Пиролиз бензина

         Осушенный пирогаз  последовательно охлаждается в  холодильниках 1 до -130^оС и направляется в деметанизатор 14. С верха деметанизатор отводиться водород и метан, разделение которых осуществляется в холодном блоке 15, а кубовый продукт из него подается в этан-этиленовую колонну 16. Верхний продукт колонны 16 – этан-этиленовая фракция – подвергается селективному гидрированию водородом в реакторах 17 для удаления ацетилена с помощью палладийсодержащих катализаторов.

         Сверху колонны 18 выделяется товарный этилен, с низа – этан, возвращаемый на пиролиз. Кубовый  продукт колонны 16 направляется в  колонну выделения пропан-пропиленовой фракции 19, с верха которой фракция  С₃ поступает на гидрирование в реакторе 17, где происходит очистка ее от пропина (метилацетилена) и пропадиена (аллена). Разделение пропана и пропелена осуществляется в колонне 20. Бутан-бутеновая фракция выделяется из кубового продукта пропан-пропиленовой колонны в дебутанизаторе 21. Кубовый продукт колонны 21 в смеси с жидкими углеводородами, выделенными на стадии компремирования, поступает в депентанизатор 22, с верха которого отбирается фракция С₅, а с низа – пироконденсат.

         Получаемая водородная фракция используется в реакторах  гидрирования и направляется также на установку получения бензола.

         Этиленовая установка  ЭП-300 обеспечивает получение широкого ассортимента различных продуктов пиролиза. Материальный баланс выработки товарной продукции (в тыс. т в год) при переработке бензина приведен ниже:

          Технологическая схема и оборудование установки  пиролиза. Установка пиролиза включает печной блок, состоящий из печей  пиролиза бензина и этана, закалочно-испарительных  аппаратов (ЗИА), узел дозакалки пирогаза циркулирующим котельным топливом. Принципиальная схема печного блока представлена на рис.3.

         Бензин в резервуарах  емкостного парка этиленового производства отстаивается от воды, содержащей растворенные минеральные соли, кислотные и щелочные соединения. Продолжительность отстоя сырья от воды – не менее 50 ч. Механические примеси (например, оксиды железа) также удаляется из сырья при её отстое в резервуарах и при прохождении через фильтры, снабженные металлической насадкой и установленные после сырьевых ёмкостей. Бензиновая фракция из сырьевых ёмкостей подается в теплообменники 3, где подогревается потоком циркулирующего котельного топлива до 120^оС. Подогретое сырье поступает в змеевики верхней низкотемпературной зоны конвекции печи 4, где оно подогревается до 157^оС и частично испаряется. На выходе из верхней конвекционной зоны бензин смешивается с водяным паром – паром разбавления – и смесь с температурой 185оС поступает в зону высокотемпературной конвекции, где нагревается до 545 ^оС затем направляется в зону радиации.

Рис. 3. Схема печного блока.

1 –  закалочно-испарительные аппараты; 2 – паросборники; 3 – теплообменники; 4 – печь пиролиза бензина; 5 –  печь пиролиза этана

         Этановая фракция-рецикл из отделения газоразделения в подогревателе  в теплообменнике 3 водяным паром  до 60^оС и поступает на пиролиз в печь 5, где смешивается с водяным паром разбавления. Количество пара разбавления составляет 50-60% то расхода бензина и 30-40% от расхода этана.

         Установка оснащена 16-ю печами для пиролиза и двумя  печами пиролиза этана. Печи объединены по две общим газоходом и дымовой трубой. Каждая печь имеет свою систему утилизации тепла дымовых газов и пирогаза, состоящую из экономайзера, двух закалочно-испарительных аппаратов 1 и паросборника 2. В ЗИА происходит закалка и охлаждение пирогаза до 350-450^оС. За счет утилизации тепла пирогаза в них вырабатывается пар высокого давления (около 12 МПа).

         Дальнейшее охлаждение пирогаза до 180 °С осуществляется в узле дозакалки при подаче впрыском циркулирующего котельного продукта. Дозакалка проводится в смесителе, который на одних производствах установлен после каждой печи, на других — после всех печей на объединенной линии пирогаза непосредственно перед колонной первичного фракционирования.

         Питательная вода для  ЗИА с установки химической подготовки поступает в конвекционную секцию пароперегревателя, где нагревается до 190 °С. Затем она подается в конвекционную секцию печей пиролиза и с температурой 330 °С поступает в барабан-паросборник, откуда вода поступает в ЗИА, а водяной пар давлением 13—14 МПа — в радиантную секцию пароперегревателя, где перегревается до 540 °С, и далее —в заводской коллектор.

