CS268974B1 - Způsob odkoksování trubek výměníku tepla pyrolýzní pece - Google Patents

Abstract

Způsob odkoksování trubek výměníku teple pyrolýzní pece pro pyrolýzu středni neoo vysokovrouci ropné frakce od uhlikstýcb úsad a připadne současně snížení povrchových teplot trubek pyrolýzní pece spočívé v tom, že po zanesení kotle na odpadní teplo uhlíkatými ůsadami, se při poklesu koeficientu přestupu tepla chladičů pyrolýzního plynu ne nejaéně 500 kD/m^ deg nebo/a vzrůstu povrchové teploty vnějSÍ stěny reaktoru na nejvýše i 150 °C se změní nástřik do pyrolýzní pece na ropnou frakci s koncem teploty destilace benzinu nebo na lehké uhlovodíky, výhodně etan nebo swěa nasycených uhlovodíků C? ež c5 po dobu alespoň 10 hodin, s výhodou 48 až 100 hodin, a poté se obnoví nástřik původní suroviny.

Description

CS 268974 B1 1

Vynález se týká způsobu čištění kotle na odpadní teplo pyrolýzni pece pro pyro-lýzu střední nebo vysokovroucí ropné frakce od uhlíkatých úsad a současně sníženi po-vrchových teplot trubek pyrolýzni pece. pyrolýza ublíkovodíkových směsí je periodická operace, kdy se střídá periodavlastní reakce s periodou čištění zařízení. Moderní velkokapacitní jednotky provozujis trubkový·! reaktory, kde dochází k vlastnímu termickému rozkladu uhlovodíkové frakce.Bezprostředně po reakci je nezbytně nutné reakční směs prudce ochladit na teplotu, přikteré je rychlost vlastního termického rozkladu a následných reakcí zanedbatelná. Běžněse tak děje dvoustupňový· způsoben tak, že se pyrolýzni plyn nejprve ohladí v chladiči,ve které· se teplo pyrolýzního plynu využívá k výrobě páry v různé tlakové úrovni a vedruhé· stupni poton přímým vstřikem uhlovodíku. Vlastni pyrolýzni reakce probíhá přiteplotě 750 až 850 °C v závislosti na charakteru suroviny a ostatních podmínkách.

Střední a těžké destiláty, popřípadě předupravené suroviny vzniklé z těchto frakcí, seběžně štěpí při teplotách 760 až 815 °C. V chladiči za reaktore· se zchladí na 350 až650 °C v závislosti na tlakové úrovni vyráběné páry a stupně znečištění chladiče, v dru-hém stupni chlazení se poton pyrolýzni plyn chladí na teplotu pod 250 °C. Při vlastní štěpné reakcí dochází vedle štěpení uhlovodíkových frakcí k postupnémuukládání koksovitých úsad na vnitřním povrchu radiačního hadu. Tím postupně vlivem níz-ké tepelné vodivosti úsad vzrůstá odpor proti přestupu tepla a zároveň tlakový spádvlastním reaktorem. Vzrůstající odpory vedou k tomu, že se bud pro zachování prostupupotřebného tepla pro štěpení zvýší postupně teplota vnější stěny vlósenky pyrolýzníhoreaktoru, které u moderních pecí běžně dosahuje teplot i 100 až l 250 °C, nebo vzrostetlakový odpor reaktoru tak, že jím nelze prosadit potřebné anožstvi reakční směsi. V obou případech je nutné koks z vlásenek odstranit. podobně dochází k ukládáni úsad v prvním stupni chlazení pyrolýzního plynu, v chla-diči pyrolýzního produktu zvané· kotel na odpadni teplo. Vlivem úsad dochází ke snižo-vání koeficientu prostupu tepla a teplota za chladičem vzrůstá. Pro její vzrůst existu-jí dva limity, a to technický a ekonomický. Technický limit je dán maximálně přípustný-mi teplota·! pyrolýzního plynu z hlediska následujícího strojního zařízení a jeho mož-ného poškozeni. Ekonomický limit je dán tím, že při vzrůstu teploty za chladičem klesámnožství využitelného tepla pro výrobu péry. Toto nevyužitelné teplo lze využít s men-ším ekonomickým efektem nebo se zcela ztrácí ve formě ztrát tepla do okolí, zanášeníchladiče také způsobuje nárůst tlakových odporů, a tím vzrůst mechanického namáháni za-řízení a zvýšení možnosti jeho poškození, především v případě, kdy jsou úsady rozdělenynepravidelně po zařízení. Z uvedených důvodů je opět nutné ukončit periodu vlastní re-akce a zařízení vyčistit.

