SK285935B6 - Spôsob výroby nízkomolekulárnych olefínov, reaktor na pyrolýzu uhľovodíkov a zariadenie na chladenie krakovaného plynu - Google Patents

Spôsob výroby nízkomolekulárnych olefínov, reaktor na pyrolýzu uhľovodíkov a zariadenie na chladenie krakovaného plynu Download PDF

Info

Publication number
SK285935B6
SK285935B6 SK1293-2000A SK12932000A SK285935B6 SK 285935 B6 SK285935 B6 SK 285935B6 SK 12932000 A SK12932000 A SK 12932000A SK 285935 B6 SK285935 B6 SK 285935B6
Authority
SK
Slovakia
Prior art keywords
pyrolysis
reactor
gas
steam
cracked gas
Prior art date
Application number
SK1293-2000A
Other languages
English (en)
Other versions
SK12932000A3 (sk
Inventor
Vladimir Andreevich Bushuev
Original Assignee
Coolbrook Limited
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Coolbrook Limited filed Critical Coolbrook Limited
Publication of SK12932000A3 publication Critical patent/SK12932000A3/sk
Publication of SK285935B6 publication Critical patent/SK285935B6/sk

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G9/00—Thermal non-catalytic cracking, in the absence of hydrogen, of hydrocarbon oils
    • C10G9/02—Thermal non-catalytic cracking, in the absence of hydrogen, of hydrocarbon oils in retorts
    • C10G9/04—Retorts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/30—Injector mixers
    • B01F25/31—Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows
    • B01F25/312—Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows with Venturi elements; Details thereof
    • B01F25/3124—Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows with Venturi elements; Details thereof characterised by the place of introduction of the main flow
    • B01F25/31243—Eductor or eductor-type venturi, i.e. the main flow being injected through the venturi with high speed in the form of a jet
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/50—Circulation mixers, e.g. wherein at least part of the mixture is discharged from and reintroduced into a receptacle
    • B01F25/51—Circulation mixers, e.g. wherein at least part of the mixture is discharged from and reintroduced into a receptacle in which the mixture is circulated through a set of tubes, e.g. with gradual introduction of a component into the circulating flow
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F35/00—Accessories for mixers; Auxiliary operations or auxiliary devices; Parts or details of general application
    • B01F35/90—Heating or cooling systems
    • B01F35/92—Heating or cooling systems for heating the outside of the receptacle, e.g. heated jackets or burners
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/0053—Details of the reactor
    • B01J19/0066—Stirrers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/18—Stationary reactors having moving elements inside
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J6/00—Heat treatments such as Calcining; Fusing ; Pyrolysis
    • B01J6/008—Pyrolysis reactions
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G9/00—Thermal non-catalytic cracking, in the absence of hydrogen, of hydrocarbon oils
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G9/00—Thermal non-catalytic cracking, in the absence of hydrogen, of hydrocarbon oils
    • C10G9/14—Thermal non-catalytic cracking, in the absence of hydrogen, of hydrocarbon oils in pipes or coils with or without auxiliary means, e.g. digesters, soaking drums, expansion means
    • C10G9/18—Apparatus
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G9/00—Thermal non-catalytic cracking, in the absence of hydrogen, of hydrocarbon oils
    • C10G9/34—Thermal non-catalytic cracking, in the absence of hydrogen, of hydrocarbon oils by direct contact with inert preheated fluids, e.g. with molten metals or salts
    • C10G9/36—Thermal non-catalytic cracking, in the absence of hydrogen, of hydrocarbon oils by direct contact with inert preheated fluids, e.g. with molten metals or salts with heated gases or vapours
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00049—Controlling or regulating processes
    • B01J2219/00051—Controlling the temperature
    • B01J2219/00074—Controlling the temperature by indirect heating or cooling employing heat exchange fluids
    • B01J2219/00087—Controlling the temperature by indirect heating or cooling employing heat exchange fluids with heat exchange elements outside the reactor
    • B01J2219/00103—Controlling the temperature by indirect heating or cooling employing heat exchange fluids with heat exchange elements outside the reactor in a heat exchanger separate from the reactor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00049—Controlling or regulating processes
    • B01J2219/00051—Controlling the temperature
    • B01J2219/00121—Controlling the temperature by direct heating or cooling
    • B01J2219/00123—Controlling the temperature by direct heating or cooling adding a temperature modifying medium to the reactants
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00049—Controlling or regulating processes
    • B01J2219/00051—Controlling the temperature
    • B01J2219/0015—Controlling the temperature by thermal insulation means
    • B01J2219/00155—Controlling the temperature by thermal insulation means using insulating materials or refractories
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00049—Controlling or regulating processes
    • B01J2219/00051—Controlling the temperature
    • B01J2219/00159—Controlling the temperature controlling multiple zones along the direction of flow, e.g. pre-heating and after-cooling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00049—Controlling or regulating processes
    • B01J2219/00162—Controlling or regulating processes controlling the pressure
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00049—Controlling or regulating processes
    • B01J2219/00164—Controlling or regulating processes controlling the flow
    • B01J2219/00166—Controlling or regulating processes controlling the flow controlling the residence time inside the reactor vessel
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00049—Controlling or regulating processes
    • B01J2219/00189—Controlling or regulating processes controlling the stirring velocity

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Production Of Liquid Hydrocarbon Mixture For Refining Petroleum (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Abstract

Postup a zariadenie na výrobu nízkomolekulárnych olefínov pyrolýzou uhľovodíkov zahrnuje predhrievanie a odparovanie východiskového produktu, jeho miešanie s parným riedidlom, tepelné krakovanie výslednej zmesi v lopatkách rotačného reaktora teplom vygenerovaným vo vnútri objemu reagujúcej zmesi v dôsledku pôsobenia hydrodynamickej unášacej sily rotorových lopatiek otáčajúcich sa v zmesi, chladenie krakovaného plynu a jeho následnú separáciu. Ohrievanie reakčnej zmesi na teplotu pyrolýzy je vykonané jej zmiešaním s horúcim pyrolýznym plynom, ktorý obieha v pracovnej dutine lopatkového rotačného reaktora zanedbateľne krátky čas v porovnaní s trvaním pyrolýznej reakcie. Spôsob umožní zvýšiť výnosy nízkomolekulárnych olefínov.

