Дәріс 7. Пиролиз процесі. Негізгі сипаттамалары. Процестің принципиалдық және технологиялық сызба-нұсқасы.

Дәріс мазмұны. Пиролиз процесінің мақсатты бағыты – құрамы қанықпаған көмірсутектермен байытылған газ алу (төмен олефиндер өндірісі).

Пиролиз - мұнайхимиясының негізгі процессі. Пиролиз процесінің негізінде 75 % мұнайхимия қнімдері алынады. Процесс режимін реттеу арқылы этилен, пропилен, бутилен, бутадиеннің максималды шығымын алуға болады.

Мақсатты бағытына қарай пиролиз процесінің газдарынан - этилен, пропилен немесе бутан-бутадиен фракциясы алынады. Бұл газдар мұнайхимия өндірісінде қоланылады. Сонымен қатар, аз мөлшерде моноциклді және полициклді ароматты көмірсутектерден тұратын сұйық өнім (пиролиз шайыры) алынады. Пиролиздің сұйық өнімдерінен автокөлік бензиндерінің компоненттері бензол және басқа да көмірсутектер, техникалық көміртек, пек өндірістерінің шикізаттары ретінде қоланылады. Процестен алынған пропилен полипропилен, карилонитрил және бутадин өндірсі үшін бастапқы мономер болып табылады. Сұйық өнімнен пиролиз шайырынан бензол, ароматты көмірсутектер және техникалық көмірсутектің шикізаты алынады.

Процесс шикізаттарына газ және сұйық көмірсутектер жатады. Пиролиз процесінің шикізаттары – газтәрізді көмірсутектер – мұнайға серіктес газдар, мұнайөңдеу процестерінен бөлінетін технологиялық газдар, сұйық көмірсутектер: тікелей айдалған бензин фракциясы (40-160⁰С) риформинг рафинаты, керосин-газойльді фракция.

Пиролиз өнімінің шығымы процестің технологиялық режиміне және шикізатқа тәуелді. Мысалы, этилен этан пиролизінен алынады. Шикізат массасы ауырлаған сайын этилен шығымы азайып, сұйық өнімдер - пиролиз шайырының шығымы артады.

Төмен олефиндер шығымына температура, жанасу уақыты және реакциялық ортадағы парциалды қысым әсер етеді. Сұйық өнімнің пиролизделу режимін және оның термиялық тұрақтылығын бағалауда (жесткость) қаттылық факторы қолданылады.

мұндағы, t – температура, ⁰С, τ – жанасу уақыты, с.

Кей жағадайда фактордың орынына шикізаттың қрамын көрестетін Н/С қатынасы қолданылады. Процесс қатаң жағдайда жүрген сайын бұл мән төмендейді. Молекуладағы сутектің мөлшеріне сәйкес газтәрізді шикізаттар – этан, пропан, және н-бутан пиролизінде газ тәрізді өнімдердің шығымы жоғары. Сұйық шикізаттар қатарынан газ шығымы қайнау температурасы төмен парафинді негізді бензиндерде жоғары болады.

Сұйық шикізаттың, газ және газтәрізді қосылыстардың пиролизінде көп мөлшерде жеңіл компоненттердің түзілуі бу фазасының меншікті көлемінің артуымен жүреді. Ал бу фазасының меншікті көлемінің артуымен жүретін реакцияларға реакциялық зонадағы төмен қысым, сондай-ақ өнімнің парциал қысымы оң ықпал тигізеді. Пиролизде тығызыдалу реакциясының үлесін төмендету үшін процесс төмен қысымда жүргізіледі.

Құбырлы реакциялық аппараттарда гидравликалық кедергіні жою мақсатында артық қысымды ұстап түрады. Осы қысымның кері әсерін жою үшін, процестің жалпы көрсеткіштерін ұстап тұру мақсатында, пиролиз өнімі буының парициал қысымын төмендету мақсатында және тығыздалу реакциясының алдын алу үшін пешке өніммен бірге қыздырылған су буын береді.