         Печи пиролиза бензина  установок ЭП-300 типа SRT-I четырехпоточные, с вертикальным однорядным расположением змеевиков двухстороннего облучения. Каждый змеевик состоит из восьми труб, диаметром 125X9,5 мм, общая его длина 75 м. Материал первых пяти по ходу пирогаза труб — сталь Х25Н20 последних трех — Х25Н35; максимально допустимая температура стенки труб соответственно 1040 и 1070 °С. Трубы изготовлены методом центробежного литья. В конвекционной камере сверху вниз располагаются секции подогрева и испарения сырья, подогрева питательной воды и перегрева смеси сырья с водяным паром. Трубы змеевиков расположены горизонтально в шахматном порядке и имеют диаметры 102x6 мм, 79x9 мм и 102X6 мм соответственно; выполнены из материалов 15Х5М, сталь 20 и 12Х18Н10Т, расчетные температуры 350, 400 и 740 °С. Трубы первых секций оребрены с целью увеличения коэффициента теплопередачи. Поверхность нагрева змеевиков конвекционных — 1381 м², радиантных 117 м². Топка печи футерована огнеупорным кирпичом.

         Производительность  печи по сырью — бензину прямой перегонки (н. к. — 180 °С)—10,5 т/ч, температура  на выходе из печи 830—840 °С при средней  жесткости пиролиза. Время пребывания сырья в зоне реакции 0,65 с. Тепло- производительность печи 62,5 ГДж/ч, в том числе радиантной секции — 29 ГДж/ч.

         Производительность  печи по этану — 11 т/ч, температура  на выходе из печи — 852 °С, теплопроизводительность 63 ГДж/ч, в том числе радиантной секции 32,5 ГДж/ч, время пребывания сырья в зоне реакции — 0,65 с.

         Установка ЭП-450 оснащена девятью печами пиролиза для бензина и двумя — для пиролиза этана.

         Печи пиролиза бензина  этой установки типа SRT-II являются более современными, оснащены разветвленными змеевиками с трубами переменных диаметров. Печи четырехпоточные, каждый змеевик состоит из десяти труб длиной прямого участка 12,2 м, общей длиной 13 м. При этом первые четыре трубы малого диаметра (65x8 мм) объединены в две трубы большего диаметра (114X9 мм) и эти две — в одну большого диаметра (159x9,5 мм); труб большого диаметра в змеевике — четыре. Общая длина змеевика 78 м, материал всех труб пирозмеевика — НК-40, (25% Сr, 20% Ni, 0,35—0,45 С). Предельно допустимая температура стенки труб 1040 °С. Трубы изготовлены методом центробежного литья. Чистота внутренней обработки R—5. В конвекционной камере, аналогично печам установок ЭП-300, расположены (начиная сверху): секции со змеевиками нагрева и испарения сырья (Ø 89x5,5 мм, углеродистая сталь) и смеси сырья и водяного пара (Ø 141X6,5 мм, углеродистая сталь), далее секции подогрева котлопитающей воды (Ø 102x11 мм, углеродистая сталь), верхней (Ø 73X5,2 мм, 15% Сr, 0,5% Мо) и нижней части высокотемпературной конвекции (Ø 73X5,2 мм, 18% Сr, 8% Ni). Все трубы, кроме змеевика нижней части высокотемпературной конвекции, оребрены с целью улучшения теплопередачи.

Рис. 4. Инжекторная чашеобразная горелка образца К-926:

1 — газовая трубка; 2 — болт; 3 — втулка; 4 — сопло; 5 —резонатор; 6 — распределительна» головка; 7 — фиксатор; 8 — смеситель; 9 — газовоздушн.ый распределитель (наконечник)

         На горелки печей  пиролиза поступает топливный газ, подогретый до 60 °С. Предварительно он очищается от механических и жидких примесей в сепараторе и на фильтрах. Такая подготовка топливного газа необходима в связи с малым диаметром сопла в горелке (3,0—3,5 мм).

         Печи пиролиза этиленовых установок ЭП-300 по проекту оборудованы  инжекционными чашеобразными горелками  К-926 фирмы «Chepos» (ЧССР) (рис. 3). В печи устанавливается 112 горелок в семи рядах по восемь горелок в каждом на боковых стенках топочной камеры. Горелка имеет два потока инжектируемого воздуха: первичного, создающего требуемые скорости топливно-воздушной смеси, и вторичного, регулирующего горение топливного газа. Конструкция горелки предусматривает равномерное распределение газовоздушной смеси по поверхности огнеупорной керамической чаши и обеспечивает полноту сгорания топлива.

         Такая конфигурация поверхности горелки позволяет направить лучистую энергию на соответствующие участки змеевика. Однако, как показал опыт эксплуатации этих горелок, концентрация лучистой энергии от сильно раскаленной поверхности чаши имеет место в локальных зонах змеевика и приводит к повышенному его коксованию и перегреву отдельных участков труб. Средняя тепловая мощность горелки К-926 составляет ~ 60*10⁴ кДж, расход топлива 20—23 м³/ч. Горелка обеспечивает работу с коэффициентом избытка воздуха, равным 1,35, при разрежении в топке 80—100 кПа. Давление топливного газа, поступающего на горелку, составляет 0,2— 0,4 МПа.

