Непрерывный рост потребности этилена, являющегося важнейшим нефтехимическим сырьем для производства чрезвычайно широкого ассортимента продуктов, вызывает непрерывный рост сырьевых ресурсов.

В настоящее время основная тенденция развития производства этилена сопровождается утяжелением сырья пиролиза, так как прирост экономически выгодных видов сырья, какими являются жидкие газы, значительно отстают от прироста потребных ресурсов сырья.

До настоящего времени в СССР и за рубежом основным методом производства этилена является пиролиз в трубчатых печах. Несмотря на большие успехи, достигнутые в развитии пиролиза в трубчатых печах, все же этот метод пиролиза имеет ряд существенных недостатков, как например: трудности передачи больших количеств тепла через стенки труб, большой расход лигированной стали, относительно невысокий выход этилена, периодичность работы печей, а также ограниченность пиролиза тяжелых видов углеводородного сырья из-за образования большого количества кокса.

Однако, коренное изменение технологии процесса пиролиза, связанное с увеличением выхода этилена, позволяет уменьшить ресурсы сырья и тем самим поднять удельный процент использования газообразного сырья.

Такое коренное изменение в технологии пиролиза может быть достигнуто с помощью применения цеолитосодержащего катализатора, обладающего высокой активностью и высокой предельнобезопасной температурой начала дезактивации. Высокая активность цеолитосодержащего катализатора позволяет получить высокий выход этилена, при сравнительно пониженной температуре процесса, а высокая предельно-безопасная температура начала дезактивации позволяет осуществить непрерывную регенерацию катализатора и тем самым обеспечить условия к созданию непрерывно действующей крупнотоннажной установки.

В данном случае применение цеолитосодержащего катализатора позволяет осуществить каталитический пиролиз в системе, с циркулирующим микросферическим катализатором, состоящего из прямоточного реактора, основанного на принципе идеального вытеснения и регенератора с псевдоожиженным слоем катализатора. Количество циркулирующего катализатора в основном диктуется условием переноса требуемого количества тепла из регенератора в реактор.

Особенность технологического оформления процесса позволяет осуществить многотоннажную систему каталитического пиролиза.

Для сопоставления каталитического пиролиза с термическим пиролизом были проделаны специальные исследовательские работы по гетерогенному термическому пиролизу пропановой фракции на кварцевом теплоносителе. Результаты этих работ позволили сделать сопоставительный анализ между каталитическим и термическим пиролизом и определить в целом основной путь интенсификации процесса пиролиза.

Настоящая работа посвящена изучению процесса каталитического пиролиза пропановой фракции на цеолитосодержащем катализаторе и ставит своей целью изучить возможность увеличения выхода этилена, изучения кинетики и механизма процесса, а также осуществления сопоставительного анализа, на основании данных исследовательских работ, между каталитическим пиролизом пропановой фракции на цеолитосодержащем катализаторе АШНЦ-3 и гетерогенным термическим пиролизом на кварцевом контакте.

Диссертация состоит из введения, восьми глав, 40 рисунков и 28 таблиц.

В первой главе приводится литературный обзор по термическому и каталитическому пиролизу пропана и легкого углеводородного сырья, а также некоторые данные по цеолитосодержащим катализаторам, применяемых в процессах каталитического крекинга углеводородного сырья.

Во второй главе приводится методика исследования каталитического пиролиза на цеолитосодержащем катализаторе и гетерогенного термического пиролиза на кварцевом контакте.

Проведен анализ получаемых продуктов и обработка опытных материалов. Экспериментальные работы проводились на лабораторной установке проточного типа состоящего из дозирующего устройства, смеси исходного сырья с разбавителем, реактора изготовленного из нержавеющей стали 1Х18НДТ, холодильника и приемника для пирогаза.

В качестве исходного сырья была принята пропановая фракция с содержанием пропана 89% вес.

В качестве катализатора был принят цеолитосодержащий катализатор АШНЦ-3, разработанный ВНИИНП.

С целью выяснения влияния цеолитосодержащего катализатора на процесс пиролиза были проделаны экспериментальные работы по гетерогенному термическому пиролизу пропановой фракции, в том же реакторе, на кварцевом контакте.

Каталитический и термический пиролиз осуществлялся при атмосферном давлении с стационарным расположением катализатора и кварцевого контакта в присутствии разбавителя - азот.

Экспериментальная часть состоит из вводного замечания и из третьей и четвертой главы. В третьей главе приводятся исследования каталитического пиролиза пропановой фракции на цеолитосодержащем катализаторе. Исследование влияния температуры, объемной скорости подачи сырья и степени разбавления сырья азотом при каталитическом пиролизе. На основании экспериментальных данных проведены кинетические расчеты определения энергии активации и вывода уравнения для определения константы скорости реакции в пределах температур опыта.

В четвертой главе приводятся исследования термического пиролиза пропановой фракции на кварцевом контакте.

Исследование влияния температуры и объемной скорости подачи сырья на кварцевом контакте. На основании экспериментальных данных проведены кинетические расчеты по определению энергии активации и вывод уравнений для определения константы скорости реакции в пределах температур опыта.

В пятой главе обсуждаются результаты проведенных исследований и данные сопоставительного анализа каталитического пиролиза пропановой фракции на цеолитосодержащем катализаторе и термического пиролиза на кварцевом контакте, которые позволили установить преимущество каталитического пиролиза, высказать ряд соображений о каталитическом механизме действия катализатора и наметить в целом дальнейшие пути интенсификации процесса пиролиза.

В шестой главе приводятся соображения к вопросу промышленного оформления процесса каталитического пиролиза.

В результате применения цеолитосодержащего катализатора, обладающего высокой активностью и высокой предельно-безопасной температурой дезактивации, представилась возможность осуществления непрерывного процесса с циркулирующим катализатором в системе реактор-регенератор.