Пиролиз қондырғысын өндірістік жабдықтаудағы кешіліктер:

1. Жоғары температурада секунд үлесінде жүретін реакция ұзақтығын нақты реттеу;

2. Реакциялық зонада кокстің түзілуі;

3. Ыстыққа төзімді материалдар қолдану;

4. Жоғары температура, төмен қысым, шикізатты су буымен сұйылту реакциялық қоспаның меншікті көлемін арттыру нәтижесінде қондырғының өнімді шығару қызметін қиындатады.

Құбырлы реакциялық аппараттардың кіреріндегі температура 760⁰С. Пиролиз өнімдерінің парциалдық қысымын реакциялық зонаға берілетін су буы төмендетеді. Яғни су буы кокс түзілу реакциясын төмендетеді. Бензин пиролизінің приниципиалды технологиялық сызба-нұсқасы 1 суретте көрсетілген.

Бензин 1-1,2 МПа қысыммен бу қыздырғышта қыздырылып (1), пештің (2) конвекциялық бөлігіндегі түтінді газдармен қыздырылып, бензинге шаққанда 50% су буымен және 30% этан-пропанмен араластырылады. Ары қарай бұл қоспа пеш иректерінің радиантты бөлігіндегі құбырларға келіп түседі. Иректерден шығардағы температура 810-840⁰С, реакция ұзақтығы 0,3-0,6с. Процесс барысында қанықпаған көмірсутектердің полимерленуінің алдын алу үшін салқындатқыш аппаратта салқындатылады. Тоңазытқыш –конденсаторда конденсаттың булану жылуының нәтижесінде реакциялық қоспаның температурасы 700⁰С төмендейді. Бұл температура жанама реакциялардың жүруін болдыртпай, қазан-утилизаторға (4) дейін жүруін қамтамасыз етеді. Қазан- утилизаторда реакция қоспасы 400⁰С төмендейді.

400⁰С темпеарутарға дейін салықындаған булы-газ қоспасы жуғыш колоннаға (7) бағытталады. Жуғыш колоннада қоспа 150-250⁰С салқындатылған фракциямен жансу нәтижесінде 180⁰С дейін салқындап, қатты көміртек бөлшектерінен жуғыш майлармен тазартылады. Ауыр конденсат (7) колоннаның төменгі бөлігінен (12) ректификациялық колоннаға жіберіледі. (7) колонаның жоғарғы бөлігінен приоконденсаттың 30⁰С температураға дейін салқындатылған жеңіл фракцияларының буымен (10) сеператорға беріледі. Жеңіл конденсат суландыру үшін (7) және (12) колонналарға бағытталады, (10) сеператорда бөлінген газ моноэтаноламинмен тазаланып, газды фракционирлеуші қондырғыға жіберіледі. (12) колоннадан бастапқы қайнау температурасы 150⁰С пиробензин, жеңіл шайыр (150-250⁰С), ауыр шайыр (>250⁰С).

1-Жылуалмастырғыш; 2 –пеш; 3- аппарат; 4 – қазан-утилизатор; 5 – маймен шаюға арналған ыдыс; 6- фильтр; 7- колонна; 8- тоңазытқыш; 9- конденсатор- тоңазытқыш; 10- сеператор; 11- сеператор-тұндырғыш; 12- буландырғыш колонна; 13- насос.

Сурет 1 - Бензин пиролизінің приниципиалды технологиялық сызба-нұсқасы.

1- Корпус; 2 – панельді қыздырғыш; 3 - радиантты камера; 4 – вертикалды құбырлар; 5 – конвекциялық камера.

Сурет 2 - Пиролиз пешінің сызба-нұсқасы.

Реакциялық иректердегі шикізаттың болу уақыты 0,01-0,1 с., жоғары температураға төзімді (870-920) арнайы пиролиз пештері қолданылады. Пиролиз пешінің өнімділігі жылына 50 000 тонна. Құбырлар арқылы радинатты иректердің өтуі бірнеше параллель ағындар (секция) түрінде орналасқан. Әрбір секция ыстыққа төзімді бірнеше құбырлардан тұрады. Құбыр ұзындығы 6-16 м., диаметрі 75-150 мм.