ПЕЧЬ ДЛЯ ПИРОЛИЗА УГЛЕВОДОРОДОВ С ГОМОГЕННЫМ ТЕПЛОНОСИТЕЛЕМ

Предложен ряд конструкций реакторов для пиролиза, в которых углеводородные пары и газы нагреваются при смешении с горячими продуктами сгорания топливного газа.

Рис. 3. Печь для пиролиза углеводородов с гомогенным теплоносителем:

1-горелка, 2-топочная камера, 3-смесительный канал, 4-реакционная камера, 5-смотровое окно, 6-камера для "закалки";.

 

Рассмотрим схему печи Истмена, представленную на рис.3. Предварительно подогретое топливо при 300—500°С направляют в горелку 1 и в топочной камере 2 сжигают его в струе кислорода. Вместе с топливным газом подают водяной пар. Температуру продуктов сгорания регулируют, изменяя температуру предварительного подогрева топлива и кислорода, количество и температуру добавляемого водяного пара, и соотношение количества кислорода и топлива. При подаче в топочную камеру 45 м³/ч кислорода, 9,5 м³/ч топливного газа (пропана) и 195 м³/ч водяного пара температура продуктов сгорания достигает 2000—2500°С. Из топочной камеры продукты сгорания попадают в узкий смесительный канал 3, где они смешиваются с предварительно подогретым углеводородным сырьем и дополнительным количеством водяного пара. Пиролиз углеводородного сырья начинается в канале 3 и завершается в реакционной камере 4 Продукты реакции по выходе из печи быстро охлаждаются водой.

Получаемый газ пиролиза имеет следующий состав в % о6ъем

 

Таблица 1 Состав газов пиролиза.

 

Наименование аааание	% объем
С2Н2 С2 Н4 С3Н6 СН4 Н2 СО СО2 N2	9,1 16,6 0,9 18,1 33,7 5,9 14,7 0,4

При сжигании топливного газа в воздухе, а не в техническом кислороде, выходы целевых продуктов примерно те же, но получаемый газ сильно разбавлен азотом, поэтому концентрация ацетилена снижается до 38 обемн.%, этилена — до 5—4,5 объемн %. При сжигании топливного газа, обогащенного водородом, образуется водяной пар, который при охлаждении конденсируется, благодаря этому несколько повышается концентрация ацетилена и этилена.

Соотношение целевых продуктов (этилен и ацетилен) в газе пиролиза зависит от вида применяемого сырья, а при одном и том же сырье температуры. При повышении температуры относительное количество ацетилена в смеси ацетилена и этилена возрастает.

В настоящее время при конструировании реакционных агрегатов для пиролиза стремятся избежать применения огнеупоров, которые быстро изнашиваются при температурах процесса (>2000°С).

Карбидный способ больших энергетических затрат на производство карбида кальция. Этот метод сохранился до настоящего времени, хотя доля ацетилена получаемого этим способом год от года уменьшается. /4/

Так же для получения ацетилена применяется способ с частичным сжиганием углеводородов.

Промышленный процесс частичного сжигания углеводородов в многоканальных печах проводится следующим образом. Раздельно нагретые до 600 ⁰С метан (800 м³/ч) и кислород (400-500 м³/ч) поступают в реакционную печь, футированную в верхней и средней частях кирпичом. В верхней части печи находится цилиндрическая смесительная камера 7 диаметром 250 мм, в центр которой по трубе 1 из жароупорной стали вводится кислород; метан поступает с боку и равномерно распределяется по сечению аппарата, проходя через решетку 2 из жароупорной стали, расположенную над устьем кислородной трубы. Многоканальная реакционная печь для получения ацетилена окислительным пиролизом метана представлена на рис. 2.

В камере 7 оба газа полностью смешиваются. Мольное отношение кислорода к метану составляет 0,6-0,65. Температура в реакционной печи около 1500 ⁰С, время пребывания газов 0,003 сек. В нижней камере смешения расположены одна над другой на расстоянии 50 мм две колосниковые решетки 3 и 6 из высокоогнеупорного силикатного материала (силлиманита). Колосниковая решетка 6 толщиной 25 мм является распределительной, а нижняя решетка 3 служит огнепреградителем. Для безопасной работы печи скорость движения метано-кислородной смеси должна значительно превышать скорость распределения фронта пламени в газе.

Рис. 2. Многоканальная реакционная печь для получения ацетилена окислительным пиролизом метана (печь Заксе):

1—труба для ввода кислорода; 2—распределительная решетка; 3— нижняя колосниковая решетка; 4— форсунки для разбрызгивания охлаждающей воды; 5—реакционная камера; 6—верхняя колосниковая решетка; 7— смесительная камера.

Благодаря небольшим размерам отверстий (8—10 мм) газовая смесь проходит через решетку 3 со скоростью 30 м/сек, причем вследствие значительной ее толщины (200 мм,) газ между колосниками не воспламеняется и пламя образуется только по выходе газовой смеси из каналов решетки 3. В пусковой период в пространство под нижней решеткой

вводят небольшое количество нагретого кислорода для стабилизации горения. Количество последнего не превышает 6% от общего количества кислорода, требуемого для процесса. Продукты по выходе из реакционной камеры 5 быстро охлаждаются до 80°С в водяной завесе, создаваемой двумя рядами форсунок.

Для повышения экономических показателей процесса получения ацетилена из углеводородов в присутствии кислорода разработана новая конструкция реакционной печи, отличающейся тем, что для «закалки» ацетилена используют вместо воды бензиновые фракции. Метан (или другие углеводороды, а также бензиновые фракции) и кислород раздельно нагреваются, насыщаются водяными парами и смешиваются в камере. Пройдя через верхнюю колосниковую решетку, смесь поступает в реакционную камеру, где образуется ацетилен. В нижнюю часть камеры через специальные распределительные устройства подают пары бензиновой фракции, которая, понижая температуру ацетилена, сама разогревается до 800 ⁰С, в результате чего происходит пиролиз бензиновых углеводородов с образованием этилена и других олефинов. Далее реакционная смесь дополнительно охлаждается водой; газы пиролиза и конденсат выводятся из печи.

 

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

 

1. Платэ Н.А., Сливинский Е.В. Основы химии и технологии мономеров.-М: Наука: МАИК «Наука/Интерпериодика,» 2002.-696с.
2. Лебедев Н.Н. Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза. - М., Химия, 1988. – 592с.