Способ термической переработки углеводородного сырья Советский патент 1979 года по МПК C10G9/34 

кой за счет увеличения коэффициента теплоотдачи до ккал/м ч-град 2.

Основным недостатком данного способа является то, что подвод тепла к внешней поверхности стенки зоны пиролиза путем сжигания топлива недостаточно интенсивен по сравнению с отводом тепла от внутренней поверхности стенки зоны пиролиза, смоченного расплавом. Дальнейшее увеличение интенсивности теплоотвода путем излучения затруднено в связи с резким снижением КПД печи в результате неполноты сгорания топлива, высокой температуры отходящих дымовых газов и т. д.

Другим недостатком способа является неэффективный теплообмен между внешней поверхностью стенки зоны охлаждения и охлалсдаюш,им агентом. В результате лимитируюш,ей стадией теплообмена в известном способе переработки становится подвод тепла в зону пиролиза и отвод тепла из зоны охлаждения. Невысокая интенсивность теплоотвода в зону пиролиза и теплоотвода из зоны охлаждения предусматривает значительные размеры змеевика и печных агрегатов, что затрудняет дальнейшее повышение их единичной мошности; а также увеличению пребывания сырья в зонах пиролиза и охлаждения и к увеличению выхода нежелательных побочных продуктов. Так при пиролизе углеводородов увеличение времени пребывания сырья в зоне пиролиза уменьшает выход олефинов, ценного сырья для ряда процессов, и повышает выход малоценного метана.

Целью предлагаемого изобретения является повышение эффективности процесса - сокраш,ение размеров зон нагрева, пиролиза и охлаждения углеводородов и увеличение выхода целевых продуктов за счет повышения интенсивности теплообмена.

Цель достигается тем, что в способе термической переработки углеводородного сырья путем пропускания его через зону нагрева с последующей подачей нагретого сырья в зону пиролиза, осуществляемого с дополнительным подводом тепла с использованием в качестве теплоносителя расплавов металлов или их солей в виде пленки и дисперсии в потоке сырья и подачей полученных продуктов в зону охлаждения с использованием в зонах нагрева, пиролиза и охлаждения косвенного теплообмена, косвенный теплообмен осуществляют с помощью теплоносителя в виде расплава металлов или их солей, циркулирующего в замкнутой системе с источником принудительного нагрева последовательно через зоны пиролиза, охлаждения и нагрева.

Такой способ подвода тепла в зону пиролиза углеводородов вследствие высокой эффективности теплопередачи от циркулирующего теплоносителя к внешней поверхности стенки зоны пиролиза (коэффициент теплоотдачи 10 ккал/м ч-град) позволяет

по сравнению с прототипом в 5-10 раз увеличить теплонапряженность стенки зоны пиролиза от 10 -5-10 ккал/м ч-град при огневом нагреве, до 10 -5-10 ккал/м ч-град при нагреве теплоносителем и следовательно в 5-10 раз уменьшить размеры зоны пиролиза углеводородов.

Наряду с этим отвод тепла из зоны охлаждения, осуществляемый циркулирующим теплоносителем, позволяет увеличить общий коэффициент теплопередачи в зоне охлаждения в 2-5 раз (от 10 ккал/м ч-град при отводе тепла из зоны охлаждения паром высокого давления до 5-10

ккал/м2 ч-град при циркуляции теплоносителя) и следовательно в 2-5 раз сократить размеры зон охлаждения. Сокращение размеров зон пиролиза и охлаждения углеводородов приводит к уменьшению времени

пребывания продуктов и сырья в указанных зонах, что увеличивает выход целевых продуктов.

. Применение данного способа позволит уменьшить размеры технологического оборудования в целом почти на два порядка. Объем печи с огневым обогревом составляет 500 м в то время как объем аппарата, реализующего данный способ, составляет 10 мз.

Процесс переработки проводят следующим способом (см. чертеж). Углеводородное сырье А, нагретое в зоне 1 нагрева углеводородов, являющегося зоной предварительного нагрева, подают через смеситель

2 вместе с расплавом в зону 3 пиролиза углеводородов. В зоне пиролиза расплав образует подвижную пленку на стенках и одновременно пленку и дисперсию капель в потоке перерабатываемых продуктов. Углеводородное сырье в зоне 3 подвергается дальнейщему нагреву и химической переработке с образованием целевых и побочных продуктов. Побочные продукты могут быть газообразными, жидкими и твердыми (впоследнем случае кокс).

