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

Vynález se týká způsobu čištění kotle na odpadní teplo pyrolýzní pece pro pyrolýzu střední nebo vysokovrouci ropné frakce od uhlíkatých úsad a současně snížení povrchových teplot trubek pyrolýzní pece.

pyrolýza uhlíkovodíkových směsí je periodická operace, kdy se střídá perioda vlastní reakce s periodou čištění zařízení. Moderní velkokapacitní jednotky provozují s trubkovými reaktory, kde dochází k vlastnímu termickému rozkladu uhlovodíkové frakce. Bezprostředně po reakci je nezbytně nutné reakční směs prudce ochladit na teplotu, při které je rychlost vlastního termického rozkladu a následných reakcí zanedbatelná. Běžně ae tak děje dvoustupňovým způsobem tak, že se pyrolýzní plyn nejprve chladí v chladiči, ve kterém se teplo pyrolýzního plynu využívá k výrobě páry v různé tlakové úrovni a ve druhém stupni potom přímým vstřikem uhlovodíku. Vlastní pyrolýzní reakce probíhá při teplotě 750 až 850 °C v závislosti na charakteru suroviny a ostatních podmínkách. Střední a těžké destiláty, popřípadě předupravené suroviny vzniklé z těchto frakcí, se běžně štěpí při teplotách 760 až 815 °C. V chladiči za reaktorem se zchladí na 350 až 650 °C v závislosti na tlakové úrovni vyráběné páry a stupně znečištění chladiče, v druhém stupni chlazení se potom pyrolýzní plyn chladí na teplotu pod 250 °C.

Při vlastní štěpné reakci dochází vedle štěpení uhlovodíkových frakcí k postupnému ukládání koksovitých úsad na vnitřním povrchu radiačního hadu. Tím postupně vlivem nízké tepelné vodivosti úsad vzrůstá odpor proti přestupu tepla a zároveň tlakový spád vlastním reaktorem. Vzrůstající odpory vedou k tomu, že se bud pro zachování prostupu potřebného tepla pro štěpení zvýší postupně teplota vnější stěny vlésenky pyrolýzního reaktoru, které u moderních pecí běžně dosahuje teplot 1 100 až 1 250 °C, nebo vzroste tlakový odpor reaktoru tak, že jím nelze prosadit potřebné množství reakční směsi. V obou případech je nutné koks z vlásenek odstranit.

podobně dochází k ukládání úsad v prvním stupni chlazení pyrolýzního plynu, v chladiči pyrolýzního produktu zvaném kotel na odpadní teplo. Vlivem úsad dochází ke snižování koeficientu prostupu tepla a teplota za chladičem vzrůstá. Pro její vzrůst existují dva limity, a to technický a ekonomický. Technický limit je dán maximálně přípustnými teplotami pyrolýzního plynu z hlediska následujícího strojního zařízení a jeho možného poškození. Ekonomický limit je dán tím, že při vzrůstu teploty za chladičem klesá množství využitelného tepla pro výrobu páry. Toto nevyužitelné teplo lze využít s menším ekonomickým efektem nebo se zcela ztrácí ve formě ztrát tepla do okolí, zanášení chladiče také způsobuje nárůst tlakových odporů, a tím vzrůst mechanického namáhání zařízení a zvýšení možnosti jeho poškození, především v případě, kdy jsou úsady rozděleny nepravidelně po zařízení. Z uvedených důvodů je opět nutné ukončit periodu vlastní reakce a zařízení vyčistit.

Charakter tvorby úsad v chladičích je jiný, než ve vlastním reaktoru. Osady v chladiči se také liší v závislosti od zpracování suroviny a podmínek reakce, obecně čím je surovina těžší, tím vznikají měkčí úsady s vyšším obsahem vodíku a mění se tak jejich mechanické a chemické vlastnosti.

Čištění pyrolýzního reaktoru se běžně provádí dvěma základními způsoby:

a) parovzdušnou směsí

b) pouze parou

Parovzdušné čištění se provádí tak, že přes reaktor proudí pára a postupně se zvyšuje obsah přidávaného vzduchu, obvykle podle obsahu oxidu uhličitého v nezkondenzovatelných podílech odplynů. Nevýhodou parovzdušného čištění je možnost místního přehřátí reaktoru, a tím jeho poškození. Proto se čištění provádí za co nejnižších teplot, obvykle v rozmezí 780 až 820 °C.

Parní odkoksování je podstatně méně rozšířeno a provádí se při teplotách blízkých maximálně přípustným teplotám z hlediska materiálu, obvykle kolem 1 100 °C.

CS 268974 Bl čištění pyrolýzního reaktoru je ukončeno, když obsah oxidu uhličitého v nezkondenzovatelných podílech odplynu je nulový, respektive vel·! nízký. Oba dva druhy čištění se provádí, aniž je pec nutno odstavit z provozu do studeného stavu.

