Для компенсации отрицательного влияния этого давления и общего улучшения показателей процесса практикуется подача в печь вместе с сырьем перегретого водяного пара, снижающего пар­ циальное давление паров продуктов пиролиза и препятствующего реакциям уплотнения. На рис. 35 представлены кривые выхода

вует с компонентами реакционной смеси, что объясняется смеще­ нием равновесия в сторону соединений, богатых водородом. До­ стоинство водорода как разбавителя — повышение выхода этиле­ на, снижение выхода ацетилена, тяжелой части смолы и кокса; недостатки процесса — увеличение объема газа и снижение.выхо­ да пропилена.

Промышленное оформление процесса

Основные трудности, связанные с промышленным оформлением пиролиза, такие:

1 ) необходимость четкого регулирования продолжительности реакции, которая при высоких температурах составляет обычно доли секунды;

2 ) отложение кокса и сажи в реакционной зоне и при быстром охлаждении газа пиролиза (в «закалочном» аппарате);

3)необходимость применения жароупорных материалов;

4)ограничение пропускной способности установки вследствие значительного удельного объема реакционной смеси, обусловлен­ ного высокой температурой, низким давлением и разбавлением

сырья водяным паром. Последнее заставляет на установках сред­ ней и высокой пропускной способности иметь несколько (иногда 8— 1 0 ) печей.

Р и с. 36. П ечь кон струкций В Н И П И неф ть для вы сок отем п ератур н ого пиролиза:

Совершенствование конструкций трубчатых печей за последние годы позволило снизить время контакта с 2 до 0,25— 0,40 с н по­ высить температуру до 840—870 °С.

Для увеличения относительной поверхности труб (поверхность,, приходящаяся на единицу реакционного объема) печи делают мно­ гопоточными— с 4— 6 параллельными потоками. Объем реакцион­

ного змеевика должен обеспечить завершение реакции за короткий промежуток времени. Это достигается интенсивным и 'в то же время строго равномерным обогревом труб змеевика путем исполь­ зования печей с панельными горелками и одноили двухрядным экраном двухстороннего облучения.

Трубы в современных печах пиролиза по преимуществу верти­ кальные, что обеспечивает компактность печи. Печной блок «з двух таких печей конструкции ВНИПИнефть, предназначенных для пи­ ролиза бензина и имеющих общую дымовую трубу, изображен на рис. 36. Каждая печь имеет четырехпоточный змеевик диаметром 102 мм; производительность сдвоенной печи 14— 16 т сырья в час. Теплонапряженность труб составляет в среднем 222 тыс. кДж на 1 м2 в час, что обеспечивает максимальную температуру стенки змеевика 988 °С и допустимо для труб из стали Х25Н20. Смесь сырья и 50—70% водяного пара проходит часть труб конвекцион­ ной секции, размещенной на верху печи. В этой секции сырье должно только нагреваться (или нагреваться и испаряться); это соответствует температуре на выходе из секции «6 0 0 °С .

Необходимая эффективность процесса достигается, как сказано выше, при сочетании высокой температуры с малым временем кон­ такта. Применительно к трубчатым реакционным печам это соот­

теплопередачи от внутренней поверхности стенок труб к сырью определяется скоростью сырьевого потока, поэтому многопоточные змеевики пиролизных печей изготовляют из труб уменьшенного диаметра, чтобы увеличить соотношение их поверхности и объема потока сырья. Возможность повышения скорости паров ограничена гидравлическим сопротивлением в трубах и, следовательно, повы­ шением абсолютного давления в зоне реакции, препятствующего процессу. Иногда используют змеевики с переменным сечением, увеличивающимся к выходу, что снижает гидравлическое сопротив­ ление реакционной секции.

На рис. 37 представлена схема установки для пиролиза бензина (схема пиролиза газообразного сырья отличается тем, что водная промывка газов пиролиза заменена масляной и имеется первичная ректификация). Сырье подают насосом при 1— 1,2 МПа в паровой подогреватель Т-1, где оно нагревается до 100 °С; затем сырье сме­ шивают с водяным паром и двумя потоками подают в коллекторы, где поток разветвляется на четыре в каждом коллекторе. Пройдя часть труб конвекционной секции печи П-1, смесь паров бензина и водяного пара поступает в трубы реакционного змеевика. Газ вы­ водят из печи при 840— 850 °С и во избежание пиролитического уп­ лотнения непредельных углеводородов подвергают быстрому ох­ лаждению в «закалочном» аппарате А-1. Он представляет собой конденсатор смешения, куда подают водный конденсат. За счет теплоты испарения конденсата температура газа пиролиза снижа­ ется до 700 °С. Охлаждение на 140— 150 °С достаточно, чтобы за несколько секунд пребывания газа на участке от «закалочного» аппарата до котла-утилизатора Т-2 прекратить реакции пиролиза. Последующее снижение температуры происходит в закалочно-испа­ рительном агрегате (котел-утилизатор), где тепло газов пиролиза используется для производства водяного пара высокого давления.