Description

Oblasť techniky
Vynález sa týka výrobkov ropného priemyslu, hlavne výroby nízkomolekulámych olefínov pyrolýzou uhľovodíkov.
Doterajší stav techniky
V súčasností j c pyrolýza uhľovodíkov základným postupom pri komerčnej výrobe nízkomolekulámych olefrno etylénu a propylénu. Ako východiskový produkt sa používajú uhľovodíky, ktorých molekula má dva alebo viacej atómov uhlíka. Priemyselne sú na tento účel všeobecne používané plyny vznikajúce pri rafinácii ropy a tiež frakcie nafty a plynového oleja.
V bežnej používanej technológii sa východiskový produkt vyparuje a mieša s parou, potom je dopravovaný do krakovacej trubice umiestnenej vnútri sálavej sekcie pyrolýznovej pece, kde sa zmes prudko zahrieva. Pyrolýzne reakcie pokračujú veľkou absorpciou tepla. Krakovaný plyn, ktorý má výstupnú teplotu 750 až 950 °C, je prudko ochladený a prepravovaný do plynovej destilačnej jednotky, v ktorej je etylén, propylén, butadién, metán, vodík a ďalšie produkty pyrolýzy oddelené. Etylén je najcennejší produkt pyrolýzy.
Počas pyrolýzy uhľovodíkov vždy vniká pyrokarbón, ktorého časť vo forme čiastočiek sadzí je odnášaná prúdom krakovaného plynu, ale ďalšia časť vytvára karbónové sedimenty na stene obidvoch krakovacích trubiciach a ďalej po prúde ležiacich zariadení.
Karbónové sedimenty zvyšujú pokles tlaku v krakovacích trubiciach a zhoršujú správny prestup tepla do reakčnej zóny, čo má za následok prehrievanie krakovacích rúrok, zníženie produktivity pyrolýzovej jednotky a zníženie výnosov nízkomolekulámych olefínov. Preto teda sú karbónové sedimenty pravidelne odstraňované, čo sa obvykle vykonáva vyhorením pomocou privádzaného vzduchu alebo zmesi vzduchu a pary. Medzi reakciami tepelnej pyrolýzy je možné rozoznávať: primáme reakcie majúce za následok vznik olefínov a sekundárne reakcie, počas ktorých sa vytvorené olefíny spotrebovávajú. So zvýšením teploty sa obidve tieto reakcie zrýchľujú, tak primárna, ako i sekundárna, ale rýchlosť primárnych reakcií nezávisí od tlaku, ale rýchlosť reakcií sekundárnych sa znižuje s poklesom tlaku. Preto na zvýšenie výnosu olefínov je snaha znižovať parciálny tlak uhľovodíkov v reakčnej zóne a zvyšovať teplotu procesu v rámci prípustného rozmedzia. Parciálny tlak uhľovodíkov možno znižovať pridávaním pary - riedidla. Optimálne množstvo pary - riedidla závisí od zloženia uhľovodíkovej suroviny. Pre ľahký východiskový produkt - etán alebo propán - sa používa množstvo pary obvykle v rozmedzí 20 až 40 % hmotnosti východiskového produktu. Pre ťažký východiskový produkt, ako sú plynové oleje, môže para predstavovať 80 až 100 % hmotnosti východiskového produktu. Je nežiaduce zvýšenie teploty pyrolýzy nad 950 až 1000 °C, pretože to výrazne zrýchľuje vytváranie karbónu a spôsobuje zvýšenú tvorbu menej hodnotného acetylénu na úkor etylénu.
Medzi nevýhody komerčného trubicového krakovacieho reaktora patria nasledujúce nedostatky:
a) je nevyhnutné odovzdávať veľké množstvo tepla do reakčnej zóny cez stenu krakovacej trubice. V dôsledku veľkého prenosu tepla teplota stenami krakovacej trubice značne prekračuje teplotu prebiehajúceho procesu, čo vyvoláva intenzívne tvorenie karbónu a zníženie požadovaných výnosov produktov. Je nemožné znižovať tlaky v zóne py rolýzy, pretože je nutné zaistiť vysokou rýchlosťou prietokov východiskového produktu potrebnú na prestup tepla;
b) rýchlosť ohrevu východiskového produktu v krakovacej trubici je nedostatočná. Kvôli tomu počiatočné množstvo požadovaného olefínu vznikajúceho pri relatívne nízkych teplotách a prenášané ďalej spolu s prúdom východiskového produktu stále intenzívnejšie zahrievanými zónami sa nachádzajú nadbytočné dlhý čas v podmienkach, keď sekundárna reakcia pokračujú so zvýšenou intenzitou. Táto nevýhoda sa stáva veľmi zreteľnou hlavne pri pyrolýze širokých ropných frakcií, ako je nafta alebo plynový olej, ktoré obsahujú tak ľahko štiepiteľné makromolekulárne uhľovodíky, ako aj nízkomolekulárne uhľovodíky, ktoré sa štepia až vo vyšších teplotách. US patent 5 300 216 opisuje metódu a zariadenie na tepelné krakovanie uhľovodíkov v prítomnosti pary priechodom stacionárnou rázovou vlnou vysokej intenzity. Para prehriata v rúrkovom ohrievači na teplotu okolo 1000 °C je vedená pri tlaku okolo 2,7 MPa cez nadzvukovú dýzu do reaktora zahrnujúceho sériovo zapojenú zmiešavaciu a pyrolýzovú zónu. V zmiešavacej zóne uhľovodíková surovina - etán - predhriaty na teplotu okolo 627 °C je zavedený zmiešavacím ejektorom do nadzvukového prúdu pary. Výsledná zmes vytvára nadzvukový pracovný prúd, ktorý má teplotu nižšiu, ako je teplota potrebná na začatie pyrolytickej reakcie. Medzi zmiešavaciu a pyrolýznu zónu je spracovaný produkt podrobený priamemu tlakovému šoku, ktorý vytvára kontinuálne prebiehaciu rázovú vlnu. Priechod komprimačným šokom premieňa kinetickú energiu nadzvukového prúdu na teplo. Okamžite po priechode komprimačným šokom klesá rýchlosť toku spracovaného média na podzvukovú úroveň a teplota vzrastá na asi 1000 °C pri tlaku okolo 0.9 MPa (absolútnom). Spracovaný tok zmesi prechádza pyrolýznou zónou počas 0,005 až 0,05 sekúnd, zatiaľ čo jeho teplota sa znižuje na asi 863 °C na úkor tepla pohlteného pyrolýznou reakciou. Premena etánu na etylén dosahuje 70 %. Krakovaný plyn prechádza ochladzovacím zariadením a ďalej výmenníkom tepla a ďalej je prepravovaný k plynovej separácii. V tomto zariadení sú všetky zhora zmienené nedostatky rúrkových pyrolýzových reaktorov eliminované. Východiskový produkt dosiahne maximálnu pyrolýznu teplotu mimoriadne rýchlo a steny pyrolýzovej sekcie nie sú používané na prestup tepla do zóny reakcie. Ale súčasne požadované množstvo pary vzhľadom na hmotnosť uhľovodíkov musí predstavovať asi 500 až 667 %. V súvislosti s tým je spotreba energie na zariadení produkujúcim etylén nadmierne vysoká a nie je možné ju podstatne znížiť. Vzhľadom na to je také zariadenie neschopné konkurencie na nepriaznivý pomer nákladov na energiu a nákladov na olefín.
US patent 4 426 278 opisuje trubicový pyrolýzny reaktor zahrnujúci prehrievač pary, zariadenie na zmiešavanie prehriatej pary s uhľovodíkom a pyrolýznu rúrku umiestenú vnútri radiačného bloku. Para s teplotou 1000 až 1500 °C prichádzajúca z prehrievaču je zmiešavaná s uhľovodíkovou surovinou, pričom výsledná zmes získa ihneď teplotu nutnú na začatie pyrolýznych reakcií. V tomto reaktore je zhora zmienená nevýhoda (b) čiastočne odstránená. Ale pri teplote pary 1100 °C musí byť jej množstvo dodávané v rozsahu 185 až 275 % v pomere k hmotnosti dávky uhľovodíkov a pri teplote 1430°C - v množstve 120 %. Príprava prehriatej pary s takou vysokou teplotou je extrémne ťažká a energetické náklady sú prehnane vysoké.
US patent 3 579 601 opisuje rúrkový pyrolýzny reaktor, v ktorom východiskový produkt je privádzaný do krakovacej rúrky v niekoľkých bodoch rozmiestených pozdĺž jej dĺžky. Všetky časti privádzaného východiskového produktu dosiahnuť súčasne teplotu postačujúci na začiatok pyrolýz
SK 285935 Β6 nej reakcie v dôsledku prakticky okamžitého zmiešania s horúcim pyrolýzovaným plynom prichádzajúcim z vyššie položenej časti krakovacej rúrky. Pyrolýza je udržovaná ďalšou dodávkou tepla cez stenu krakovacej rúrky. Tento vynález odstráni čiastočne nevýhodu (b), ale nevýhoda (a) zostáva. Výnosy olefínov a ďalších nenasýtených uhľovodíkov sú zvýšené, karbónové usadeniny sú menšie a tvorba metánu je znížená. Nevýhodou tohto vynálezu je zložitá konštrukcia krakovacej rúrky, čo robí problémy pri jej umiestnení dovnútra radiačnej komory ohrievača.
Autorské osvedčenie S S SR č.l 189 871 opisuje postup na tepelné krakovanie nafty a plynového oleja. Východiskový produkt je rozdelený na niekoľko frakcií odpariteľných v teplotných intervaloch po 20 až 40 °C. Takto pripravené úzke frakcie sú podrobené pyrolýze v oddelených krakovacích trubiciach tepelných podmienkach optimálne vhodných na každú frakciu. Tento postup umožní zmenšiť nevýhodu (b), zväčšiť výnos nízkomolekulámych olefínov a znížiť tvorbu karbónu, ale technické uskutočnenie tohto postupu je spojené s podstatným zvýšením zložitosti konštrukcie radiačnej komory, pretože to vyžaduje vytvoriť individuálne tepelné podmienky v niekoľkých krakovacích trubiciach pri premenlivom vzájomnom vzťahu rýchlosti prietoku východiskového produktu v jednotlivých rúrkach.