□e zná· také třetí způsob čištění vlésenek pyrolýzního reaktoru, při které· však nedojde k úplnému, ale pouze částečnému odstranění Osad koksu ze stěn reaktoru. Principe· je, že se provede tepelný výkyv v režimu provozu pyrolýzního reaktoru, při kterém dojde ke smrštění a opětnému roztaženi průřezu trubky reaktoru, což vede k mechanickému odstranění části úsad koksu. Vhodnou manipulací je například odstavení a opětné zavedení nástřiku uhlovodíkové suroviny. Metoda je vhodná pouze pro částečné zanesení pyrolýzního reaktoru, kdy vrstva koksu není ještě kompaktní a silá a lze ji rozrušit silou, kterou na ni působí tepelně dilatující materiál reaktoru. Tímto způsobem a zvláště potom jeho násobnou aplikací lze výrazně (násobně) prodloužit provoz pyrolýzní pece z hledisko zanášení vlastního pyrolýzního reaktoru.

Čištění chladičů pyrolýzního plynu, tj. kotlů na odpadní teplo, se běžně provádí mechanicky tlakovou vodou. Nevýhodou tohoto postupu je, že při čištění je třeba pyrolýzní pec odstavit do studeného stavu, částečně ji demontovat a po vyčištění opět smontovat a pec vyhřát na pracovní teplotu, uvedená operace je časově velmi náročná a nákladná jak na spotřebu energií pro odstavení a najetí pece, tak z hlediska vynaložené práce a má negativní vliv na délku životnosti zařízení. Vlastní čištění tiskovou vodou o tisku 30 až 60 MPa je operace velmi riziková s možností úrazu.

Postup odkoksování chladiče pyrolýzního plynu byl již v literetuře popsán. Například Bulletin of the Oapan Petroleum Institute 12 (2), 279 - 284, 1971 je popsáno speciální konstrukce kotle na odpadní teplo, ve které jsou trubky kotle spirálně uspořádány a kdy se z kotle při odkoksování vypustí voda a celý proces probíhá při vysokých teplotách nad 700 °C termickým způsobem jsko v radiační reakční sekci pece. Tento postup u běžných chladičů pyrolýzního plynu nelze provádět z důvodu překročení max. přípustných teplot materiálů.

V NSR pat. 2 023 326 je uveden způsob termického odkoksování zařízení pro pyrolýzu uhlovodíků, jehož princip je dvoustupňové parovzdušné čištění chladiče pyrolýzního plynu. V prvním kroku se provádí parovzdušné čištění tak, že teplota úsad se udržuje alespoň na teplotě, při které probíhala vlastní reakční perioda. V druhém stupni se teplota úsad ještě zvětší nad teplotu v prvním stupni zvýšeným přívodem plynného proudu.

Popsaný způsob z hlediska praktického použití má nevýhodu především v tom, že využívá k dosažení potřebné teploty úsad v chladiči pyrolýzního plynu vysokých průtoků parovzdušné směsi, které lze získat pouze úpravou zařízení vyžadující investiční náklady. Při navrženém postupu se téměř dosáhne obnovení koeficientů prostupu teple jako pro čistý kotel.

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

Nyní byl nalezen nový způsob odkoksování trubek výměníku tepla pyrolýzní pece pro pyrolýzu střední nebo vysokovroucí ropné frakce a současně snížení povrchových teplot trubek pyrolýzní pece, který podle vynálezu spočívá v tom, že po zanesení kotle na odpadní teplo uhlíkatými úsadaml se při vzrůstu povrchové teploty vnější stěny reaktoru na nejvýše 1 100 °C nebo/a poklesu koeficientu přestupu tepla chladičů pyrolýzního plynu na nejméně 500 k3/m^ deg h změní nástřik do pyrolýzní pece na ropnou frakci s koncem teploty destilace benzinu nebo na lehké uhlovodíky, výhodně etan nebo směs nasycených uhlovodíků c₂ až c_g po dobu alespoň 10 hodin, s výhodou 48 až 100 hodin, a potom se obnoví nástřik původní suroviny.

CS 268974 Bl 3

Výhodou tohoto nového způsobu čištění kotle na odpadní teplo pyrolýzního reaktoru je, že současně s odstraněním uhlíkatých úsad v kotli na odpadní teplo dojde k poklesu povrchových teplot trubek vlastního pyrolýzního reaktoru, a tím prodloužení provozní periody celého zařízení pro termické štěpení uhlovodíků, a to bez ohledu na to, zda v průběhu obou záměn surovin bylo nebo nebylo provedeno termické odstranění koksu z vlastního pyrolýzního reaktoru.

Způsob čištění kotlů na odpadní teplo podle vynálezu má oproti předchozím postupům značné výhody především v tom, že je přímo aplikovatelný bez jakýchkoliv úprav zařízení na pyrolýzních reaktorech, umožňujících zpracování více než jednoho druhu suroviny a dále potom v tom, že vůbec nevyžaduje použití žádné zvláštní operace, jako je například odstranění úsad koksu zavedením parovzdušné směsi. Vzhledem k tomu, že současně dojde k odstranění úsad koksu z vlastního pyrolýzního reaktoru umožňuje tento způsob nepřetržitý provoz celého zařízení pouze se záměnou nástřiku ropné frakce. Tím dochází k intenzifikaci celého zařízení a k úspoře nákladů.