Charakter tvorby úsad v chladičích je jiný, než ve vlastním reaktoru. Osady v chla-diči se také liší v závislosti od zpracování suroviny a podmínek reakce, obecně čím jesurovina těžší, tím vznikají měkčí úsady s vyšším obsahem vodíku a mění se tak jejichmechanické a chemické vlastnosti. Čištění pyrolýzního reaktoru se běžně provádí dvěma základními způsoby: a) parovzdušnou směsí b) pouze parou

Rarovzdušné čištění se provádí tak, že přes reaktor proudí póra a postupně se zvy-šuje obsah přidávaného vzduchu, obvykle podle obsahu oxidu uhličitého v nezkondenzovatel-ných podílech odplynů. Nevýhodou parovzdušného čištění je možnost místního přehřátíreaktoru, a tím jeho poškození. Proto se čištění provádí za co nejnižších teplot, obvyk-le v rozmezí 780 až 820 °C.

Parní odkoksování je podstatně méně rozšířeno a provádí se při teplotách blízkýchmaximálně přípustným teplotám z hlediska materiólu, obvykle kolem i 100 °C. CS 268974 B1 čištěni pyrolýzního reaktoru je ukončeno, když obsah oxidu uhličitého v nezkonden-zovatelných podílech odplynu je nulový, respektive velni nízký. Oba dva druhy čištěnise provádí, aniž je pec nutno odstavit z provozu do studeného stavu. □e znán také třetí způsob čištěni vlésenek pyrolýzního reaktoru, při kterém všaknedojde k úplnému, ale pouze částečnému odstraněni Osad koksu ze stěn reaktoru. Prin-cipem je, že se provede tepelný výkyv v režimu provozu pyrolýzního reaktoru, při kte-rém dojde ke smrštěni a opětnému roztaženi průřezu trubky reaktoru, což vede k mecha-nickému odstranění části úsad koksu. Vhodnou manipulaci je například odstaveni a opět-né zavedení nástřiku uhlovodíkové suroviny. Metoda je vhodná pouze pro částečné zane-sení pyrolýzního reaktoru, kdy vrstva koksu není Ještě kompaktní a sílá a lze ji rozru-šit silou, kterou na ni působí tepelně dilatujíci materiál reaktoru. Tímto způsobema zvláště potom jeho násobnou aplikaci lze výrazně (násobně) prodloužit provoz pyro-lýzní pece z hlediska zanášeni vlastního pyrolýzního reaktoru. Čištění chladičů pyrolýzního plynu, tj. kotlů na odpadní teplo, se běžně provádímechanicky tlakovou vodou. Nevýhodou tohoto postupu je, že při čištěni je třeba pyro-lýzní pec odstavit do studeného stavu, částečně ji demontovat a po vyčištěni opětsmontovat a pec vyhřát na pracovní teplotu, uvedená operace je časově velmi náročnáa nákladná jak na spotřebu energii pro odstavení a najeti pece, tak z hlediska vynalo-žené práce a má negativní vliv na délku životnosti zařízeni. Vlastni čištěni tlakovouvodou o tlaku 30 až 60 MPa je operace velmi riziková s možnosti úrazu.

Postup odkoksování chladiče pyrolýzního plynu byl již v literatuře popsán. Na-příklad Bulletin of the 3apan Petroleum Institute 12 (2), 279 - 284, 1971 je popsánaspeciální konstrukce kotle na odpadni teplo, ve které jsou trubky kotle spirélněuspořádány a kdy se z kotle při odkoksování vypustí voda a celý proces probíhá při vy-sokých teplotách nad 700 °C termickým způsobem jako v radiační reakční sekci pece.