U S patent 4 265 732 opisuje postup tepelného krakovania plynných uhľovodíkov v reaktore vytvorenom ako viacstupňový lopatkový stroj axiálneho typu. Teplo požadované na pyrolýzu je generované priamo vnútri objemu reagujúcich plynov prostredníctvom hydrodynamického pôsobenia rotorových lopatiek roztáčaných pohonom. Tento vynález vylučuje kompletne nevýhodu (a), ale nevýhoda (b) nie je odstránená. Na uskutočnenie postupu nezbytný axiálny typ mnohostupňového lopatkového stroja, schopného činnosti pri teplotách pyrolýzy uhľovodíkov nebol dosiaľ vytvorený.
US patent 5 271 827 opisuje rúrkovú pyrolýznu pec vybavenú adiabatickým rúrkovým reaktorom umiestneným medzu výstup krakovacej rúrky a vstup ochladzovacieho zariadenia. V adiabatickom rúrkovom reaktore sa pyrolýza uskutočňuje na úkor vlastného tepla reagujúcej tekutiny bez dodávky tepla zvonku. Použitie adiabatického rúrkového reaktora umožní ušetriť náklady na energiu potrebnú na pyrolýzu.
Základnou súčasťou pyrolýznych zariadení sú prostriedky na ochladzovanie krakovaného plynu opúšťajúceho reaktor na teplotu zastavujúcu nežiaduce sekundárne reakcie. Ochladzovanie môže byť dvojitého typu, priame vstrekovanie pary, vody alebo ľahkého pyrolýzneho dechtu a nepriame - s použitím tepelného výmenníka. Priame ochladzovanie je obvykle aplikované pri tepelnom krakovaní plynových olejov. Pri tepelnom krakovaní ľahkých uhľovodíkov je obvykle používané nepriame ochladzovanie v tepelných výmenníkových zariadeniach, ktoré súčasne vyrábajú vysokotlakovú paru.
PCT prihláška WO 95/32263 nárokuje zariadenie na ochladzovanie štiepeného plynu. Toto zariadenie zahrnuje dva priestory oddelené stenou. Stiepený plyn preteká rúrkami, ktoré vytvárajú jeden zo zmienených priestorov a chladiaca voda sa varí v druhom priestore. Kvôli malému priemeru týchto rúrok zariadenia tohto typu vykazuje veľký prietokový odpor a je zaťažené tiež vysokou tvorbou karbónu. Obvyklý pokles tlaku v očistenom zariadení nie je menší ako 0,02 až 0,03 MPa a v zakarbónovanom stave dosahuje 0,07 MPa a viac, čo zvyšuje vnútorný tlak v nasledujúcom pyrolýznom reaktore a tým sa znižuje výnos olefínov. Bolo by možné znížiť pokles tlaku v zariadení zväčšením priemeru rúrok prestupu tepla, ale také riešenie je neprístupné, pretože by malo za následok zníženie rýchlosti ochladzovania.
Podstata vynálezu
Cieľom vynálezu je vytvorenie postupu výroby nízkomolekulámych olefínov tepelnou pyrolýzou uhľovodíkov, reaktor na pyrolýzu uhľovodíkov a zariadenie na ochladzovanie krakovaného plynu, ktoré slúži na vykonávanie tohto postupu.
V tomto postupe:
a) teplo nie je odovzdávané do reakčnej zóny cez steny uzatvárajúce túto zónu,
b) ohrievanie uhľovodíkovej suroviny na teplotu pyrolýzy je vykonávané za čas zanedbateľné krátky v porovnaní s časom trvania pyrolytických reakcií,
c) množstvo pridávanej pary - riedidla na hmotnosť uhľovodíkovej suroviny nepresahuje predpísané limity prípustné v existujúcich pyrolýznych zariadeniach.
Prvým vynálezom z predloženej skupiny je spôsob výroby nízkomolekulámych olefínov tepelnou pyrolýzou uhľovodíkov. Tento postup zahrnuje nasledujúce stupne: predhrievanie a odparovanie východiskového produktu; miešanie tohto produktu s parou - riedidlom; ohrievanie výslednej zmesi na pyrolýzovú teplotu v lopatkovom rotačnom reaktore teplom vygenerovaných vnútri objemu reagujúcej zmesi v dôsledku hydrodynamickej unášacej sily rotorových lopatiek otáčajúcich sa v zmesi; ochladzovanie krakovaného plynu a jeho nasledujúca separácia. V tomto postupe je reakčná zmes zahrievaná na pyrolýzovú teplotu po dobu zanedbateľnú v porovnaní s trvaním pyrolýzovej reakcie v dôsledku zmiešania s horúcim pyrolýzovým plynom preháňaným v pracovnej dutine lopatkového reaktora.
Predhrievanie východiskového produktu a pary - riedidla môže byť vykonávané v dvoch stupňoch, kde druhý stupeň sa uskutočňuje vo výmenníku tepla teplom odoberaným krakovanému plynu opúšťajúcemu reaktor.
V porovnaní s postupom podľa US patentu 4 265 732 predložený nový postup zvyšuje požadovaný výnos olefínov v dôsledku okamžitého ohrievania reakčnej zmesi až do maximálnej pyrolýznej teploty zmiešaním s horúcimi plynmi práve pyrolyzovanými a ešte obehajúcimi v pracovnej dutine reaktora. Teplo krakovaného plynu opúšťajúceho lopatkový reaktor je zužitkované na predhrievanie východiskového produktu a pary - riedidla vstupujúceho do reaktoru, to umožňuje zjednodušiť konštrukciu výmenníka tepla v dôsledku zníženia rozdielu tlakov v zahrievaných a ochladzovaných sekciách a tiež znížiť náklady na energiu potrebnú na vykonávanie postupu.
Druhým vynálezom skupiny je nový reaktor na pyrolýzu uhľovodíkov. Tento reaktor zahŕňa teleso vybavené rozvádzacími stacionárnymi lopatkami, vstupné hrdlo na privádzanie východiskového produktu, výstupné hrdlo na odvádzanie krakovaného plynu a pracovné koleso vybavené lopatkovým vencom. Teleso má prstencovú dutinu na cirkuláciu horúceho pyrolyzovaného plynu, v ktorej sú umiestnené rozvádzacie stacionárne lopatky. Táto dutina obklopuje lopatkový veniec pracovného kolesa na jeho obvode a vstupné a výstupné nátrubky sú spojené so spomenutou dutinou.
Teleso reaktora môže byť tvorené skriňou a vnútorným žiaruvzdorným plášťom navzájom pevne spojenými. Vnútorné povrchy skrine môžu byť tepelne izolované.
Na rozdiel od reaktora podľa US patentu 4 265 732 predložený reaktor umožni ohrievať zmes východiskového produktu a pary - riedidla na maximálnu pyrolýzovú teplotu prakticky okamžite vďaka zmiešaniu s horúcimi pyrolýzovanými plynmi, z čoho vyplývajú vyššie výnosy nízkomolekulámych olefínov. Ďalšou výhodou tohto reaktora je jednoduché usporiadanie umožňujúce vyrobiť reaktor v jednostupňovom variante a z materiálov bežne známych a používaných v súčasnej technike.
Tretím vynálezom skupiny je zariadenie na chladenie krakovaného plynu. Zariadenie zahŕňa tepelný výmenník, ktorý má dva priestory oddelené stenou, na tekutinu zahrievanú a tekutinu ochladzovanú. Toto zariadenie je vybavené tvarovkou „T“ a ejektorom zahrnujúcim dýzu a plniacu a zmiešavaciu komoru. Zmiešavacia komora a jeden z nátrubkov tvarovky „T“ sú spojené s priestorom chladenej tekutiny a plniaca komora je spojená s ďalším nátrubkom tvarovky „T“.
Takéto usporiadanie zariadenia na ochladzovanie krakovaného plynu poskytuje taký krátky čas ochladzovania, ako aj neveľký pokles tlaku v zariadení, pričom dosiahnutie zníženého tlaku v nasledujúcej reakčnej zóne prispeje na uskutočnenie hlavného cieľa - vzrastu výnosu nízkomolekulámych olefínov.
Prehľad obrázkov na výkresoch
Obr. 1 je schematický pohľad na zariadenie na vykonávanie postupu výrobu nízkomolekulárnych olefínov.
Obr. 2 je čiastkový pohľad na reaktor na pyrolýzu uhľovodíkov.
Obr. 3 je rez pozdĺž čiary A - A z obr. 2.
Obr. 4 je čiastkový pohľad na radiálnu pracovnú lopatku reaktoru.
Na obr. 5 je pohľad pozdĺž šípky B z obr. 4.
Obr. 6 predstavuje čiastkový pohľad na zariadenie na ochladzovanie krakovaného plynu.
Príklady uskutočnenia vynálezu
Zariadenie na uskutočnenie procesu (obr.l) obsahuje predhrievač 1, zariadenie 2 a 3 na ochladzovanie krakovaného plynu, reaktor 4, plynovú turbínu 5 spojenú s reaktorom 4 hriadeľom 6 a s predhrievačom 1 výfukovým potrubím?.
Predhrievanie východiskového produktu a parného riedidla v prvom stupni je vykonávané v predhrievači 1. Uhľovodíková surovina z vonkajšieho zdroja (neznázomený na výkrese) je privádzaná pod tlakom do predhrievača 1 vytvoreného ako plášťový rúrkový tepelný výmenník. Výfukové plyny z plynovej turbíny 5 sa privádzajú do priestoru medzi plášť a vnútornú rúrku tohto tepelného výmenníka. Z vonkajšieho zdroja (neznázomený na výkrese) voda je pod tlakom dodávaná do predhrievača 1, kde sa odparuje a výsledné parné riedidlo sa mieša s uhľovodíkovou vsádzkou.
