Влияние основных факторов на процесс пиролиза

Глубину процесса пиролиза определяют следующие основные факторы: температура, время контакта, парциальное давление углеводородов и молекулярная масса сырья.

Для процесса пиролиза наиболее благоприятны высокая температура, малое время контакта, малое парциальное давление углеводородов. Все эти факторы взаимосвязаны.

Влияние температуры.

Основным определяющим фактором, определяющим эффективность процесса, является его тепловой режим. Термическое расщепление высших углеводородов начинается около 400 °C, но достигает значительной скорости лишь при 480−550°С, ускоряясь при дальнейшем повышении температуры.

При этом общая закономерность состоит в том, что при прочих равных условиях с повышением температуры возрастает выход газа и кокса и снижается выход жидких продуктов, как показано на рисунке 3.

Качественный вид выхода продуктов в широком интервале изменения температуры представлен на рисунке 4.

В исследуемой области зависимости выхода олефинов от температуры имеют максимумы, выходы метана и водорода возрастают.

Температура, соответствующая максимальному выходу бутиленов, ниже, чем для максимального выхода пропилена: последняя в свою очередь, ниже аналогичной температуры для этилена.

Такая закономерность объясняется тем, что для реактора пиролиза при фиксированном времени пребывания смеси в нем, процесс имеет две характерные зоны I и II. В зоне I идет интенсивное образование олефинов, за счет распада тяжелых радикалов, образующихся из исходного сырья в первичных реакциях. На границе этой зоны сырье практически полностью разлагается. В зоне II за счет вторичных реакций происходит необратимое превращение образовавшихся олефинов в побочные продукты реакции: метан, водород, пиросмолу. Различие экспериментальных значений температур для этилена, пропилена и бутиленов объясняется различием реакционной способности этих компонентов во вторичных реакциях распада. При пиролизе углеводородного сырья рабочей областью изменения температуры является зона III, соответствующая конечному участку зоны интенсивного разложения сырья I.

a. газ, 2- жидкие продукты, 3- кокс.

• 1-этилен; 2-пропилен; 3-метан; 4-бутилены; 5-водород
• 1-этилен; 2-пропилен; 3-метан; 4-бутилены; 5-водород

Влияние времени пребывания.

Время пребывания смеси в зоне реакции является вторичным, важным показателем процесса, определяющим глубину превращения сырья и распределения получаемых продуктов. При увеличении времени пребывания выход основных товарных олефинов имеет максимум, выходы метана и водорода также растут. Это объясняется тем, что при малом времени пребывания будет наблюдаться проскок непрореагировавшего сырья, а при очень высоких — переразложение и конденсация олефинов в результате вторичных реакций.

Рисунок 4 — Зависимость качественного выхода продуктов от температуры.

Результаты исследования взаимного влияния температуры и времени пребывания на процесс пиролиза показаны на рис. 5. Из этих данных видно, что выход олефинов растет и приближается к максимально возможному при сокращении времени пребывания и увеличения температуры. Это означает, что для повышения эффективности пиролиза углеводородов на олефины необходимо повышать температуру процесса при сокращении времени пребывания. пиролиз этилен пропилен Влияние давления.

Давление является одним из основных факторов, оказывающих влияние на пиролиз углеводородов. При повышении давления увеличивается содержание н-парафинов и ароматических углеводородов, а содержание олефинов уменьшается. Обычно давление на выходе из змеевика печи применяют 0,03 — 0,12 МПа, однако желательно применять еще более низкое давление. Чтобы снизить парциальное давление углеводородов, их разбавляют водяным паром. При введении водяного пара, выход этилена растет, уменьшается коксообразование на стенках труб и увеличивается скорость движения газо-сырьевой смеси в печи.

В современные трубчатые печи, перерабатывающие бензин в жестком режиме, подают 0,6 кг водяного пара на 1 кг бензина.

Влияние фракционного состава сырья.

Структура сырья для пиролиза характеризуется большим разнообразием. Пиролизу в тех или иных количествах подвергают этан, пропан, бутан, бензины и газойли. В результате термического разложения этого сырья получаются продукты с различными выходами. При выборе сырья пиролиза учитывают соотношение потребностей в получаемых продуктах, но важнейшим фактором, формирующим сырьевую базу, остается доступность тех или иных фракций переработки нефти и газа.

По мере утяжеления сырья оно обедняется водородом, поэтому суммарный выход олефинов уменьшается. Так, из рис. 6 видно, что для получения этилена, пропилена в больших количествах необходимо перерабатывать легкие углеводородные фракции: этановые, пропановые, бутановые. Самый высокий выход этилена получается при пиролизе этана, так как основная реакция дегидрирования этана в этилен и выход этилена от сырья составляет 50−85% масс.

при Т = 820 °C.

• 1 — этилен
• 2 — пропилен
• 3 — бутилены

Рисунок 5 — Зависимость выхода продуктов от времени пребывания

Рисунок 6 — Зависимость выхода продуктов пиролиза от сырья.

Однако, в связи с тем, что целью пиролиза в настоящее время является получение не только этилена, но и пропилена, то поэтому в качестве сырья используют прямогонные бензины.

Таким образом процесс пиролиза желательно вести при высоких температурах порядка 850−900°С, очень малых временах контакта 0,1−0,3 сек. и низком давлении на входе в змеевик 0,32 МПа, количестве насыщенного водяного пара, подаваемого в змеевик печи 50% масс. от сырья.