Tento postup u běžných chladičů pyrolýzního plynu nelze provádět z důvodu překročenímax. přípustných teplot materiálů. V NSR pat. 2 023 326 je uveden způsob termického odkoksování zařízení pro pyrolý-zu uhlovodíků, jehož princip je dvoustupňové parovzdušné čištění chladiče pyrolýzníhoplynu. V prvním kroku se provádí parovzdušné čištěni tak, že teplota úsad se udržujealespoň na teplotě, při které probíhala vlastní reakční perioda. V druhém stupni seteplota úsad ještě zvětši nad teplotu v prvním stupni zvýšeným přívodem plynného proudu.

Popsaný způsob z hlediska praktického použití mé nevýhodu především v tom, že vy-užívá k dosažení potřebné teploty úsad v chladiči pyrolýzního plynu vysokých průtokůparovzdušné směsi, které lze získat pouze úpravou zařízeni vyžadující investiční ná-klady. Při navrženém postupu se téměř dosáhne obnovení koeficientů prostupu tepla jakopro čistý kotel.

Další nevýhodou popsaného způsobu je časová a energetická náročnost postupu. Celýpostup trvá řádově desítky hodin a po tuto dobu se spotřebovává pára, vzduch a palivopro otop pece.

Nyní byl nalezen nový způsob odkoksování trubek výměníku tepla pyrolýzní pece propyrolýzu střední nebo vysokovroucí ropné frakce a současně snížení povrchových teplottrubek pyrolýzní pece, který podle vynálezu spočívá v tom, že po zanesení kotle na od-padní teplo uhlíkatými úsadami se při vzrůstu povrchové teploty vnější stěny reaktoruna nejvýše i íoo °c nebo/a poklesu koeficientu přestupu tepla chladičů pyrolýzníhoplynu na nejméně 500 k3/m2 deg h změní nástřik do pyrolýzní pece na ropnou frakcis koncem teploty destilace benzinu nebo na lehké uhlovodíky, výhodně etan nebo směsnasycených uhlovodíků c2 až cg po dobu alespoň 10 hodin, s výhodou 48 až 100 hodin,a potom se obnoví nástřik původní suroviny. CS 268974 B1 3 Výhodou tohoto nového způsobu čiStěni kotle ne odpadní teplo pyrolýzniho reakto-ru je, že současně s odstranění* uhlíkatých úsad v kotli na odpadni teplo dojde k po-klesu povrchových teplot trubek vlastního pyrolýzniho reaktoru, a ti* prodlouženi pro-vozní periody celého zařízení pro ternické Štěpení uhlovodíků, a to bez ohledu na to,zda v průběhu obou záměn surovin bylo nebo nebylo provedeno ternické odstranění koksuz vlastního pyrolýzniho reaktoru.

Způsob čistění kotlů na odpadní teplo podle vynálezu aá oproti předchozí* postu-pů* značné výhody předevSÍ* v ton, že je příao aplikovatelný bez jakýchkoliv úprav za-řízeni na pyrolýzních reaktorech, unožňujících zpracování více než jednoho druhu suro-viny a dále poto* v to*, že vůbec nevyžaduje použití žádné zvláStní operace, jako jenapříklad odstraněni úsád koksu zavedení* parovzduSné sněsi. Vzhlede* k tonu, že sou-časně dojde k odstraněni úsad koksu z vlastního pyrolýzniho reaktoru umožňuje tentozpůsob nepřetržitý provoz celého zařízení pouze se záměnou nástřiku ropné frakce. Ti*dochází k intenzifikaci celého zařízení a k úspoře nákladů.

Vhodnost použití nového způsobu čistění kotle na odpadní teplo při provozu pyro-lýzní pece je zřej«á z následujících příkladů. Příklad 1 - srovnávací

Na pyrolýznía reaktoru po parovzduSné* odkoksováni pyrolýzniho hadu a Mechanické*vyčistění kotlů na odpadní teplo vysokotlakou vodou byla nestříknuta frakce ataosferic-kého plynového oleje s rozmezím bodu varu 180 až 360 °C. Vlastní reakce probíhala přiteplotě 785 °C. Nástřik frakce byl 24 t/h.

Po 28 dnech provozu doSlo k postupnému zanesení pyrolýzniho reaktoru i chladičepyrolýzniho plynu, které se projevilo vzrůste* průněrné povrchové teploty vnějSí stěnyreaktoru z teploty 1 010 °C na počátku cyklu na 1 100 °C ha konci cyklu. Po nástřikufrakce ataosferického plynového oleje byl koeficient prostupu tepla chladičů pyrolýzni-ho plynu l 100 ko/*2 h deg. v průběhu prvních 20 hodin provozu koeficient prostupu vel-«1 rychle poklesl na hodnotu cca 700 ko/* h deg a poto* postupně poklesl na hodnotu480 k3/*2 h deg na konci cyklu po 28 dnech provozu.