Predhrievanie východiskového produktu a parného riedidla v druhom stupni sa uskutočňuje v zariadeniach 2 a 3 na ochladzovanie krakovaného plynu s použitím tepla krakovaného plynu opúšťajúceho reaktor. Podrobný opis zariadenia na chladenie krakovaného plynu je uvedený ďalej.
Zmes východiskového produktu a parného riedidla je zo zariadení 2 a 3 na ochladzovanie krakovaného plynu dodávaná do lopatkového reaktoru 4. Horúce pyrolyzované plyny cirkulujú pozdĺž pracovnej kruhovej dutiny reaktora a teplo potrebné na pyrolýzu je generované priamo vnútri objemu reakčnej zmesi v dôsledku hydrodynamického efektu unášacej sily otáčajúcej pracovným kolesom vyba veným lopatkami. Ohrievanie reakčnej zmesi na teplotu pyrolýzy je vykonané zmiešaním zmesi s horúcim pyrolyzovaným plynom za čas zanedbateľný v porovnaní s dĺžkou vlastnej pyrolýzy. Podrobný opis konštrukcie reaktora bude uvedený ďalej.
Krakovaný plyn z reaktora 4 je dopravovaný do ochladzovacieho zariadenia 2 a 3 vzájomne prepojenými rúrkami, ktoré majú hladký profil zamedzujúci utváranie zón odtrhnutia prúdu. Všetky tieto prepojovacie potrubia majú rovnaké objemy.
Krakovaný plyn je ochladzovaný v zariadeniach 2 a 3 a potom je dopravovaný do plynovej destilačnej jednotky (neznázomená na výkrese). Na obr. 1 sú zobrazené dve zariadenia na ochladzovanie krakovaného plynu, ale počet týchto zariadení nie je pri praktickej realizácii vynálezu obmedzený.
Ako pohon reaktora je použitá plynová turbína 5. Obr. 1 predstavuje plynovú turbínu pracujúcu v jednoduchom termodynamickom cykle bez medzipredhrievačov a chladičov pracovnej tekutiny. Ako pohon však môžu byť použité tiež plynové turbíny pracujúce v zložitejšom cykle a rovnako tak i parné turbíny alebo elektromotory.
Množstvo vody zmiešanej s uhľovodíkovou surovinou a prípustná konečná teplota závisí od zloženia východiskového produktu. Ak východiskovým produktom sú bežne plynné uhľovodíky, množstvo pridanej vody môže byť vzhľadom na uhľovodík v pomere 30 až 40 % hmotnostných a teplota reakčnej zmesi po druhom predhrievaní by nemala presahovať 650 °C. Ak sú ako východiskový produkt použité bežné kvapalne uhľovodíky - ako nafta alebo plynové oleje, voda môže byť pridaná v množstve zodpovedajúcom 80 až 100 % hmotnostných v pomere k uhľovodíkom a príslušná teplota reakčnej zmesi po druhom predhrievaní by nemala prevyšovať 550 až 600 °C.
Základné parametre definujúce operácie reaktora sú navzájom zviazané nasledujúcim vzťahom:
T = VxdxH / P, kde:
τ (sec) je priemerný čas, po ktorý je reakčná zmes v pracovnom priestore reaktora;
V (m3) je objem pracovného priestoru reaktora;
d (kg/m3) je priemerná objemová hmotnosť reakčnej zmesi v pracovnom priestore vnútri reaktora;
H (J/kg) je množstvo energie odovzdávanej reakčnej zmesi vnútri pracovného priestoru reaktora;
P (W) je energia vložená do pracovného priestoru reaktora.
Energia, ktorá by mala byť dodaná reakčnej zmesi vnútri pracovného priestoru reaktora, je blízka množstvu tepla odovzdávaného surovine pretekajúcej výhrevnými závitmi v tradičných rúrkových pyrolýzových peciach pri rovnakých skupinách východiskového produktu. Pri pyrolýze etánu by táto energia mala predstavovať asi 2,5 až 3,4 MJ na kg pary a východiskového produktu. Pri pyrolýze ostatných druhov uhľovodíkov by táto energia mala byť asi 1,7 až 2,3 MJ/kg. Priemerný čas, po ktorý sa reagujúce zmesi nachádza vnútri pracovného priestoru reaktora môže byť asi 0,03 až 0,1 sec.
Časový interval na ohrievanie prichádzajúcej zmesi surovina/para z teploty pri vstupe do reaktora až do teploty pyrolýzy je definovaný dobou miešania s reagujúcou zmesou a nepresahuje 0,001 sec. To je zanedbateľné krátky čas v porovnaní s časom, po ktorý sa reagujúca zmes nachádza vnútri pracovného priestoru reaktoru.
Priemerná objemová hmotnosť reagujúcej zmesi je definovaná priemerným tlakom, priemernou teplotou v pra4 covnom reaktore a priemernou molekulovou hmotnosťou reagujúcej zmesi.
Priemerný tlak vnútri priestoru reaktora môže byť v rozmedzí 0,05 až 0,2 MPa (absolútny), prednostne 0,080,12 MPa (absolútny).
Priemerná teplota plynu v pracovnej dutine reaktora závisí od zloženia východiskového produktu, určenej konverzii a dĺžky času, počas ktorého sa zmes nachádza vnútri reakčnej oblasti. Ľahké východiskové produkty a vysoká konverzia vyžadujú vyššie teploty, ale ťažké východiskové produkty - ako atmosférické a vákuové plynové oleje - a nízka konverzia vyžadujú nižšie teploty.
Obsluha nastaví teplotu plynu v pracovnom priestore reaktora a pomer uhľovodíkovej suroviny a vody na prípravu pary - riedidla. Určená teplota je udržovaná systémom automatického riadenia, ktorý reguluje množstvo paliva dodávaného do plynovej turbíny. Takto sa teplota v reakčnej zóne reaktora riadi v podstate rovnako ako v tradičnej rúrkovej peci - zmenou pomeru množstva hnacieho plynu a východiskového produktu. Rozdiel je v tom, že prechodné procesy v novom reaktore sú ukončené 10- až 1 OO-krát rýchlejšie.
Na odstránenie karbónu z reaktora a zariadenie na ochladzovanie krakovaného plynu je nevyhnutné zastaviť dodávku uhľovodíkovej suroviny do predhrievača 1. Teplota v pracovnom priestore reaktora musí byť udržovaná približne rovnaká ako teplota počas pyrolýzy. V dôsledku gazifikačných reakcií prehriata para odstraňuje karbónové sedimenty z reaktora 4 práve tak, ako z prepojovacích potrubí a zariadení 2 a 3 na ochladzovanie krakovaného plynu.
Výstupný prúd je odvedený do prídavného spaľovacieho zariadenia (neznázomeného na výkrese). Proces odstránenia karbónových usadenín je riadený na základe výsledkov analýzy odchádzajúceho prúdu. Keď obsah oxidu uhoľnatého a oxidu uhličitého klesá na vopred stanovené hodnoty, proces odstraňovania karbónových usadenín je zastavený a dodávka uhľovodíkovej suroviny je obnovená. Výhodou takého vyhorenia v porovnaní so vzdušným alebo parovzdušným vyhorením je endotermičnosť prebiehajúcich reakcií vylučujúci nebezpečie miestneho prehrievania konštrukčných materiálov. Ďalšou výhodou je, že redukčné podmienky vnútri reaktora zostanú nemenné vo všetkých režimoch reaktora, čo umožňuje zhotovenie najdôležitejších základných prvkov reaktora zo žiaruvzdorných zliatin na báze za tepla stálych kovov labilných v oxidačných podmienkach, napríklad zliatin na báze volfrámu alebo molybdénu, prípade nióbu.
V predloženom postupe pyrolýza východiskového produktu prebieha postupne v pracovnej dutine, a ďalej v odovzdávacom potrubí dopravujúcim pyrolyzovaný plyn k ochladzovaciemu zariadeniu. Hydrodynamický režim prebiehajúci vnútri pracovnej dutiny reaktora sa blíži režimu príznačnému pre zariadenie ideálneho miešania, kde koncentrácie reagujúcich zložiek sú homogenizované v celom priestore tejto dutiny. Tým sa postup podstatne líši od postupu realizovaného v tradičných rúrkových reaktoroch a tiež od postupu opísaného v US patente č. 4 265 732.
Preto pyrolýza v pracovnom priestore reaktora prebieha za vysokej koncentrácie krakovaného produktu, je pyrolytická reakcia urýchľovaná v dôsledku autokatalytického javu. Preto môže pyrolýza prebiehať tiež pri nižšej teplote, čo zvyšuje selektivitu postupu. Toto je potvrdené experimentálnymi údajmi o pyrolýze uhľovodíkov v prítomnosti horúcich pyrolýzových plynov, uvádzanými v US patente č. 3 579 601.
Vnútri odovzdávajúceho potrubia pyrolýza pokračuje adiabaticky, bez prívodu tepla z vonku. Hydrodynamický režim realizovaný tu sa blíži režimu zariadenia s ideálnym výtlakom, podobne ako v rúrkových reaktoroch. Prebiehajúci adiabatický proces umožňuje ušetriť výdaje na energiu nevyhnutnú na vyhotovenie pyrolytického postupu a umožňuje tiež zvýšiť výnosy olefínov. Rotačný lopatkový reaktor (obr. 2 a 3) na pyrolýzu uhľovodíkov zahŕňa teleso vrátane skrine 8 s vrchnákmi 9 a 10. Vnútorné povrchy skrine 8 a vrchnákov 9,10 sú pokryté tepelným izolátorom 11,12 a 13. Teleso obsahuje tiež žiaruvzdorný plášť vybavený prvkom 14 upevneným ku skrini 8 a prvky 15 a 16 upevnené k vrchnákom 9 a 10. S prvkom 14 sú spojené rozvádzacie lopatky 17 a 18. Rozvádzacie lopatky 19 a 20 sú spojené s elementmi 15 a 16. Skriňa 8 je vybavená hrdlami 21 na privádzanie východiskového produktu a hrdlami 22 na odvádzanie krakovaného plynu. Rotor sa skladá z hriadeľa 23 a pracovného kolesa 24 vybaveného pracovnými lopatkami 25. Tie vytvárajú lopatkový veniec pracovného kolesa 24. Hriadeľ 23 je uložený v radiálnom ložisku 26 a v radiálnoaxiálnom ložisku 27 a je utesnený dvojitým labyrintovým tesnením 28 a 29, do ktorého dutiny je z vonkajška vstrekovaná para (nezobrazené na výkrese).