         Широкое распространение  в промышленной практике получают газовые горелки акустического типа (АГГ), разработанные Куйбышевским политехническим институтом и Куйбышевским заводом синтетического спирта. Горелки характеризуются большой тепловой мощностью, широким диапазоном регулирования по топливу, равномерным температурным полем теплоизлучающей стенки печи и обеспечивает минимальный перепад температур по высоте трубы змеевика (30— 40 °С) и поверхности горелки и кладки печи (70—100 °С). В корпусе горелки АГГ (рис. 5) находится акустический резонатор, где возникает вихреобразиое движение потока, создающее две зоны разрежения. За счет разрежения до и после горелки и тяги в печи подсасывается атмосферный воздух и частично дымовые газы из топки. Общее количество инжектируемого горелкой атмосферного воздуха управляется регулятором инжекции, одновременно служащего глушителем шума работающей горелки. Состав топливно-воздушнон смеси регулируют при помощи диска-отражателя, перемещаемого штоком и рукояткой. Выходящая из горелки газовоздушная смесь направляется на раскаленные стены радиантной камеры, равномерно распределяется по их поверхности, воспламеняется и сгорает в режиме «беспламенного» горения.

         В печах пиролиза этиленовых производств ЭП-300 устанавливается 24 акустические горелки типа АГГ-2 по 12 штук в обеих боковых стенах ра- диантной камеры, в три яруса по 4 штуки в каждом. Тепловая мощность акустических горелок, составляет 160—500 кДж/ч, диапазон расхода топлива 50—150 м³/ч. Коэффициент избытка воздуха составляет 1,05—1,08, оптимальное содержание кислорода в продуктах сгорания топлива должно быть в пределах 2—3% (об.). Для нормальной работы горелок разрежение на перевале печи должно быть равным 40—50 кПа, которо^ устанавливается открытием шибера дымохода. Горелки акустического' типа позволяют использовать топливный газ переменного состава, с давлением перед горелкой 0,02—0,30 МПа.

Рис. 5. Акустическая газовая горелка типа АГГ, КПИ-КЗСС:

1 – отражающий  диск; 2 – корпус; 3 – шток; 4 – резонатор; 5 – прижимной фланец; 6 – направляющая  втулка; 7 – стопорной болт; 8 - сальник

         Рис. 6. Панельная горелка фирмы «John Ziiifo»:

         1 — инжектор; 2 — смеситель; 3— керамическая деталь с завихрителем; 4 — газовый наконечник

         Печи пиролиза этиленовой установки ЭП-450 оборудованы инжекционными  горелками типа RMS фирмы «John Zink», расположенными в шахматном порядке: 7 ярусов по 8 горелок в каждом на обеих стенках топочной камеры печей. Общее количество горелок—112 штук на одну печь. Горелка имеет керамическую излучающую панель размером 450Х450 мм, устройство для образования вихревого потока, инжектор, смеситель и газовый распределительный наконечник с каналами, подающими топливио-воздушную смесь на сжигание (рис. 6).

         Печные блоки рассматриваемых  производств оборудованы закалочно-испарительными аппаратами, установленными непосредственно после печи. В ЗИА осуществляется закалка и охлаждение парогазовой смеси от температуры 830—850 до 350 °С, в начале и до 450—470 °С в конце пробега печных блоков пиролиза бензина, до 330—400 °С в начале и конце пробега печных блоков пиролиза этана. Закалочно-испарительные аппараты бензиновых и этановых печей установок ЭП-300 имеют поверхность теплообмена трубного пучка, равную 51м², производительность их по пару составляет 1,45 т/т в начале пробега и 1,29 т/т бензина в конце. ЗИА производства ЭП-450, установленные после печей пиролиза бензина, характеризуются поверхностью теплообмена 100 м², а после печей пиролиза этана 52 м². Съем пара в начале пробега равен 1,55, в конце — 1,35 т/т бензина. Удаление солей жесткости из ЗИА осуществляется при проведении постоянной и периодической продувки. Периодическая продувка (3—4 секунды) проводится три раза в сутки.

         Питательная вода для  ЗИА подготавливается на установке  химической подготовки, служащей для  сбора парового конденсата с установок этиленового производства, обессоливания воды с ТЭЦ, химической очистки воды и конденсата на ионообменных смолах, удаления растворенного кислорода, приготовления и дозирования химических добавок.

Установка химической подготовки воды

         К качеству питательной  воды на этиленовых производствах предъявляют  жесткие требования, так как оно  в значительной степени определяет надежность работы закалочно-испарительных аппаратов за счет поддержания высокой чистоты внутренней поверхности парообразующего пространства и качества получаемого пара.