RU145336U1 - FURNACE TUBULAR BLOCK FOR PYROLYSIS OF LIGHT ALKANES - Google Patents
FURNACE TUBULAR BLOCK FOR PYROLYSIS OF LIGHT ALKANES Download PDFInfo
- Publication number
- RU145336U1 RU145336U1 RU2014120945/04U RU2014120945U RU145336U1 RU 145336 U1 RU145336 U1 RU 145336U1 RU 2014120945/04 U RU2014120945/04 U RU 2014120945/04U RU 2014120945 U RU2014120945 U RU 2014120945U RU 145336 U1 RU145336 U1 RU 145336U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pyrolysis
- radiation
- laser
- optical window
- furnace
- Prior art date
Links
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 title claims abstract description 49
- 150000001335 aliphatic alkanes Chemical class 0.000 title claims abstract description 9
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 40
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 23
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims abstract description 10
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims abstract description 9
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims abstract description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 6
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 4
- 238000002955 isolation Methods 0.000 claims description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 4
- SBIBMFFZSBJNJF-UHFFFAOYSA-N selenium;zinc Chemical compound [Se]=[Zn] SBIBMFFZSBJNJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims description 2
- IOLCXVTUBQKXJR-UHFFFAOYSA-M potassium bromide Chemical compound [K+].[Br-] IOLCXVTUBQKXJR-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 2
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 claims description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 24
- 239000007789 gas Substances 0.000 abstract description 17
- 238000010791 quenching Methods 0.000 abstract description 4
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 abstract description 4
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 3
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 abstract description 3
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 abstract description 3
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 150000001336 alkenes Chemical class 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 abstract 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 18
- OTMSDBZUPAUEDD-UHFFFAOYSA-N Ethane Chemical compound CC OTMSDBZUPAUEDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- 239000000047 product Substances 0.000 description 13
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 8
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 7
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 6
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 6
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 5
- 238000005194 fractionation Methods 0.000 description 5
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N Ethene Chemical compound C=C VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000005977 Ethylene Substances 0.000 description 3
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 3
- 239000000571 coke Substances 0.000 description 3
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 3
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 2
- ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N Propane Chemical compound CCC ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000007717 exclusion Effects 0.000 description 2
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 2
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 2
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 2
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 2
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical class [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 102220579497 Macrophage scavenger receptor types I and II_F23C_mutation Human genes 0.000 description 1
- 239000001273 butane Substances 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 229910002090 carbon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000006356 dehydrogenation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 1
- 239000012895 dilution Substances 0.000 description 1
- 238000001754 furnace pyrolysis Methods 0.000 description 1
- 239000003779 heat-resistant material Substances 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- IJDNQMDRQITEOD-UHFFFAOYSA-N n-butane Chemical compound CCCC IJDNQMDRQITEOD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OFBQJSOFQDEBGM-UHFFFAOYSA-N n-pentane Natural products CCCCC OFBQJSOFQDEBGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 239000001294 propane Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 229930195735 unsaturated hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
Landscapes
- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к химической промышленности, а именно, к устройствам для пиролиза легких алканов с получением олефинов и водорода. Полезная модель касается печного трубчатого блока для пиролиза легких алканов, который содержит топочную камеру со змеевиками из труб, конвекционную зону змеевика, радиантную зону змеевика, входное излучение лазера, лазерный излучатель CO2, оптический распределитель лазерного излучения, по, крайней мере, одно оптическое окно, систему изоляции оптического окна, закалочно-испарительный аппарат, патрубки для ввода сырья для пиролиза и вывода продуктов пиролиза, патрубок подачи изолирующего газа, диафрагмы смешения газовых потоков, внетопочную камера ввода лазерного излучения с тепловой изоляцией и системой изоляции оптического окна, зона поглощения сырьем излучения лазера. Технический результат - снижение температуры проведения процесса пиролиза с сохранением выхода целевых продуктов. 4 з.п. ф-лы, 2 ил., 2 табл. The utility model relates to the chemical industry, namely, devices for the pyrolysis of light alkanes to produce olefins and hydrogen. The invention relates to a furnace tube unit for pyrolysis of light alkanes, which contains a combustion chamber with pipe coils, a convection zone of a coil, a radiant zone of a coil, input laser radiation, a CO 2 laser emitter, an optical laser radiation distributor, at least one optical window , optical window insulation system, quenching and evaporation apparatus, nozzles for introducing raw materials for pyrolysis and output of pyrolysis products, insulating gas supply nozzle, gas flow mixing diaphragm, off-top chnuyu camera input laser radiation with thermal insulation and insulation system of the optical window, absorption zone raw laser. The technical result is a decrease in the temperature of the pyrolysis process while maintaining the yield of the target products. 4 s.p. crystals, 2 ill., 2 tab.