Každá pracovná lopatka 25 (obr. 4 a 5) má stopku 30, prostredníctvom ktorej sú lopatky upevnené na okraji pracovného kolesa 24 tvoriacim rybinový zámok. V lopatkách 25 sú vytvorené radiálne kanály 31 na prepúšťanie zmesi suroviny s parným riedidlom vykonávajúcim funkciu chladiaceho prostredia.
Reaktor pracuje nasledujúcim spôsobom. Z hrdiel 21 na prívod suroviny zmes odpareného východiskového produktu a pary - riedidla vstupuje do medzery medzi skriňou 8 a ohňuvzdomým plášťom, prechádza ďalej kanálmi vytvorenými v pracovnom kolese 24 a v pracovnom lopatkách 25 a vstúpia do prstencovej pracovnej dutiny, kde sú usporiadané pracovné lopatky 25 a rozvádzacie lopatky 17, 18, 19, 20. Spracovávaná tekutina cirkulujúca pozdĺž prstencovej dutiny vstupuje do mnohonásobných stykov striedavo so stacionárnymi rozvádzacími lopatkami a rotujúcimi pracovnými lopatkami, čím vytvárajú prúdnice v tvare dvoch špirál zvinutých do vírových prstencov pravotočivého a ľavotočivého smeru. Takto sú vytvorene dve stýkajúce sa obehové slučky pyrolyzovaného plynu. Teplo spotrebované endotermickými reakciami, ktoré nepretržite prebiehajú vnútri pracovného priestoru reaktora jc kompenzované prílivom tepla prechádzajúceho z premeny kinetickej energie na teplo.
Energie odovzdávaná do cirkulačnej slučky je úmerná súčiny obvodovej rýchlosti rotora a meridiánové rýchlosti a objemové hmotnosti spracovávanej tekutiny. So zväčšením meridiánovej rýchlosti energie dodávanej rotorom, sa zvyšuje do tej doby, než táto rýchlosť dosiahne 0,64 až 0,7 rýchlosti zvuku v tejto tekutine, t. j. napríklad asi 400 až 500 m/sec. Pri vyšších meridiánových rýchlostiach sa energia dodávaná rotorom do reakčnej zóny ostro znižuje v dôsledku poklesu priemerné objemovej hmotnosti tekutiny pozdĺž výšky lopatky. To súvisí so skutočnosťou, že v jadre vírového prstenca je tlak menší ako na jeho obvode, a toto zníženie je závislé od meridiánovej rýchlosti tekutiny. Počas každého priechodu pracovnou lopatkou reagujúca tekutina získa dodatočnú kinetickú energiu, ktorá sa za dobu do ďalšieho priechodu premení na teplo.
To nastáva čiastočne v dôsledku toho, že tekutina je podrobená stacionárnym tlakovým šokom vznikajúcim v miestach lokálneho priechodu tekutiny zvukovou bariérou a čiastočne v dôsledku vírivej formácie. Dodatková kinetická energia je úmerná súčinu obvodovej rýchlosti rotora a meridiánové rýchlosti tekutiny. Napríklad pri obvodovej rýchlosti rotora 300 až 400 m/sec táto energia môže mať hodno tu asi 70-150 KJ/kg. Za dobu, po ktorú sa každá čiastočka východiskového produktu nachádza vnútri cirkulačnej slučky, by každá táto čiastočka mala prejsť pracovnými lopatkami rotora v priemere niekoľko desiatokkrát.
Výhoda rotačného lopatkového reaktora v porovnaní s tradičnými trubicovými reaktormi je, že jeho steny ohraničujúce reakčnú zónu nie sú využívané na prestup tepla, takže pri absencii ochladzovania stien sa ich teplota líši od teploty reagujúcej tekutiny len zanedbateľné. Nižšia teplota steny a tlak v reakčnej zóne v porovnaní s podmienkami v tradičných rúrkových reaktoroch umožňuje očakávať zväčšenie selektivity druhu východiskového produktu. Krátka doba rozbehu zariadenia a možnosť plnej automatizácie jeho činnosti a riadenie prispieva k nárastu výnosu požadovaného produktu.
Zariadenie na chladenie krakovaného plynu (obr. 6) zahŕňa tepelný výmenník typu „rúrka v rúrke“ obsahujúci vonkajšiu rúrku 32 a vnútornú rúrku 33, vtokový 34 a výtokový 35 nátrubok na dopravu krakovaného plynu, vtokový 36 a výtokový 37 nátrubok na dopravu chladiaceho prostriedku napojené na medzirúrkový priestor a ejektor obsahujúci dýzu 38, plniacu komoru 39 a zmiešavaciu komoru 40. Dýza 38 je spojená s vstupným nátrubkom 34. Vnútorná rúrka 33 je spojená jedným koncom so zmiešavacou komorou 40 a druhým koncom cez tvarovkou „T“ 41 s plniacou komorou 39 a výstupným nátrubkom 35 na krakovaného plyny. Vonkajšie povrchy chladiaceho zariadenia sú pokryté tepelnou izoláciu 42.
Horúci plyn prechádzajúci nátrubkom 34 je formovaný dýzou 38 do prúdu, ktorý nasáva chladený plyn, ktorý sa nachádza v plniacej komore 39. Výsledná zmes pretekajúca vnútornou rúrkou 33 sa ochladzuje, vracia svoje teplo tekutine pretekajúcej v smere od nátrubku 36 k nátrubku 37 medzipotrubným priestorom medzi vonkajšou rúrkou 32 a vnútornou rúrkou 33. Časť chladenej zmesi vstupuje do plniacej komory 39 a zvyšok je odvádzaný zo zariadenia nátrubkom 35.
Chladené krakované plyny odchádzajúce z nátrubku 35 môžu mať teplotu okolo 350 až 400 °C. Hmotnostný pomer zmesi vo vnútornej rúrke prekračuje 2- až 2,5-krát pomer štiepeného plynu prichádzajúceho z reaktora a zmes, ktorá sa tvorí sa v zmiešavacej komore 40 môže mať teplotu okolo 620 až 660 °C.
Doba ochladzovania krakovaného plynu je ohraničená len časom miešania prúdu utváraného dýzou 38 a chladeného plynu zo zmiešavacej komory 40 a môže trvať niekoľko milisekúnd.
Priemer vnútornej rúrky 33 musí byť dostatočne veľký tak, aby nespôsobil významný hydraulický odpor.
Výmenník tepla zahrnutý v zariadení na ochladzovanie krakovaného plynu môže byť i akokoľvek odlišnej konštrukcie ako z príkladu uvedený typ „rúrka v rúrke“. Malý rozdiel v tlaku medzi zahrievanými a chladenými tekutinami a nízka hodnota tlaku umožňuje užívať doskový tepelný výmenník alebo nejaký iný typ, ktorý má menšiu hmotnosť a nižšiu cenu ako chladiace zariadenia používané obvykle.
Priemyselná využiteľnosť
Vynález je určený na použitie v etylénových výrobných prevádzkach tak modernizovaných, ako aj novobudovaných, namiesto rúrkových pyrolýznych pecí. Zloženie produktu pyrolýzy pripravených novým postupom sa líši zanedbateľné od produktov pripravených v existujúcich peciach z rovnakého východiskového produktu. Preto použitie po stupu prakticky nevyžaduje zmenu destilačného procesu a separácie plynov.
Na nové inštalácie môžu byť použité plynové turbíny malých rozmerov bez medzipredhrievačov a chladičov pracovnej tekutiny. Účinnosť takýchto motorov je obvykle 26 až 35 % pri teplote spalín 400 a 500 °C. Najlepší z takých motorov môžu mať účinnosť 42 % pri teplote spalín 570 °C. Vysoká teplota spalín umožňuje používať účinne teplo motora na odparovanie a predhrievanie východiskového produktu, na prípravu parného riedidla a tiež na výrobu prehriatej pary v množstve dostatočnom na pohon kompresorov plynovej separačnej jednotky. Ako palivo môže byť použitý zemný plyn alebo metanovodíková frakcia oddelená od krakovaného plynu v jednotke na separačný plyn. Hluk šírený plynovou turbínou nepresahuje hluk, ktorý vzniká na plynových horákoch v tradičných pyrolýznych peciach. Na získavanie spalín z plynovej turbíny môžu byť použité podobné dymovody, ako sa obvykle používajú v rúrkových peciach. Na pyrolýzovú jednotku s vstupom okolo 80 000 ton uhľovodíkovej suroviny ročne by mala byť vyžadovaná plynová turbína s výkonom okolo 8 až 12 MW. Také motory sú vyrábané sériovo a sú schopné dlhodobej činnosti pri neprerušovanej prevádzke, napr. ako plynové dúchadlá v kompresorových staniciach diaľkových plynovodoch. Plná životnosť takýchto motorov môže byť až 100 000 hodín. Pri projektovaní nových pyrolýznych zariadení je účelné použiť materiály, prevádzkové skúsenosti a technológie používané producentmi plynových turbín. Ak reaktor a jeho poháňacia plynová turbína budú vyrobené v rovnakej továrni, zariadenie na pyrolýzu môže byť konfigurované na spoločnú kostru v tvare kompaktného agregátu v prevádzkyschopnom stave.

