Реактор пиролиза

 

Изобретение относится к области деструкционных химических процессов и может быть использовано для проведения процесса пиролиза, например, в нефтехимии при пиролизе низкомолекулярных углеводородов с целью получения этилена и(или) пропилена. Использование заявленного изобретения обеспечивает повышение степени конверсии углеводородного сырья и селективности процесса пиролиза при низком гидравлическом сопротивлении реактора пиролиза. Реактор пиролиза включает систему параллельных труб, соединенных ретурбентами и помещенных в радиантную секцию трубчатой печи, при этом трубы заполнены пластинчато-каталитическими или инертными пластинчатыми элементами, причем пластинчатые элементы представляют собой две или три взаимно пересекающиеся пластины из инертного керамического материала, пропитанного каталитически активным компонентом, причем одна из взаимно пересекающихся пластин имеет в зоне ввода реакционной смеси длину, на 50-100% большую, чем остальные взаимно пересекающиеся пластины, и хвостовая часть удлиненной взаимно пересекающейся пластины, выходящая за пределы остальных взаимно пересекающихся пластин, имеет форму Архимедова винта, а на поверхности взаимно пересекающихся пластин выполнены полуконические чешуйчатые лепестки с просечкой по диаметру образующей окружности, направленные вершиной в сторону движения потока, причем рядом расположенные полуконические чешуйчатые лепестки имеют антибатно направленную кривизну лепестка. 1 з.п.ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области деструкционных химических процессов и может быть использовано для проведения процесса пиролиза, например, в нефтехимии при пиролизе низкомолекулярных углеводородов с целью получения этилена и (или) пропилена.

Известен реактор пиролиза, включающий систему параллельных труб, соединенных ретурбентами, заполненных катализатором и помещенных в радиантную секцию трубчатой печи (А.с. СССР 1787046 Трубчатая печь / Харичко М.А., Горлов В.Ф., Крейнина Г.П. и др. МКИ В 01 J 8/06, Бюлл. изобр. 1993 N1). Недостатком реактора является большое гидравлическое сопротивление реакционных труб, заполненных катализатором, приводящее к проведению процесса пиролиза при высоком давлении и образованию значительного количества смолистых веществ, дезактивирующих катализатор.

Известен также реактор пиролиза, включающий систему параллельных труб, соединенных ретурбентами и помещенных в радиантную секцию трубчатой печи, в котором трубы снабжены внешней или внутренней винтовой поверхностью (А.с. СССР 453184 Аппарат для проведения каталитических реакций / Люзько С.Л. МКИ В 01 J 9/04, Бюлл. изобр. 1974, N 46). Недостатком реактора является техническая сложность изготовления труб с внешней или внутренней винтовой поверхностью, наличие на трубах внешней винтовой поверхности снижает интенсивность теплоподвода за счет уменьшения конвективной составляющей теплового потока, а наличие на трубах внутренней винтовой поверхностью способствует осаждению на ней смолистых веществ с последующим их закоксовыванием.

Известен также реактор пиролиза, включающий систему параллельных труб, соединенных ретурбентами и помещенных в радиантную секцию трубчатой печи (Мухина Т. Н. , Барабанов Н. А., Бабаш С.Е. и др. Пиролиз углеводородного сырья. М. : Химия. - 1987.- С. 95-112. А.с. СССР 63297 Реактор пиролиза / Лалабеков С. К. МКИ C 10 G 9/20 31.03.1944). Недостатком реактора является неоднородность температурного поля в зоне реакции, приводящая к низкой конверсии исходного сырья и селективности процесса.

Изобретение решает техническую задачу - повышение степени конверсии углеводородного сырья и селективности процесса пиролиза при низком гидравлическом сопротивлении реактора пиролиза.

Указанный технический результат достигается тем, что в реакторе пиролиза, включающем систему параллельных труб, соединенных ретурбентами и помещенных в радиантную секцию трубчатой печи, трубы заполнены пластинчато-каталитическими или инертными пластинчатыми элементами, причем пластинчатые элементы представляют собой две или три взаимно пересекающиеся пластины из инертного керамического материала, который может быть пропитан или покрыт каталитически активным компонентом, причем одна из взаимно пересекающихся пластин имеет в зоне ввода реакционной смеси длину, на 50-100% большую, чем остальные взаимно пересекающиеся пластины, и хвостовая часть удлиненной взаимно пересекающейся пластины, выходящая за пределы остальных взаимно пересекающихся пластин, имеет форму Архимедова винта. Подобное устройство пластинчатых элементов обеспечивает предварительную закрутку реакционной смеси, приводящую к снижению толщины ламинарного подслоя на пластинчатых элементах и соответственно к интенсификации как термического, так и каталитического пиролиза, позволяя снизить температуру процесса.

Термический пиролиз интенсифицируется за счет того, что при закрутке реакционной смеси возрастает коэффициент теплоотдачи и перенос тепла от пластин, аккумулирующих тепло за счет термоизлучения, что приводит к дополнительному разогреву реакционной смеси, что приводит к увеличению скорости реакций пиролиза. Каталитический пиролиз интенсифицируется за счет того, что при закрутке реакционной смеси снижение толщины ламинарного подслоя на пластинчато-каталитических элементах снижает диффузионное сопротивление при перемещении реагирующих молекул из газового объема к активным центрам катализатора. Дальнейшая дополнительная интенсификация процесса пиролиза достигается, если на поверхности взаимно пересекающихся пластин выполнить полуконические чешуйчатые лепестки с просечкой по диаметру образующей окружности, направленные вершиной в сторону движения потока, причем рядом расположенные полуконические чешуйчатые лепестки имеют антибатно направленную кривизну лепестка, что приводит к дополнительной подкрутке потока реакционной смеси в непосредственной близости от поверхности взаимно пересекающихся пластин.