Description
Полезная модель относится к химической промышленности, а именно, к устройствам для пиролиза легких алканов (этана, пропана, бутана) с получением олефинов и водорода.The utility model relates to the chemical industry, namely, devices for the pyrolysis of light alkanes (ethane, propane, butane) to produce olefins and hydrogen.
Известен реактор пиролиза, включающий систему параллельных труб, соединенных ретурбентами и помещенных в радиантную секцию трубчатой печи. Типичная традиционная схема процесса для получения этилена из этана основана на высокотемпературном термическом пиролизе этана [Т.Н. Мухина, Н.Л. Барабанов, С.Е. Бабаш, В.А. Меньщиков, Г.Л. Аврех. Пиролиз углеводородного сырья. М, Химия, 1987, 240 с]. Недостатками такой технологии являются существенное коксообразование, заметно осложняющее реализацию процесса и требующее проведения регулярных регенерационных процедур; заметное количество отходов высокомолекулярных продуктов, а также содержащих их сточных вод; высокие удельные капитальные затраты, связанные со сложным процессом пост-реакционного разделения продуктов реакции.A known pyrolysis reactor, comprising a system of parallel pipes connected by returbents and placed in a radiant section of a tubular furnace. A typical traditional process scheme for producing ethylene from ethane is based on high-temperature thermal pyrolysis of ethane [T.N. Mukhina, N.L. Drum S.E. Babash, V.A. Menshchikov, G.L. Avrech. Pyrolysis of hydrocarbons. M, Chemistry, 1987, 240 s]. The disadvantages of this technology are significant coke formation, significantly complicating the implementation of the process and requiring regular regeneration procedures; a noticeable amount of high molecular weight waste products, as well as waste water containing them; high specific capital costs associated with the complex process of post-reaction separation of reaction products.
Известен способ повышения надежности и эффективности работы пиролизной печи, при котором осуществляется более равномерный обогрев излучающих стен топки за счет выполнения акустических горелок двухступенчатыми (РФ 2231713, F23C 1/08. 27.06.2004). Горелки устанавливаются на излучающих стенах топки с шагом 48-58 диаметра первичной смесительной камеры.There is a method of increasing the reliability and efficiency of the pyrolysis furnace, in which a more uniform heating of the radiating walls of the furnace due to the implementation of acoustic burners in two stages (RF 2231713, F23C 1/08. 06/27/2004). Burners are installed on the radiating walls of the furnace with a pitch of 48-58 diameters of the primary mixing chamber.
Известна пиролизная печь, которая выполнена в виде цельного металлического корпуса с футеровкой (РФ 30747, С10 В1/04, F23G5/027, 10.07.2003). Нагревательные элементы, равномерно расположены на внутренней поверхности в каналах футеровки печи. В устройстве предусмотрена сменная пиролизная камера с отводом продуктов пиролиза.Known pyrolysis furnace, which is made in the form of a solid metal body with a lining (RF 30747, C10 B1 / 04, F23G5 / 027, 07/10/2003). The heating elements are uniformly located on the inner surface in the channels of the furnace lining. The device provides a removable pyrolysis chamber with the removal of pyrolysis products.
Известно изобретение, которое позволяет создать условия для сочетания гидродинамической и термической деструкции углеводородного сырья, обеспечивающие высокий процент выхода непредельных углеводородов (РФ 2369431, B01J 7/00, C07C 11/00. 10.10.2009). В генератор горячих газов подают окислитель и горючее, после чего полученную смесь поджигают. Выходная часть генератора горячих газов сужается в сторону реакционной камеры с образованием сопла, а патрубки подачи углеводородного сырья расположены в зоне критического сечения сопла и ориентированы радиально. Сырье, движимое потоком из генератора горячих газов, поступает в реакционную камеру, в которой происходит высокоскоростной нагрев сырья. Далее продукты пиролиза поступают в закалочную камеру.Known invention, which allows you to create conditions for the combination of hydrodynamic and thermal degradation of hydrocarbons, providing a high percentage of unsaturated hydrocarbons (RF 2369431, B01J 7/00, C07C 11/00. 10.10.2009). An oxidizing agent and fuel are supplied to the hot gas generator, after which the resulting mixture is ignited. The output of the hot gas generator narrows toward the reaction chamber to form a nozzle, and the hydrocarbon feed pipes are located in the zone of the critical section of the nozzle and are oriented radially. The feed, driven by the flow from the hot gas generator, enters the reaction chamber, in which high-speed heating of the feed occurs. Further, the pyrolysis products enter the quenching chamber.