Claims (5)

  1. PATENTOVÉ NÁROKY
    1. Spôsob výroby nízkomolekulámych olefmov pyrolýzou uhľovodíkov, vyznačujúci sa tým, že zahŕňa predhrievanie a odparovanie východiskového produktu, jeho miešanie s parným riedidlom, ohrievanie výslednej zmesi na teplotu pyrolýzy v lopatkovom rotačnom reaktore, ochladzovanie krakovaného plynu a jeho nasledujúca separácia, kde zmienené ohrievanie zmesi na teplotu pyrolýzy je vykonané jej miešaním s horúcim pyrolýzovaným plynom obiehajúcim v pracovnej dutine lopatkového rotačného reaktora prebiehajúcim po dobu zanedbateľnú v porovnaní s dobou pytolýznej reakcie.
  2. 2. Spôsob podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že predhrievanie východiskového produktu a pary - riedidla je vykonávané v dvoch stupňoch a v druhom stupni je predhrievanie vykonávané v tepelnom výmenníku s využitím tepla obsiahnutého v krakovanom plyne, ktorý odchádza z lopatkového rotačného reaktora.
  3. 3. Reaktor na pyrolýzu uhľovodíkov, vyznačujúci sa tým, že obsahuje teleso s pevnými rozvádzacimi lopatkami (17, 18, 19, 20), vstupným hrdlom (21) na prívod východiskového produktu, výstupným hrdlom (22) na odvádzanie krakovaného plynu a pracovné koleso (24) vybavené pracovnými lopatkami (25) vytvárajúcimi lopatkový veniec, kde v telese je vytvorená prstencová dutina na cirkuláciu horúceho pyrolyzovaného plynu, ktorá obsahuje pevné rozvádzacie lopatky (17, 18, 19, 20) a obklopuje po obvode lopatkový veniec pracovného kolesa (24) a vstupné hrdlo (21) na prívod východiskového produktu a výstupné hrdlo (22) na odvádzanie krakovaného plynu sú spojené s uvedenou dutinou.
  4. 4. Reaktor podľa nároku 3, vyznačujúci sa tým, že teleso sa skladá zo skrine (8) a žiaruvzdorného plášťa navzájom pevne spojených a skriňa (8) jc pokrytá na vnútornej strane tepelnými izolátormi (11, 12, 13).
  5. 5. Zariadenie na ochladzovanie krakovaného plynu, vyznačujúce sa tým, že obsahuje tepelný výmenník s priestormi na chladené a zahrievané tekutiny oddelenými stenou, ktoré je ďalej vybavené tvarovkou „T“ (41) a ejektorom obsahujúcim dýzu (38), plniacu komoru (39) a zmiešavaciu komoru (40), pričom zmiešavacia komora (40) ejektora a jeden z nátrubkov tvarovky „T“ (41) sú prepojené s priestorom chladiacej tekutiny a plniaca komora (39) ejektora je spojená s ďalším nátrubkom tvarovky „T“ (41).
SK1293-2000A 1998-02-27 1999-02-11 Spôsob výroby nízkomolekulárnych olefínov, reaktor na pyrolýzu uhľovodíkov a zariadenie na chladenie krakovaného plynu SK285935B6 (sk)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU98104821A RU2124039C1 (ru) 1998-02-27 1998-02-27 Способ получения низших олефинов, реактор для пиролиза углеводородов и аппарат для закалки газов пиролиза
PCT/RU1999/000038 WO1999043765A1 (fr) 1998-02-27 1999-02-11 Procede de production d'olefines inferieures, reacteur pour la pyrolyse d'hydrocarbures et appareil de refroidissement rapide des gaz issus de la pyrolyse