На фиг. 1 изображен реактор пиролиза, вид сбоку - продольный разрез, на фиг. 2 изображен пластинчатый элемент реактора, на фиг. 3 изображена одна из взаимно пересекающихся пластин с полуконическими чешуйчатыми лепестками - продольный разрез, на фиг.4 изображен фрагмент одной из взаимно пересекающихся пластин с полуконическим чешуйчатым лепестком.

Реактор пиролиза состоит из набора параллельно расположенных реакционных труб 1, соединенных по торцам ретурбентами 2. Внутри реакционных труб 1 размещены пластинчатые элементы 3, состоящие из взаимно пересекающихся одной или двух коротких пластин 4 и одной удлиненной пластины с закрученной хвостовой частью 5. На поверхности взаимно пересекающихся пластин 4 и 5 выполнены полуконические чешуйчатые лепестки 6. Реактор пиролиза размещается в трубчатой печи (не показана).

Реактор пиролиза работает следующим образом. Исходное углеводородное сырье, например бензиновая фракция, вводится в реакционные трубы 1, соединенные ретурбентами 2 в змеевик, размещаемый в трубчатой печи (не показана), в которой за счет сжигания топлива обеспечивается необходимый теплоподвод к змеевику для разогрева углеводородного сырья до температуры процесса пиролиза (800-850^oC при термическом пиролизе, 720-750^oC при каталитическом пиролизе). Проходя по реакционным трубам 1, углеводородное сырье вступает в контакт с пластинчатыми элементами 3 в виде двух или трех взаимно пересекающиеся пластины из инертного керамического материала, который для реализации термокаталитического пиролиза может быть пропитан или покрыт каталитически активным компонентом, и частично превращается в целевые непредельные углеводороды. Реакционная смесь, попадающая на пластинчатый элемент 3, вначале попадает на закрученную хвостовую часть удлиненной пластины 5, приобретая вращательное движение, а затем в зону взаимно пересекающихся пластин 4 и 5, что приводит к снижению толщины ламинарного подслоя на пластинчатых элементах и соответственно к интенсификации как термического, так и каталитического пиролиза. Дальнейшая дополнительная интенсификация процесса пиролиза достигается за счет дополнительной турбулизации потока при его прохождении в отверстия полуконических чешуйчатых лепестков 6.

Пример 1. На однотрубной стеклянной модели реактора пиролиза диаметром 30 мм и длиной 700 мм по прототипу при подаче воздуха до 200 л/мин подачей трассера (белые микрочастицы) установлено, что в потоке воздуха практически отсутствуют турбулентные вихри и перенос трассера идет в основном в ламинарном режиме.

Пример 2. На однотрубной стеклянной модели реактора пиролиза диаметром 30 мм и длиной 700 мм с установкой инертных пластинчатых элементов в виде двух взаимно пересекающихся пластин шириной 29 мм и длиной соответственно 150 и 250 мм с закрученной хвостовой частью удлиненной пластины по закону Архимедова винта по заявляемому изобретению при подаче воздуха до 200 л/мин подачей трассера (белые микрочастицы) установлено, что в потоке воздуха образуются устойчивые турбулентные вихри, интенсивно обтекающие как поверхность пластин, так и внутреннюю поверхность реакционной трубы.

Положительный эффект изобретения заключается в повышении степени конверсии углеводородного сырья и селективности процесса пиролиза за счет улучшения теплопередачи и диффузии сырьевых компонентов за счет образования в реакторе устойчивых турбулентных вихрей.

Экономическая эффективность изобретения заключается в возможности снижения расхода топлива в печь пиролиза на 3-5% за счет более эффективного использования тепла при интенсификации процесса пиролиза компонентов за счет образования в реакторе устойчивых турбулентных вихрей. При сжигании в печи 2 т/час условного топлива стоимостью 2000 руб./т 5% экономия топлива составляет 2·2000·0,05=200 руб./ч или 1.440.000 руб./год при 300 сутках эксплуатации.

Потребность народного хозяйства в изобретении - оборудование им нескольких десятков реакторов пиролиза.

Формула изобретения

1. Реактор пиролиза, включающий систему параллельных труб, соединенных ретурбентами и помещенных в радиантную секцию трубчатой печи, отличающийся тем, что трубы заполнены пластинчато-каталитическими или инертными пластинчатыми элементами, причем пластинчатые элементы представляют собой две или три взаимно пересекающиеся пластины из инертного керамического материала, который может быть пропитан или покрыт каталитически активным компонентом, причем одна из взаимно пересекающихся пластин имеет в зоне ввода реакционной смеси длину, на 50 - 100% большую, чем остальные взаимно пересекающиеся пластины, и хвостовая часть удлиненной взаимно пересекающейся пластины, выходящая за пределы остальных взаимно пересекающихся пластин, имеет форму Архимедова винта.

2. Реактор по п.1, отличающийся тем, что на поверхности взаимно пересекающихся пластин выполнены полуконические чешуйчатые лепестки с просечкой по диаметру образующей окружности, направленные вершиной в сторону движения потока, причем рядом расположенные полуконические чешуйчатые лепестки имеют антибатно направленную кривизну лепестка.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4