Наиболее близким является устройство, описанное в Т.Н. Мухина, Н.Л. Барабанов, С.Е. Бабаш, В.А. Меньщиков, Г.Л. Аврех. Пиролиз углеводородного сырья. М, Химия, 1987, 240 с.The closest is the device described in T.N. Mukhina, N.L. Drum S.E. Babash, V.A. Menshchikov, G.L. Avrech. Pyrolysis of hydrocarbons. M, Chemistry, 1987, 240 pp.
Типичные характеристики известного процесса пиролиза в таблице 1.Typical characteristics of the known pyrolysis process in table 1.
Подобная технология используется для современного многотоннажного производства этилена. В то же время ей присущи определенные недостатки, в частности:A similar technology is used for modern large-tonnage production of ethylene. At the same time, it has certain disadvantages, in particular:
- Существенное коксообразование, заметно осложняющее реализацию процесса и требующее проведения регулярных регенерационных процедур;- Significant coke formation, significantly complicating the implementation of the process and requiring regular regeneration procedures;
- Заметное количество отходов высокомолекулярных продуктов, а также содержащих их сточных вод;- A noticeable amount of high molecular weight waste products, as well as waste water containing them;
- Высокие удельные капитальные затраты, связанные со сложным процессом пост-реакционного разделения продуктов реакции.- High specific capital costs associated with the complex process of post-reaction separation of reaction products.
Преодоление этих недостатков возможно за счет применения нового процесса пиролиза, в котором в реакционную зону вводится дополнительно излучение CO2 лазера с плотностью мощности выше 10 Вт/см2.Overcoming these shortcomings is possible through the use of a new pyrolysis process, in which an additional CO2 laser radiation with a power density above 10 W / cm2 is introduced into the reaction zone.
Полезная модель решает задачу снижение капитальных затрат на строительство печного блока.The utility model solves the problem of reducing capital costs for the construction of the furnace block.
Технический результат, достигаемый предлагаемым решением, заключается в повышении степени конверсии углеводородного сырья при более низких температурах, а также в снижении требований к крио-жаропрочным материалам для изготовления труб печей пиролиза за счет снижения диапазона рабочих температур; снижении энергозатрат на первичное фракционирование и разделение продуктов за счет исключения из схемы блоков первичного фракционирования, дебутанизации и депентанизации и снижении тепловых потерь с дымовыми газами, связанных с тем, что за счет снижения общей температуры реакции возможно снижение температуры отходящих дымовых газов без существенного снижения эффективности теплообмена.The technical result achieved by the proposed solution is to increase the degree of conversion of hydrocarbons at lower temperatures, as well as to reduce the requirements for cryo-heat-resistant materials for the manufacture of pipes of pyrolysis furnaces by reducing the range of operating temperatures; reduction of energy costs for primary fractionation and separation of products due to the exclusion of primary fractionation, debutanization and depentanization blocks from the scheme and the reduction of heat losses with flue gases due to the fact that by reducing the overall reaction temperature it is possible to lower the temperature of the exhaust flue gases without significantly reducing the heat transfer efficiency .
Задача решается следующей конструкцией печного трубчатого блока для пиролиза легких алканов.The problem is solved by the following design of the furnace tube unit for pyrolysis of light alkanes.
Полезная модель поясняется Фиг. 1-2.:The utility model is illustrated in FIG. 1-2 .:
Фиг 1. Блок-схема печного блока пиролиза с дополнительным вводом лазерного излучения.Fig 1. The block diagram of the furnace pyrolysis unit with an additional input of laser radiation.
На Фиг. 1 представлена блок-схема печного трубчатого блока с лазерным управлением пиролизом легких алканов, где: 1 - топочная камера со змеевиками из труб; 2 - сырье для пиролиза; 3 - конвекциолнная зона змеевика; 4 - радиантная зона змеевика; 5 - продукты пиролиза; 6 - закалочно-испарительный аппарат; 7 - оптический распределитель лазерного излучения; 8 - CO2 лазерный излучатель; 9 - система изоляции оптического окна; 10 - стенка топочной камеры; 17 - змеевик.In FIG. 1 is a block diagram of a furnace tube unit with laser control for pyrolysis of light alkanes, where: 1 - a combustion chamber with pipe coils; 2 - raw materials for pyrolysis; 3 - convection zone of the coil; 4 - radiant zone of the coil; 5 - pyrolysis products; 6 - quenching and evaporation apparatus; 7 - optical laser radiation distributor; 8 - CO 2 laser emitter; 9 - optical window isolation system; 10 - wall of the combustion chamber; 17 - coil.
Фиг 2. Участок змеевика с внешним обогревом и с дополнительными вводами лазерного излучения в трубу пиролиза.Fig 2. The area of the coil with external heating and with additional inputs of laser radiation into the pyrolysis pipe.