Продукты переработки углеводородного сырья поступают вместе с расплавом в зону 4 охлаждения. Охлажденные продукты переработки вместе с расплавом направляют в аппарат 5, в котором происходит отделение газообразных продуктов В от расплава. Далее расплав отделяют от кокса С и возвращают в цикл по контуру 6 через смеситель 2. Предварительно нагретое в зоне нагрева углеводородное сырье проходит через зоны смешения расплава с углеводородным сырьем, пиролиза и охлаждения углеводородов несколькими потоками.

Жидкий теплоноситель, нагретый в зоне

нагрева теплоносителя, представляющей собой ядерный реактор или теплообменник, в котором греющим агентом является теплоноситель ядерного реактора, направляют при помощи насоса 8 по замкнутому контуру 9 в зону пиролиза углеводородов. В зоне 3 теплоноситель отдает тепло на нагрев и переработку углеводородного сырья и затем поступает в зону 4 охлаждения, где оно нагревается за счет охлаждения продуктов переработки. Далее теплоноситель последовательно поступает в зону 1 нагрева углеводородов, являющийся зоной предварительного нагрева, и вновь возвращается в зону 7 нагрева теплоносителя. В качестве теплоносителя применяют расплавленные металлы и их смеси, например, щелочные металлы и их смеси, свинец, висмут, смесь свинец - висмут, галлий, индий, алюминий, а также расплавленные соли, например нитратнитритная смесь.

Пример. Бензиновую фракцию с температурами н. к. 80-186°С вместе с водяным паром в количестве 20 вес.% под давлением 2 атм при температуре 20°С направляют в зону 1 нагрева углеводородов, являющейся зоной предварительного нагрева. Туда же из зоны 4 охлаждения по замкнутому контуру поступает жидкий литий при температуре 749°С. Испаренный и нагретый до 300°С бензин, а также поступающий по контуру 6 расплав вместе с расплавом вводят в зону 3 пиролиза углеводородов. В зоне пиролиза бензин через стенку нагревают жидким литием, поступающим из зоны нагрева теплоносителя при температуре 1000°С в зону пиролиза углеводородов. Далее продукты переработки, содержащие 41 вес. % этилена, 15 вес. % пропилена, 21 вес. % тяжелых фракций поступают вместе с расплавом при 900°С в зону 4 охлаждения, где они через стенку охлаждаются до 400°С циркулирующим жидким литием. Температура лития при входе в зону охлаждения 350°С.

Длина зоны пиролиза углеводородов при расходе сырья 3 т/ч составляет 8 м, время пребывания сырья в зоне пиролиза менее 0,04 с, степень превращения сырья выше 98%. Длина зоны охлаждения составляет 2 м, время охлаждения продуктов менее 0,01 с. Весовое отношение расплава к сырью 0,2.

Использование данного способа переработки углеводородов обеспечивает по сравнению с существующими способами следующие преимущества:

а)сокращение длины зоны пиролиза с 80 до 8 м;

б)сокращение площади зоны охлаждения с 13 до 0,6 м2 и переход от многотрубчатой конструкции зоны охлаждения к конструкции труба в трубе;

в)сокращение объема печного агрегата с 500 до 10 м

г)увеличение выхода этилена от 26-28 до 40-42 вес. %.

Перечисленные преимущества обусловлены интенсификацией теплообмена от внещнего источника тепла к стенке - в зоне пиролиза углеводородов и от стенки к охлаждающему агенту - в зону охлаждения углеводородов. В связи с этим, как следует из приведенных данных, основные конструктивные параметры способа пиролиза изменяются более, чем на порядок, чтоприводит к качественно новому конструктивному рещению устройства, реализующего способ переработки углеводородного сырья.

Формула изобретения

Способ термической переработки углеводородного сырья путем пропускания его через зону нагрева с последующей подачей

нагретого сырья в зону пиролиза, осуществляемого с дополнительным подводом тепла, с использованием в качестве теплоносителя расплавов металлов или их солей в виде пленки и дисперсии в потоке сырья и подачей полученных продуктов в зону охлаждения, с использованием в зонах нагрева, пиролиза и охлаждения косвенного теплообмена, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности процесса,

косвенный теплообмен осуществляют с помощью теплоносителя в виде расплава металлов или их солей, циркулирующего в замкнутой системе с источником принудительного нагрева последовательно через

зоны пиролиза, охлаждения и нагрева.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 249370, кл. С 10G 9/34, 1967.

2. Авторское свидетельство СССР № 341320, кл. С 10 G 9/34, 1970.