zpracování!

Pyrolýzní plyn se ve vodní pračce* ochlazuje sprchováním ochlazenou pracli vodou, které obvykle probíhá ve dvou stupních;v závislosti na teplotě prací vody. Z vodní pračky. jé. prací voda; o teplotě 75 až 90 °C dopravována čerpadly do svého okruhu za účelem ochlazení na přijatelnou teplotní úroveň. Část·. tepla; prach watty je zhodnocena ohřevem různých technologických proudů etylénové jednotky, jako jsou ohřev plynných a kapalných surovin pro pyrolýzu, Č3 frakce v propylénové koloně, zkomprimovaného pyrolýzního plynu před alkazidovou vypírkou, uhlovodíkového, kondenzátu z, komprese, pyrolýzního; plynu;, topného plynu a v případě existence energetického hospodářství na výrobu páry v rámci etylénové jednotky, respektive její vhodné dosažitelnosti, též ohřev demineralizované vody. I přes tato využiti nenachází velké kvantum tepelné energie prací vody svoje technologické uplatnění a jé mařeno’chlazením·ve vzduchových a vodních chladičích.

V případě dvoustupňového chlazení pyrolýzního plynu ve vodní pračce se v prvním stupni chlazení dosahuje teploty 50 až 70 °C, ve druhém stupni 20 až 40 °C. Prací voda pro pnv.níi stupen; chlazení mé; teplotu po. částečnéiniv.yužitíravého.tepla na výše uvedené ohřevy-o SaždO^C nižší, než.s. kterou opouští vodhí; pračku. Prací: voda. z prvního stupně' chlazení, se; zavádí; d® spodní části vodní pračky; prací, voda,z druhého stupně chlazení; na; hlavu; vodní pračky,

Etvmstupeň chlazení prací vody se provádí'; .ve; vzduchových, popřípadě· vodních chladičích, druhý stupeň· pouze ve vodních chladičích]. Nyní byl nalezen způsob dalšího využití·, taplto prací vody< které je; při obvyklém; uspořádání bez využití odváděn») do okolí.

Způsob snížení energetické náročnosti pyrolýzv uhlovodíků při teplotě 800 °C, tlaku do 0,3 MPa a za přítomnosti ředicí páry předehřevem vzduchu pro spalování paliva k otopu pece spočívá v tom, že vzduch pro· spalování se ohřívá odpadním teplem odebíraným prací vodě o teplotě 75 až 90 °C odcházející z vodní vypírky pyrolýzního plynu. Řešení podle vynálezu nebrání nízká teplota prací vody. Pořizovací náklady na zařízení, které nejsou velké a nízká účinnost převodu tepla jsou eliminovány vhodným strojním řešením. Účinnost převodu tepla je navíc zvýšena o skoro 10% zvýšením přestupu tepla z prací vody do- ohřívaného média.

Zařízení pro· pyrolýzu uhlovodíků při tep5

233405 lotě 800 °C, tlaku 0,3 MPa za přítomnosti ředicí páry s predehřevem vzduchu pro spalování paliva k otopu pece skládající se z nejméně jedné pyrolýzní pece s hořáky pro otop pece, vodní pračky pyrolýzních plynů, výměníků pro ohřev technologických proudů etylénové jednotky vzduchových chladičů prací vody a chladiče na okružní vodu je podle vynálezu charakterizováno tím, že nejméně jedna pyrolýzní pec 5 je před vstupem vzduchu do· hořáků vybavena trubkovým předehřívačem vzduchu 6, jehož mezitrubkový prostor je upraven pro průchod vody o vstupní teplotě 75 až 90 °C, odvětvené z proudu prací vody 10 za pračkou pyrolýzních plynů 1 a vstupující po předání tepla procházejícímu vzduchu zpět do· okruhu chladicí vody před chladičem okružní chladicí vody 4, přičemž spodní část tří až čtyř trubkových pecí tvoří s trubkovým předehřívačem vzduchu kompaktní jednotku, nebo je předehřátý vzduch k hořákům pece přiveden pomocí potrubí. Jde tedy o předehřev vzduchu pro pyrolýzní pece s možností využití stávajícího strojního vybavení, to je vzduchových chladičů prací vody, jejich přemístěním k pyrolýzním pecím ve funkci předehřívačň vzduchu pro hořáky pyrolýzních pecí s dalším nutným vhodným strojním řešením přívodu otepleného vzduchu k pecím.

Vynálezem se tak v podstatě sníží energetická náročnost termického štěpení uhlovodíků v pyrolýzních pecích, která je běžně charakterizována měrnou spotřebou topného plynu, respektive topného plynu a topného oleje, případně vyjádřenou v energetických jednotkách, na pyrolýzu jednotky hmoty suroviny, respektive jednotku produktu. Teplo původně vložené na ohřátí a reakci suroviny se pomocí prací vody jako· teplonosného média zrecirkuluje a ještě jednou využije. Jeho využití se promítne do snížení měrné spotřeby topného plynu na jednotkové množství pyrolyzované suroviny, respektive vyrobené produkce.