Vhodnost použití nového způsobu čištění kotle na odpadní teplo při provozu pyrolýzní pece je zřejmá z následujících příkladů.

Příklad 1 - srovnávací

Na pyrolýzním reaktoru po parovzdušném odkoksování pyrolýzního hadu a mechanickém vyčištění kotlů na odpadní teplo vysokotlakou vodou byla nestříknuta frakce atmosferického plynového oleje s rozmezím bodu varu 180 až 360 °C. Vlastní reakce probíhala při teplotě 785 °C. Nástřik frakce byl 24 t/h.

Po 28 dnech provozu došlo k postupnému zanesení pyrolýzního reaktoru i chladiče pyrolýzního plynu, které se projevilo vzrůstem průměrné povrchové teploty vnější stěny reaktoru z teploty 1 010 °C na počátku cyklu na 1 100 °C ha konci cyklu. Po nástřiku frakce atmosferického plynového oleje byl koeficient prostupu tepla chladičů pyrolýzního plynu 1 100 ko/m h deg. v průběhu prvních 20 hodin provozu koeficient prostupu velmi rychle poklesl na hodnotu cca 700 ko/m h deg a potom postupně poklesl na hodnotu 480 k3/m² h deg na konci cyklu po 28 dnech provozu.

Po ukončení cyklu byl pyrolýzní reaktor zbaven uhlíkatých úsad odkoksováním parovzdušnou směsí a potom byla pec odstavena do studené zálohy, částečně demontovány chladiče na odpadní teplo a mechanicky vyčištěna vysokotlakou vodou. Po zpětné montáži a vyjetí pece na teploty byl obnoven nástřik atmosferické plynové frakce a celý cyklus se opakoval.

Příklad 2 - podle vynálezu

Postup jako v příkladu 1 s tím rozdílem, že po ukončení cyklu pece po 28 dnech provozu na atmosferický plynový olej byl vlastní pyrolýzní reaktor odkoksován parovzdušnou směsí a potom byla na pec nastříknuta frakce primárního benzinu s destilačním rozmezím 40 až 170 °C. Benzinové frakce bylo 24 t/h a teplota štěpení byla 825 °C. Po 72 hodinách provozu na benzinovou frakci byl obnoven nástřik atmosferického plynového oleje v množství 24 t/h a při teplotě štěpení 785 °c. Koeficient prostupu tepla v kotlích na odpadní teplo se změnil z 480 k3/m h deg na 635 k3/m h deg, což odpovídalo koeficientu prostupu tepla po 100 hodinách provozu na atmosferický plynový olej, pec byla takto provozována, dokud koeficient prostupu v kotlích na odpadní teplo opět nepoklesl na 480 k3/m² h deg a teplota vnějšího povrchu pyrolýzního reaktoru nevzrostla na 1 100 °C. příklad 3 - podle vynálezu

Postup jako v příkladu 2 s tím rozdílem, že benzinová frakce byla nastříknuta po 28 dnech provozu na atmosferický plynový olej bez předchozího odkoksování parovzdušnou směsí. Po 72 hodinovém provozu na benzinovou frakci a opětovném zavedení nástřiku atmosferického plynového deje se změnil koeficient prostupu tepla kotlů na odpadní teplo z původních 480 k3/m h deg. Teplota vnějšího povrchu pyrolýzního reaktoru poklesla

CS 268974 81 z 1 100 °C na konci 28 denního cyklu zpracování atmosferického plynového oleje na 1 040 °C a pec provozovala dalších 20 dní na atmosferický plynový olej pokud průměrná vnější teplota pyrolýzniho reaktoru nestoupla na 1 100 °C. Koeficient prostupu tepla na kotlích na odpadní teplo poklesl na 502 k3/m h deg.

Příklad 4 - podle vynálezu

Postup jako v příkladu 3 s tím rozdílem, že na místo benzinové frakce byla použita frakce čistého etanu, který se štěpil při teplotě 843 °C po dobu 4 dní. výsledky dosažené po opětovném nástřiku atmosferického plynového oleje byly srovnatelné s příkladem 3, pec provozovala dalších 21 dní a cyklus byl ukončen při max. povrchové teplotě pyrolýzního reaktoru 1 100 °C.

Claims (1)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   Způsob odkoksování trubek výměníku tepla pyrolýzní pece pro pyrolýzu střední nebo vysokovroucí ropné frakce a současně snížení povrchových teplot trubek pyrolýzní pece, vyznačující se tím, že po zaneseni kotle na odpadní teplo uhlíkatými úsadaml se při vzrůstu povrchové teploty vnější stěny reaktoru na max. 1 150 °C nebo/a poklesu koeficientu přestupu tepla chladičů pyrolýzniho plynu na nejméně 500 k3/m² h deg změní nástřik do pyrolýzní pece na ropnou frakci s koncem teploty destilace benzinu, nebo na lehké uhlovodíky, výhodně etan nebo směs nasycených uhlovodíků C₂ až C₅ po dobu alespoň 10 hodin, s výhodou 48 až 100 hodin, a potom se obnoví nástřik původní suroviny.