Современное технологическое оформление процесса

Охлажденные до 100 – 120 °С продукты пиролиза вместе с водяным паром-разбавителем направляются в колонну, орошаемую охлажденной водой. В результате этого из газа пиролиза конденсируются вода и так называемое легкое масло, а газ пиролиза выводится на установку разделения. Легкое масло отстаивается от воды в сепараторе, частично направляется на орошение колонны первичного фракционирования, а остальное количество выводится с установки на дальнейшую переработку.

Горячая вода из сепаратора проходит узел очистки, после чего часть ее через теплообменник возвращается в котел-утилизатор и затем в виде пара идет на пиролиз. Другая часть воды направляется в системы утилизации ее тепла (например, отопление помещений, подогрев технологических потоков), дополнительно охлаждается в холодильнике и возвращается на орошение в колонну легкой фракции.

Пиролиз этана осуществляют в трубчатых печах в среде водяного пара при температуре 830—900оС и давлении, близком к атмосферному.

2.3.1 Материальный расчет

Исходные данные: годовая производительность установки по этилену 200 000 т; годовой фонд рабочего времени 8000 ч; состав исходной этановой фракции (φ1, %): С2Н4 - 0,73; С2Н6 - 89,80; С3Н6 - 4,69; С3Н8 - 4,70; С4Н8 - 0,08; массовое отношение водяной пар: этановая фракция = 0,4: 1,0; температура процесса 845 °С.

Последовательность расчета:

а) определяем степень конверсии этана в этилен по целевой реакции пиролиза;

б) рассчитываем объемный расход компонентов этановой фракции на входе в трубчатую печь (основной аппарат пиролизной установки);

в) определяем изменение состава газа в процессе пиролиза и состав газа на выходе из трубчатой печи.

Кинетика основной реакции процесса пиролиза

С2Н6 ± С2Н4 + Н2

удовлетворительно описывается уравнением первого порядка:

К = (2,303/τ) · Lg ·[a/(a - x)],

где К - константа скорости реакции, с-1; τ - время, прошедшее от начала реакции (оптимальная продолжительность пребывания реагентов в зоне высоких температур), с; а, х - количество реагента исходное и вступившее в реакцию соответственно, %.

Константу скорости реакции определяют по формуле:

lg К = 14,676 - 15800/Т,

где Т - температура процесса, К (Т = 845 + 273 = 1118 К).

lg К = 14,676 - 15800/1118 = 0,544; К = 3,5 с-1.

Продолжительность пребывания реагентов в зоне высоких температур определяют по формуле:

lg τ = -12,75 + 13700/1118 = -0,496=1,504; τ =0,32 с.

Определяем степень конверсии этана:

3,5 = (2,303/0,32) · lg·[100/(100 - х)]; х=67,3%.

Следовательно, степень конверсии этана α - 0,673. Фактическая степень конверсии этана в этилен меньше за счет повышения давления до 0,5 МПа и наличия в этановой фракции более тяжелых компонентов. При температуре 845 °С и времени контакта τ = 0,32 с степень конверсии этана в этилен составляет 60% (а' = 0,6).

Селективность процесса по основной реакции равна:

ß = а'/а = 0,6/0,673 = 0,89.

Часовая производительность установки в расчете на 100%-й этилен составит:

200 000 - 1000/8000 = 25000 кг/ч или 25000/28 = 892,86 кмоль/ч.

Расход этана, находящегося в составе поступающей на пиролиз этановой фракции:

892,86/0,6 = 1488,1 кмоль/ч.

Общий расход этановой фракции:

1488,1/0,898=1657,1 кмоль/ч.

Определяем состав этановой фракции на входе в трубчатую печь (табл. 2).

Количество водяного пара на входе в трубчатую печь (поток 2):

51743 · 0,4 = 20697 кг/ч или 1149,844 кмоль/ч.

Таблица 2. Состав этановой фракции (поток 1)