ТРУБЧАТАЯ ПЕЧЬ ПИРОЛИЗА

Полезная модель относится к области нефтехимической промышленности и предназначена для использования в установках получения низших олефинов пиролизом углеводородного сырья в трубчатых печах.
В трубчатых печах пиролиза основной камерой является радиантная, в которой расположены трубы пирозмеевиков, где непосредственно протекают реакции разложения углеводородного сырья для получения низших олефинов. Как правило, пирозмеевики спроектированные на пиролиз прямогонного бензина не подходят для пиролиза таких углеводородов, как этан, пропан в связи с более высокой термической стабильностью последних. Использование пропана на печах, предназначенных для пиролиза прямогонного бензина, не позволяет достичь необходимой конверсии сырья 90-95%. Однако, в связи с применением прямогонного бензина для производства автомобильных топлив и ароматических углеводородов, возникает необходимость перехода на газообразные углеводороды.
Одним из видов трубчатых печей являются печи типа SRT-II, которые предназначены преимущественно для пиролиза прямогонного бензина или других жидких углеводородных фракций. Пирозмеевики этих печей состоят из четырех входных труб, которые в конечном итоге объединяются в одну трубу большого диаметра. Эти печи являются устаревшими в связи с неэффективным температурным профилем - медленным нагревом проходов пирозмеевиков паросырьевого потока до требуемой температуры пиролиза. Вследствие этого, на пирозмеевиках печей типа SRT-II отмечается низкий выход целевых продуктов и селективности процесса. При этом использовать газообразные виды сырья вместо прямогонного бензина на данных печах не выгодно в связи с низким выходом низших олефинов и малой конверсией сырья, что приводит к необходимости значительного рецикла газового сырья и снижению экономических показателей работы производства [Мухина Т.Н. Пиролиз углеводородного сырья / Т.Н. Мухина, Н.Л. Барабанов, С.Е. Бабаш - М.: Химия, 1987. - 240 с.].
Для решения проблемы увеличения конверсии сырья следующие поколения печей пиролиза SRT-III, SRT-IV и SRT-V модернизировались и различались степенью разветвленности змеевиков. Количество входных труб пирозмеевиков этих печей увеличивали с уменьшением их диаметра, что приводило к увеличению поверхности контакта потока со стенкой змеевика. При этом достигалась быстрая скорость нагрева паросырьевого потока до температуры пиролиза, в результате чего разложение протекало при оптимальной температуре с высокой селективностью, конверсией и выходом низших олефинов [Новый справочник химика и технолога. Сырье и продукты промышленности органических и неорганических веществ. Часть 1 / под общ. ред. Поконовой Ю.В. Стархова В.И. - СПб.: АНО НПО «Мир и Семья», 2002. - 988 с.]. Недостаток таких пирозмеевиков заключается в сложности достижения равномерного распределения потока по большому количеству входных труб, что приводит к нестабильному расходу потоков в начальных участках пирозмеевика и увеличению закоксовываности труб с наименьшим расходом.
7
Наиболее близкой к заявляемой полезной модели является трубчатая печь с многосекционным пирозмеевиком с параллельными трубами, выход которых подсоединен к U-образной трубе, установленной в радиантной камере трубчатой печи пиролиза на выходе из печи за последней секцией пирозмеевиков, при этом диаметр этих труб постоянен по всей длине и составляет 1,8-2,2 от диаметра предыдущей реакционной трубы, а длина - 2,2-2,3 от длины предыдущей реакционной трубы, при этом длина горизонтального участка U-образной трубы составляет 0,018-0,022 части от всей длины U-образной трубы [патент на полезную модель №15993, МПК C10G 9/20, опубл. 27.11.2000].
Недостатком предложенной конструкции является недостаточно быстрый нагрев паросырьевого потока до входа в U-образную трубу, что приводит к необходимости дополнительного нагрева потока до температуры пиролиза уже в самой U-образной трубе. При использовании прямогонного бензина данная конструкция обеспечивает сравнительно приемлемые выходы продуктов пиролиза. Применение же более термостойкой газовой фракции, например пропановой, в качестве сырья пиролиза приведет к неполной конверсии сырья на выходе из U-образной трубы и низким выходам низших олефинов.