В этом случае реактор представляется в виде прямоточной трубы, где пары сырья и катализатор подвергаются каталитическому пиролизу в пневмотранспортном потоке, а регенерация катализатора в регенераторе работающего по принципу кипящего слоя катализатора.

Разработана методика расчета прямоточного реактора применительно к условиям гетерогенного каталитического пиролиза с циркулирующим катализатором.

В седьмой главе приводятся выводы.

Промышленное оформление современной установки гетерогенного каталитического пиролиза должно отвечать следующим требованиям:

1. Простота конструкции реакционно-регенерационной части установки и соответственно минимальные капитальные затраты на тонну перерабатываемого сырья.

2. Возможность осуществления установки большой производительности по выработке этилена.

3. Гибкость работы установки при изменении производительности по сырью в широком диапазоне.

4. Продолжительность работы в межремонтный период.

Выше перечисленным условиям отвечает схема реакционно - регенерационной системы, где каталитическое превращение сырья протекает в пневмотранспортном потоке в смеси с катализатором (реактор идеального вытеснения), а регенерация в регенераторе с псевдоожиженным слоем катализатора. Применительно к условиям каталитического пиролиза пропановой фракции на рис.1 приводится принципиальная схема реакционно-регенерационного узла установки.

Описание принципиальной схемы реакционно-регенерационной

Исходное сырье поступает в дозирующее устройство, где смешивается с непрерывно поступающим отрегенерированным катализатором из регенератора (7) по напорному стояку (12),затем смесь паров сырья с катализатором в виде пневмотранспортного потока проходит сквознопоточный реактор (I), где осуществляется процесс каталитического пиролиза и поступают в отстойную камеру (2). Пары продуктов конверсии, пройдя циклонную систему, поступают в скруббер мокрой очистки пирогаза (5), орошаемого циркулирующим продуктом.

Очищенный пирогаз поступает на установку разделения, а жидкость в нижней части скруббера (5) отводится на очистку в фильтры, после чего возвращается обратно в виде орошения. Отработанный катализатор, из отстойной камеры (2), пройдя стрипинг секцию (6), поступает в напорный стояк (9), откуда через дозирующий клапан (14) поступает в кипящий слой катализатора в регенераторе, где подвергается регенерации в результате контакта с воздухом. Отрегенерированный катализатор, пройдя стрипинг секцию (II) направляется в напорный стояк (12), откуда, через дозирующий клапан (13), как вначале было отмечено, поступает в захватное сооружение на смешение с исходным сырьем.

1. Исследован гетерогенный каталитический пиролиз пропановой фракции на цеолитосодержащем катализаторе АШНЦ-3 в интервале температур 630-760╟С и объемной скорости подачи сырья 59-2260 час-1. Выявлены основные закономерности процесса.

2. Исследовано влияние объемной скорости подачи сырья на процесс каталитического пиролиза. Показано, что снижение объемной скорости подачи сырья до 69 час-1, при температуре процесса 760╟С, приводит к увеличению выхода этилена до 49,5% вес. на пропущенное сырье.

3. Для сравнительного анализа каталитического и термического пиролиза, в том же реакторе, что и для каталитического пиролиза, проведены исследования по гетерогенному термическому пиролизу на кварцевом контакте в интервале температур 750-850╟С и объемной скорости подачи сырья 46-1570 ч-1. Показано, что максимальный выход этилена при термическом пиролизе достигает 40% вес на пропущенное сырье при температуре процесса 850╟С и объемной скорости подачи сырья 60 ч-1.

4. Показано, что каталитический пиролиз характеризуется более высокими выходами целевого продукта и селективностью при относительно низких температурах процесса.

5. Изучено влияние степени разбавления сырья азотом на процесс гетерогенного каталитического пиролиза пропановой фракции. Показано, что в отличие от термического пиролиза при каталитическом пиролизе степень разбавления сырья не оказывает существенного влияния на выходы продуктов и селективность процесса.

6. Изучена кинетика гетерогенного каталитического и термического пиролиза пропановой фракции. Определены константы скорости реакции и энергии активации. Выведены уравнения для расчета константы скорости реакции.

7. Показано, что при постоянной глубине конверсии уменьшение температуры процесса каталитического пиролиза, при соответствующем уменьшении объемной скорости, приводит к увеличению выхода этилена, тогда как при термическом пиролизе наблюдается обратная картина.

8. Показано, что при постоянном выходе этилена повышение температуры процесса каталитического пиролиза, при соответствующем увеличении объемной скорости, приводит к увеличению глубины конверсии сырья, тогда как при термическом пиролизе наблюдается обратная картина.

9. При каталитическом пиролизе пропановой фракции,в отличие от термического пиролиза, отсутствует торможение процесса побочными продуктами реакции, в результате чего непрерывный рост выхода этилена наблюдается до полного превращения сырья.

10. При каталитическом пиролизе пропановой фракции, в отличие от термического пиролиза, выход этилена увеличивается с увеличением времени контакта.

II. Сравнительное изучение гетерогенного каталитического и термического пиролиза пропановой фракции показало, что при каталитическом пиролизе на цеолитосодержащем катализаторе АШНЦ-3 температура процесса ниже на 130-140╟С при идентичных выходах этилена.

12. Сравнительное изучение процессов каталитического и термического пиролиза пропановой фракции показало, что дальнейшее развитие процесса пиролиза необходимо вести в направлении гетерогенного каталитического пиролиза, обеспечивающего более высокий выход этилена при сравнительно невысокой температуре процесса.

13. На основе полученных экспериментальных данных выполнен расчет реакторного блока промышленной установки каталитического пиролиза на производительность 450 тыс. тонн/год. по выходу этилена.

Комментарии ?