Газ, охлажденный примерно до 400 °С, проходит еще одну ступень охлаждения в аппарате Е-1, куда подают тяжелое погло­ тительное масло. Описанная система охлаждения входит в печной агрегат, включающий также теплообменник и печь. После аппара­ та Е-1 все газовые потоки объединяют в общий коллектор, и даль­ ше система отделения смолы от газа общая для всех агрегатов.

Паро-газовую смесь направляют в две параллельно работающие колонны Е-1. В нижней части колонн поток отмывают от сажи и кокса тяжелым поглотительным маслом; верх колонн орошается легким поглотительным маслом. В нижней части колонн конденси­ руется наиболее тяжелая часть смолы, которую откачивают насо-' сом Н-1 через фильтры Ф-1 и после охлаждения в холодильнике Х-1 направляют в аппарат Е-1 и в низ колонн К-1 в качестве тя­ желого поглотительного масла, а балансовое количество выводят.

Облегченная паро-газовая смесь с верха колонн К-1 проходит конденсатор-холодильник ХК-1 и, охладившись до 30—35 °С, раз­

деляется в сепараторе С-1 на газ пиролиза, направляемый на ком­ прессию и далее на газоразделение, и обводненный конденсат лег­ кого масла, которое отделяют от воды в отстойнике С-2. Легкое масло частично подают на верх колонн К-1, а балансовое количе­ ство после отпаривания в колонне К-2 откачивают с установки.

Для переработки тяжелого дистиллятного сырья (вакуумный газойль) требуются более мягкий режим пиролиза и специальные меры, 'направленные на увеличение пробега печи. Так, в практику эксплуатации промышленных установок введена поочередная очистка от кокса одного или нескольких змеевиков печи: из них на несколько часов удаляют сырье и газифицируют образовавшийся кокс водяным паром. При этом достигнута продолжительность пробега 6 мес.

Типичный выход продуктов, полученный пиролизом атмосфер­ ного и вакуумного газойлей, в сопоставлении с материальным ба­ лансом пиролиза бензина представлен в табл. 10 (стр. 110). Эти данные свидетельствуют о значительном снижении выхода этилена с утяжелением сырья; однако выходы пропилена при низкой жест­ кости режима сопоставимы, а выходы бутадиена даже несколько выше. Естественно, что с утяжелением сырья выход смолы возрас­ тает.

Глубина превращения сырья при пиролизе и выход целевых продуктов определяются не только температурой и парциальным давлением углеводородных паров на выходе из реакционного зме­ евика печи, но и профилем температур по длине этого змеевика (при фиксированной температуре на выходе). Профили темпера­ тур могут иметь вид, изображенный на рис. 38. Выпуклая кривая/ соответствует быстрому нагреву сырья в начале змеевика до тем­ пературы реакции и постоянной температуре при весьма коротком времени, соответствующем максимальному выходу этилена. Одна­ ко такой (оптимальный и легко поддающийся оптимизации) ход температур ограничен из-за возможности перегрева труб. При вог­ нутой кривой 2, т. е. при медленном начальном нагреве, возра­ стают выходы пропилена и бутиленов за счет некоторого сниже­ ния выхода этилена. Кривая 3 иллюстрирует промежуточный слу­ чай, соответствующий равномерному нагреву по длине реакцион­ ного змеевика.

Для пиролиза помимо печных агрегатов используют реакторы с псевдоожиженным слоем инертного твердого теплоносителя (обыч­ но коксовые гранулы) и с движущимся слоем крупногранулированного теплоносителя. Такое аппаратурное оформление предназначено для тяжелого остаточного сырья, которое невоз­ можно пиролизовать в трубчатых печах из-за высокого выхода кокса.

Схема реакторного блока подобна схеме непрерывного коксова­ ния с порошкообразным коксом-теплоносителем. Спецификой пиро-