Po ukončení cyklu byl pyrolýzní reaktor zbaven uhlíkatých úsad odkoksováni* paro-vzduSnou směsí a poto* byla pec odstavena do studené zálohy, částečně deaontovány chla-diče na odpadni teplo a mechanicky vyčištěna vysokotlakou vodou. Po zpětné Montážia vyjetí pece na teploty byl obnoven nástřik atmosferické plynové frakce a celý cyklusse opakoval. Příklad 2 - podle vynálezu

Postup jako v příkladu l s ti* rozdílem, že po ukončení cyklu pece po 28 dnech pro-vozu na atmosferický plynový olej byl vlastni pyrolýzní reaktor odkoksován parovzduSnousněsi a potom byla na pec nestříknuta frakce primárního benzinu s destilační* rozmezím40 až 170 °C. Benzinové frakce bylo 24 t/h a teplota Štěpení byla 825 °C. Po 72 hodináchprovozu na benzinovou frakci byl obnoven nástřik atmosferického plynového oleje v množ-ství 24 t/h a při teplotě Štěpení 785 °C. Koeficient prostupu tepla v kotlích na odpadníteplo se zněnil z 480 k3/m h deg na 635 ko/m h deg, což odpovídalo koeficientu pro-stupu tepla po 100 hodinách provozu na atmosferický plynový olej. pec byla takto provo-zována, dokud koeficient prostupu v kotlích na odpadní teplo opět nepoklesl na 480k3/*2 h deg a teplota vnějSího povrchu pyrolýzniho reaktoru nevzrostla na l 100 °C.příklad 3 - podle vynálezu

Postup jako v příkladu 2 s ti* rozdílen, že benzinová frakce byla nestříknuta po28 dnech provozu na atmosferický plynový olej bez předchozího odkoksováni parovzduSnousněsi. Po 72 hodinové* provozu na benzinovou frakci a opětovném zavedení nástřikuatmosferického plynového deje se změnil koeficient prostupu tepla kotlů na odpadní tep-lo z původních 480 k3/« h deg. Teplota vnějSího povrchu pyrolýzniho reaktoru poklesla

Claims (1)

1. 4 CS 268974 01 z l 100 °C na konci 28 denního cyklu zpracováni atmosferického plynového oleje na l 040 °Ca pec provozovala daliich 20 dni na atmosferický plynový olej pokud průměrná vněJi i tep-lota pyrolýzniho reaktoru nestoupla na l 100 °c. Koeficient prostupu tepla na kotlích o na odpadni teplo poklesl na 502 k3/m h deg. Přiklad 4 - podle vynálezu Postup jako v přikladu 3 s tím rozdílem, že na mleto benzinové frakce byla použitafrakce Čistého etanu, který se itěpil při teploté 843 °C po dobu 4 dní. výsledky dosa-žené po opětovném nástřiku atmosferického plynového oleje byly srovnatelné s přikladen3, pec provozovala daliich 21 dni a cyklus byl ukončen při max. povrchové teploté pyro-lýzního reaktoru l 100 °C. PŘEDMĚT VYNÁLEZU Způsob odkoksovánl trubek výměníku tepla pyrolýzni pece pro pyrolýzu střední nebovysokovrouci ropné frakce a současně sníženi povrchových teplot trubek pyrolýzni pece,vyznačujíc! se tím, že po zaneseni kotle na odpadni teplo uhlíkatými úsadami se přivzrůstu povrchové teploty vněji 1 stěny reaktoru na max. l 150 °C nebo/a poklesu koefi-cientu přestupu tepla chladičů pyrolýzniho plynu na nejméně 500 k3/m2 h deg zrněni ná-střik do pyrolýzni pece na ropnou frakci s koncem teploty destilace benzinu, nebo nalehké uhlovodíky, výhodně etan nebo směs nasycených uhlovodíků C2 až C5 po dobu alespoň10 hodin, s výhodou 48 až 100 hodin, a potom se obnoví nástřik původní suroviny.