Задачей полезной модели является усовершенствование выходного участка пирозмеевика с целью увеличения скорости нагрева, конверсии газовой фракции и повышения выходов продуктов пиролиза.
Сущность предложенной полезной модели заключается в модернизации трубчатой печи, а именно, выходного участка многосекционного пирозмеевика с параллельными трубами. По предлагаемой полезной модели выходной участок для пиролизованного сырья подсоединяется к двум прямым параллельным трубам, после которых пиролизованное сырье поступает в три прямые последовательные трубы, установленные в радиантной камере трубчатой печи пиролиза на выходе из печи за последней секцией пирозмеевиков, при этом диаметр и длина параллельных труб должны быть постоянными и равными диаметру и длине предыдущей реакционной трубы, а диаметр последних трех последовательных труб должен составлять 1,1-1,6 диаметра параллельных труб при длине последовательных труб 1,01-1,06 длины параллельных труб.
«Новизна» полезной модели заключается в наличии дополнительных труб, установленных на выходном участке пирозмеевика в радиантной камере печи пиролиза, которые предназначены для увеличения производительности печи (на 20%) в результате увеличения расхода сырья через пирозмеевики (на 20%) и увеличения скорости нагрева потока до температуры пиролиза и выдержки при этой температуры для увеличения конверсии сырья и повышения выходов продуктов, при этом длина и диаметр параллельных и последовательных труб зависят от диаметра и длины труб предыдущих участков на величину, отличную от описанной в прототипе.
«Промышленная применимость» доказывается проверкой возможности работы модернизированной трубчатой печи, которая имеется в наличии в рабочем состоянии в ОАО «Нижнекамскнефтехим».
Модернизированная по предполагаемой полезной модели печь имеет следующую конструкцию.
В радиантной камере 1 установлен многосекционный пирозмеевик, состоящий из ряда вертикальных труб 2 одинаковой длины и равного диаметра. Выходной участок 3 змеевика представляет собой две параллельные трубы большого диаметра, которые соединены с двумя параллельными трубами 4 такого же диаметра и длины, что и две предыдущие трубы 3. Далее поток следует в три трубы 5, расположенные последовательно.
Процесс пиролиза газового сырья в трубчатой печи осуществляют следующим образом. Поток пропана в смеси с водяным паром поступает в радиантную камеру 1 в трубы 2 равномерно с одинаковыми расходами по всем трубам, после которых потоки объединяются и поступают в следующие по потоку две параллельные трубы 3, где происходит предварительный нагрев. Две параллельные трубы 4 предназначены для нагрева сырья при увеличении производительности печи, в них протекает окончательный нагрев паросырьевого потока до температуры пиролиза. В трубах 5 паросырьевой поток выдерживают при температуре пиролиза, что способствует более полному разложению термостойкого сырья и увеличению выхода низших олефинов. Длина и диаметр параллельных труб 4 одинаковы с длиной и диаметром труб 3 пирозмеевика. Диаметр последовательных труб 5 равен 1,1-1,6 диаметра параллельных труб 4, а их длина составляет 1,01-1,06 длины труб 4.
В примере выполнения полезной модели используется для пиролиза трубчатая печь со змеевиком с диаметром 85×6,4 мм входных труб 2 и диаметром 114×9,0 мм двух труб 3 выходного участка длиной 11169 мм. На выходе установлены две параллельные трубы 4 такого же диаметра и длины, что и трубы 3. Три последовательные трубы 5 имеют диаметр 159×9,5 и длину 11629 мм.
Заявляемая модель позволяет при использовании модернизированного змеевика трубчатой печи пиролиза без изменения конструкции конвекционной секции увеличить конверсию сырья при увеличении производительности печи по сырью пиролиза или использовать более термостойкое сырье, чем ранее использованное, например, вместо прямогонного бензина - пропан с поддержанием необходимой конверсии (90-95%) и производительности по сырью.