Strojní uspořádání přívodu otepleného vzduchu, k pecím je principiálně dvojího druhu: Buď jako kompaktní jednotka pro vzduchový chladič a daný počet pyrolýzních pecí na spodní části pece (pro podlahové hořáky), ze které je odvod nadbytečného množství otepleného vzduchu realizován otvory, které jsou prostorově rozmístěny pod vertikálními řadami bočních hořáků (tzv. stoupačkami) a které jsou případně vyvedeny až k první horizontální řadě bočních hořáků, nebo tak, že výstup otepleného vzduchu ze vzduchového chladiče je rozveden pomocí trub do· nejlépe tří míst pod pyrolýzní pec, tj. k podlahovým hořákům.

První varianta je výhodnější z hlediska efektivněšíbo: využití otepleného vzduchu a tím i účinnosti celého systému.

Přívod prací vody se neuskutečňuje z daného proudu prací vody, to je z prací vody po· částečném využití tepla prací vody ohřevem výše uvedených technologických proudů, ale z proudu prací vody na maximální teplotní úrovni, to je na výstupu z vodní pračky. Tím se dosáhne zvýšení přestupu tepla z prací vody do vzduchu skoro o 10 %.

Návrh uspořádání podle vynálezu je schematicky uveden v příloze na výkrese.

Příklad

Etylénová jednotka se skládá schematicky z 10 pyrolýzních pecí 51 až 510, u nichž jsou upraveny vzduchové chladiče prací vody ve funkci trubkových předehřívačů vzduchu Bl až 63 a dále z vodní pračky 1 se vstupem 1,2 a výstupem 13 pyrolýzního plynu, za níž následují výměníky 2 pro ohřev technologických proudů etylénové jednotky, dále vzduchové chladiče 3 a chladič 4 na chlazení 2. stupně prací vody okružní chladicí vodou. Mezi těmito zařízeními cirkuluje v okruhu prací voda a to mezi výměníkem 2 a vzduchovým chladičem 3 jako proud 7 prací vody o teplotě 70 až 80 °C, mezi vzduchovým chladičem 3 a chladičem 4 na okružní chladicí vodu jako proud 8 ochlazené prací vody. Podle vynálezu je za vodní pračkou 1 odvětven proud prací vody 10 o teplotě 75 až 90 °C, která po předání tepla vzduchu v předehřívačích vzduchu 6 se vrací jako proud 11 zpět do· okruhu prací vody.

Etylénová jednotka kapacity 450 000 t etylénu za rok provozu je vytížena na 75 %. Jako· surovina se používá primární benzin, atmosférický plynový olej, vratný etan a propan-butan. Energetická náročnost termického štěpení v přepočtu na výrobu 1 t etylénu je 35,8 GJ. Pro pyrolýzu je k dispozici celkem 10 pecí a to 9 pecí SRT III a 1 pec SRT I. Otop v pyrolýzních pecích je prováděn výhradně topným plynem. Příkon pece je z 35 procent realizován spodním topením. Z tepelného příkonu pece je zhruba 20 % využito na endotermní štěpení uhlovodíků, 50 procent na výrobu vysokotlaké páry, necelých 10 % je využito v úseku primárního praní na výrobu ředicí páry a prvotní předehřev surovin, 10 % je tepelný podíl připadající na ohřev vzduchu a zvýšený tepelný obsah ve spalinách a více než 10 % tepla je pohlceno do prací vody. Vzduch do každé dvojice pecí je nasáván ventilátorem, který je umístěn na výstupu spalin z pece. Množství vzduchu pro spalovací účely je různé závislosti na druhu pyrolyzované suroviny a zatížení pece, v průměru je 70 t/h. Podlahovými hořáky a otvory ve dnu pece (tzv. žaluziemi) do pece vstupuje 50 % vzduchu, při strojním uspořádání podle vynálezu bude využito! ještě cca 20 % ohřátého vzduchu, nasávaného bočními hořáky. Do· prací vody je v průměru přiváděno teplo 350 Gj/h, z toho cca 50 % je zužitkováno· na výše uvedené ohřevy technologických proudů. Teplota prací vody na výstupu z vodní pračky je 80 stupňů Celsia, za částečným využitím svojí energie pro ohřevy technologických proudů

5 9 4 05 7 etylěnové-jednotky 75 °C. První stupeň chlazení prací vody se provádí ve vzduchových chladičích. Každý vzduchový chladič je vybaven dvěma ventilátory vzdhchu. Charakteristika vzduchového· chladiče v závislosti na provoz na jeden, nebo dva ventilátory je následující:

Provoz venti-

látor	.•A		‘Al	‘Az-	‘Bl	‘Bž	S	ks	Q
1-		200	75	65,1,		54,3		981	8,3
2.	205	380	75	57,2	17	57,3	303	1907	15,3
1χ		200	80	69,4		62,3		981	9,1
2χ		380	80	60,7		60,7		1,907

Legenda:

— m je průtočné množství v t/h — t je teplota ve°C — kš je koeficient prostupu tepla vzduch, chladiče v kJ/m?hK — S je teplosměnná plocha: vzduch. chladiče v m²/žebrování je zahrnuto v k_s — Q je množství tepla v GJ/h, převedené vzduch, chladičem z prací vody do vzduchu —- indexy:

— A označuje prací vodu — B označuje vzduch — 1 značí vstupní proud do· vzduch? chladiče — 2 značí výstupní proud ze vzduch, chladiče — x označuje provozní stav vzduch, chladiče při zapojení podle vynálezu

Množství přivedeného, tepla z prací vody do vzduchu pro spalovací účely v závislosti na provozním uspořádání je uvede no. tabelární: f ormou:

n		provoz na 2 ventilátory	provoz na 1 ventilátor
4	M	168	168
	k	0,44	0,84
	U	7,3	7,6
	G	146	152
3	M	126	126
	k,	0,33	0,63
	Q	5,5	5,7
	G	110	114.
2	M	84	84
	k	0,22	0,42
	Q	3,6	3,8
	G	72	76
1	M	42	42
	k	0,11	0,21
	Q	1,8	1,9
	G	36	38

Použité symboly:

n— počet provozujících pecí v systému 3, respektive 4 pyrolýzní pece a jeden vzduch, chladič.

M: — celkové¹ vy užité množství ohřátého vzduchu v daném počtu n< provozujících pecí, M = = n. 0,5.70 . (1+0,2) t/h k< — koeficient: využití ohřátého vzduchu ze vzduch, chladiče, k = M/200, respektive M/380 v závislosti· na provozu na jeden, respektive dva ventilátory

Q — množství tepla přivedeného· ohřátím vzduchu: do daného počtu n provozujících pecí, Q = k. 9,1; respektive k . 16,6 v závislosti na provozu jednoho, respektive dvou ventilátorů GJ/hi

G — množství uspořeného zemního plynu pro otop¹ daného počtu pyrolýzních pecí podle vynálezu při výhřevnosti zemního plynu 50 MJ/kg kg/h &&3sW5

Výše uvedeným způsobem podle vynálezu, tj. využitím tepla prací vody, které se bez využití odvádělo do okolí, se sníží energetická náročnost výroby 1 tuny etylénu na 35,5 GJ/h z původních 35,8 GJ/h.

Legenda ke schématu — vodní pračka — výměníky pro ohřev technologických plynů etylénové jednotky — blok vzduchových chladičů — chladiče na okružní chladicí vodu — pyrolýzní pece 1 až 10 — trubkové předehřívače vzduchu 1 až v distribuci 61 pro 51 až 53, 62· pro až 56, 63 pro 57 až 510, zapojení podle vynálezu — prací voda o teplotě 70 až 80 °C — ochlazená prací voda — odvod vykondenzované vody a uhlovodíků do procesu —· prací voda o teplotě 75 až 90 °C, napojení podle vynálezu — ochlazená prací voda, napojení podle vynálezu — vstup pyrolýzního plynu o teplotě cca

100 °C — výstup pyrolýzního plynu o teplotě cca 30 ^CC

Claims (1)

1. Zařízení pro pyrolýzu uhlovodíků při teplotě 800 °C, tlaku 0,3 MPa za přítomnosti ředicí páry s předehřevem vzduchu pro spalování paliva k otopu pece, skládající se z nejméně jedné pyrolýzní pece s hořáky pro otop pece, vodní pračky pyrolýzních plynů, výměníků pro ohřev technologických proudů etylénové jednotky, vzduchových chladičů prací vody a chladiče na okružní chladicí vodu, vyznačené tím, že nejméně jedna pyrolýzní pec (5) je před vstupem do hořáků vybavena trubkovým předehřívačem vzduchu (6), jehož mezitrubkový prostor je uVYNALEZU praven pro průchod vzduchu a vnitřní prostor trubek je upraven pro průchod vody o vstupní.teplotě 75 až 90 °C, odvětvené z proudu prací vody (10) za pračkou pyrolýzních plynů (1). vstupující po předání, tepla procházejícímu vzduchu zpět do okruhu prací vody před chladičem okružní prací vody (4), přičemž spodní část tří až čtyř trubkových pecí tvoří s trubkovým předehřívačem vzduchu kompaktní jednotku, nebo je předehřátý vzduch z trubkového předehřívače vzduchu k hořákům pece přiveden potrubím.