Publications (2)

Publication Number Publication Date
SK12932000A3 SK12932000A3 (sk) 2001-06-11
SK285935B6 true SK285935B6 (sk) 2007-11-02

Family

ID=20203457

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SK1293-2000A SK285935B6 (sk) 1998-02-27 1999-02-11 Spôsob výroby nízkomolekulárnych olefínov, reaktor na pyrolýzu uhľovodíkov a zariadenie na chladenie krakovaného plynu

Country Status (22)

Country Link
US (1) US7232937B2 (sk)
EP (1) EP1063273A4 (sk)
JP (1) JP3824488B2 (sk)
KR (1) KR100418360B1 (sk)
CN (1) CN1298439A (sk)
AU (1) AU753883B2 (sk)
BG (1) BG65376B1 (sk)
BR (1) BR9908329A (sk)
CA (1) CA2323141C (sk)
DE (1) DE19982976C2 (sk)
GB (1) GB2353802B (sk)
HU (1) HU225699B1 (sk)
ID (1) ID27565A (sk)
IL (1) IL138101A (sk)
NO (1) NO20004287L (sk)
PL (1) PL191275B1 (sk)
RO (1) RO120574B1 (sk)
RU (1) RU2124039C1 (sk)
SK (1) SK285935B6 (sk)
TR (1) TR200002513T2 (sk)
UA (1) UA45503C2 (sk)
WO (1) WO1999043765A1 (sk)

Families Citing this family (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7685737B2 (en) 2004-07-19 2010-03-30 Earthrenew, Inc. Process and system for drying and heat treating materials
US7024800B2 (en) 2004-07-19 2006-04-11 Earthrenew, Inc. Process and system for drying and heat treating materials
US7694523B2 (en) 2004-07-19 2010-04-13 Earthrenew, Inc. Control system for gas turbine in material treatment unit
US8524070B2 (en) 2005-07-08 2013-09-03 Exxonmobil Chemical Patents Inc. Method for processing hydrocarbon pyrolysis effluent
US7465388B2 (en) 2005-07-08 2008-12-16 Exxonmobil Chemical Patents Inc. Method for processing hydrocarbon pyrolysis effluent
US7763162B2 (en) 2005-07-08 2010-07-27 Exxonmobil Chemical Patents Inc. Method for processing hydrocarbon pyrolysis effluent
US7749372B2 (en) 2005-07-08 2010-07-06 Exxonmobil Chemical Patents Inc. Method for processing hydrocarbon pyrolysis effluent
US7780843B2 (en) 2005-07-08 2010-08-24 ExxonMobil Chemical Company Patents Inc. Method for processing hydrocarbon pyrolysis effluent
US7610692B2 (en) * 2006-01-18 2009-11-03 Earthrenew, Inc. Systems for prevention of HAP emissions and for efficient drying/dehydration processes
CN101162129B (zh) * 2007-11-28 2011-10-05 上海吴泾化工有限公司 利用裂解气余热的方法及所使用的气-气自换热器
RU2405622C2 (ru) * 2009-03-23 2010-12-10 Владимир Андреевич Бушуев Лопаточный реактор для пиролиза углеводородов
GB2511476A (en) * 2012-12-07 2014-09-10 Thomas Andreas Guenther Device and system for hydrocarbon conversion
RU2645861C1 (ru) * 2017-04-26 2018-02-28 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ангарский государственный технический университет" Теплообменник типа "труба в трубе" с вращающейся трубой
ES2966364T3 (es) * 2018-05-16 2024-04-22 Siemens Energy Global Gmbh & Co Kg Reactor químico de turbomáquina y método de craqueo de hidrocarburos
US11028327B2 (en) * 2018-08-09 2021-06-08 Exxonmobil Chemical Patents Inc. Partial trip system for ethylene furnace with ground flare
CN112672817B (zh) 2018-09-20 2022-04-26 迪傲公司 涡轮机型化学反应器
JP7038258B2 (ja) * 2018-10-10 2022-03-17 クールブルック オーワイ 化学反応を行うための回転装置
US20230132471A1 (en) 2020-07-09 2023-05-04 Basf Antwerpen N.V. Method for steam cracking
RU2760859C1 (ru) * 2020-12-10 2021-12-01 Акционерное общество "Энергетический институт им. Г.М. Кржижановского" (АО ЭНИН") Способ и устройство для закалки и очистки высокотемпературных газов от твёрдых частиц
AU2022362764A1 (en) * 2021-10-13 2024-03-28 Coolbrook Oy Method and apparatus for production of hydrogen using rotary generated thermal energy
FI130336B (en) * 2021-12-23 2023-06-27 Coolbrook Oy Rotating device for inputting heat energy into fluids
FI20225189A1 (en) * 2022-03-02 2023-09-03 Coolbrook Oy Insert assembly for a rotary device, apparatus and method related thereto

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3579601A (en) * 1968-06-10 1971-05-18 Exxon Research Engineering Co Pyrolysis of hydrocarbons
US3729297A (en) * 1969-11-29 1973-04-24 Mitsui Shipbuilding Eng Apparatus for continuously decomposing hydrocarbon in a heating medium bath
US4142963A (en) * 1977-06-07 1979-03-06 Union Carbide Corporation Penetration enhanced fluid mixing method for thermal hydrocarbon cracking
NL190243C (nl) * 1977-07-05 1993-12-16 Kinetics Technology Werkwijze voor het thermisch kraken van koolwaterstoffen.
SU977477A1 (ru) * 1979-08-23 1982-11-30 Предприятие П/Я Р-6518 Способ переработки нефт ного остаточного сырь
JPS5837440B2 (ja) * 1979-09-25 1983-08-16 泰夫 仲野 生地に標付けをする方法
SU1032012A1 (ru) * 1981-06-18 1983-07-30 Институт газа АН УССР Закалочно-испарительный аппарат
DE3173374D1 (en) * 1981-09-08 1986-02-13 Dow Chemical Nederland Process and apparatus for cracking hydrocarbon; mixing device; apparatus and process for producing superheated steam; radiation block structure
DE3411795A1 (de) * 1984-03-30 1985-10-03 Borsig Gmbh, 1000 Berlin Verfahren zum betreiben von rohrbuendelwaermeaustauschern zum kuehlen von gasen
SU1189871A1 (ru) * 1984-04-24 1985-11-07 Институт газа АН УССР Способ получени низших олефинов
US5271827A (en) * 1990-11-29 1993-12-21 Stone & Webster Engineering Corp. Process for pyrolysis of hydrocarbons
US5219530A (en) * 1991-02-15 1993-06-15 Board Of Regents Of The University Of Washington Apparatus for initiating pyrolysis using a shock wave
US5464057A (en) * 1994-05-24 1995-11-07 Albano; John V. Quench cooler

Also Published As

Publication number Publication date
HUP0100875A1 (hu) 2001-06-28
US7232937B2 (en) 2007-06-19
PL191275B1 (pl) 2006-04-28
KR100418360B1 (ko) 2004-02-11
RU2124039C1 (ru) 1998-12-27
CA2323141A1 (en) 1999-09-02
BR9908329A (pt) 2000-11-14
DE19982976T1 (de) 2001-03-08
CA2323141C (en) 2006-11-14
HU225699B1 (en) 2007-06-28
AU753883B2 (en) 2002-10-31
TR200002513T2 (tr) 2001-06-21
PL342965A1 (en) 2001-07-16
GB2353802B (en) 2002-08-07
BG104710A (en) 2001-07-31
UA45503C2 (uk) 2002-04-15
NO20004287L (no) 2000-10-27
KR20010024951A (ko) 2001-03-26
DE19982976C2 (de) 2002-12-19
RO120574B1 (ro) 2006-04-28
JP3824488B2 (ja) 2006-09-20
NO20004287D0 (no) 2000-08-25
EP1063273A1 (en) 2000-12-27
AU3280399A (en) 1999-09-15
IL138101A0 (en) 2001-10-31
WO1999043765A1 (fr) 1999-09-02
GB2353802A (en) 2001-03-07
JP2002504620A (ja) 2002-02-12
CN1298439A (zh) 2001-06-06
IL138101A (en) 2005-08-31
EP1063273A4 (en) 2007-11-21
SK12932000A3 (sk) 2001-06-11
HUP0100875A3 (en) 2003-08-28
BG65376B1 (bg) 2008-04-30
US20050137440A1 (en) 2005-06-23
GB0021085D0 (en) 2000-10-11
ID27565A (id) 2001-04-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
SK285935B6 (sk) Spôsob výroby nízkomolekulárnych olefínov, reaktor na pyrolýzu uhľovodíkov a zariadenie na chladenie krakovaného plynu
CA2798536C (en) Adiabatic reactor to produce olefins
US4288408A (en) Apparatus for the diacritic cracking of hydrocarbon feeds for the selective production of ethylene and synthesis gas
US20140058178A1 (en) Methane conversion apparatus and process using a supersonic flow reactor
JP2012521419A (ja) 炭化水素の熱分解のためのブレード付き反応器
US20150361010A1 (en) Apparatus and process for the conversion of methane into acetylene
US20140056767A1 (en) Methane Conversion Apparatus and Process Using a Supersonic Flow Reactor
CN111826173B (zh) 用于制备低碳烯烃的反应装置、生产系统和生产方法
US20220340822A1 (en) Hydrocarbon Pyrolysis with Less Exhaust Emission
TWI565685B (zh) 使用超音速流反應器之甲烷轉換裝置及製法
TWI612027B (zh) 使用超音速流反應器之甲烷轉換裝置及製法
CZ20003073A3 (cs) Způsob výroby nízkomolekulárních olefínů, reaktor pro pyrolýzu uhlovodíků a zařízení pro chlazení krakovaného plynu
CN213623982U (zh) 用于制备低碳烯烃的反应装置和生产系统
GB2372751A (en) Apparatus for quenching cracked gas
MXPA00008414A (en) Method for producing lower olefins, reactor for the pyrolysis of hydrocarbons and device for quenching pyrolysis gases
RU1778144C (ru) Устройство дл пиролиза углеводородов