На Фиг. 2 изображен участок радиантной зоны змеевика и системы изоляции оптического окна, где: 11 - участок трубы радиантной зоны змеевика; 12 - патрубок подачи буферного (изолирующего) газа (CH4, N2, H2, Ar); 13 - оптическое окно (ZnSe, NaC, KBr); 14 - диафрагмы смешения газовых потоков; 15 - входное излучение лазера; 16 - внетопочная камера ввода лазерного излучения с тепловой изоляцией и системой изоляции оптического окна; 17 - зона поглощения сырьем излучения лазера.In FIG. 2 shows a section of the radiant zone of the coil and the insulation system of the optical window, where: 11 is a pipe section of the radiant zone of the coil; 12 - pipe supply buffer (insulating) gas (CH 4 , N 2 , H 2 , Ar); 13 - optical window (ZnSe, NaC, KBr); 14 - diaphragm mixing gas flows; 15 - input laser radiation; 16 - out-of-line laser radiation input chamber with thermal insulation and an optical window isolation system; 17 - zone of the absorption of raw laser radiation.
Предложенная конструкция печного трубчатого блока для пиролиза легких алканов включает, в частности, следующие элементы: топочная камера со змеевиками из труб; конвекционная зона змеевика; радиантная зона змеевика; лазерный излучатель CO2, оптический распределитель лазерного излучения, по, крайней мере, одно оптическое окно, систему изоляции оптического окна, закалочно-испарительный аппарат, патрубки для ввода сырья для пиролиза и вывода продуктов пиролиза, патрубок подачи защитного газа, диафрагмы смешения газовых потоков; внетопочная камера ввода лазерного излучения с тепловой изоляцией и системой изоляции оптического окна, зона поглощения сырьем излучения лазера.The proposed design of the furnace tube unit for pyrolysis of light alkanes includes, in particular, the following elements: a furnace chamber with coils made of pipes; convection zone of the coil; coil radiant zone; a CO 2 laser emitter, an optical laser radiation distributor, at least one optical window, an optical window insulation system, a quenching and evaporation apparatus, nozzles for introducing raw materials for pyrolysis and output of pyrolysis products, a protective gas supply nozzle, gas flow mixing diaphragm; an extra-flow laser radiation input chamber with thermal insulation and an optical window isolation system, a zone of absorption of laser radiation by raw materials.
В качестве материала для изготовления оптического окна ввода лазерного излучения используются материалы, оптически прозрачные для излучения ИК-диапазона, например, ZnSe, KBr, NaCl и другие.As a material for the manufacture of an optical laser input window, materials are used that are optically transparent for IR radiation, for example, ZnSe, KBr, NaCl, and others.
В качестве лазерного излучателя используют излучение CO2 лазера с плотностью мощности излучения в диапазоне 50-10000 Вт/см2 или в качестве излучения используется излучение импульсно-периодического CO2 лазера с плотностью мощности излучения в диапазоне 50-10000 Вт/см2..As a laser emitter, radiation of a CO 2 laser with a radiation power density in the range of 50-10000 W / cm 2 is used or radiation of a pulse-periodic CO 2 laser with a radiation power density in the range of 50-10000 W / cm 2 is used .
В качестве материала для змеевика используют сталь низкой жаропрочности типа 12Х18Н10Т.As a material for the coil, steel of low heat resistance type 12X18H10T is used.
Процесс пиролиза легких алканов ведут в трубчатой печи, в которой реакционные трубы змеевиков снаружи обогреваются за счет сжигания углеводородного топлива. Внутри труб поддерживается температура порядка 630-700°C. В радиантной зоне пиролиза внутрь труб змеевика подается дополнительно излучение CO2 лазера с плотностью мощности до 10000 Вт/см2 через внетопочную камеру ввода лазерного излучения с оптическим окном и системой тепловой изоляции оптического окна. Для распределения лазерного излучения по участкам труб змеевика используется оптический распределитель лазерного излучения.The pyrolysis of light alkanes is carried out in a tubular furnace, in which the reaction tubes of the coils are heated externally by burning hydrocarbon fuel. Inside the pipes, a temperature of about 630-700 ° C is maintained. In the radiant pyrolysis zone, additional CO 2 laser radiation with a power density of up to 10,000 W / cm 2 is supplied inside the coil tubes through an extra-furnace laser radiation input chamber with an optical window and an optical window thermal insulation system. An optical laser beam distributor is used to distribute the laser radiation over the coil pipe sections.
Выходящая из печи пиролиза реакционная смесь охлаждается в закалочно-испарительном аппарате. Охлажденная смесь подвергается сепарации. Далее газовый поток компримируется до давления порядка 20 атм, после чего осушается и подается на разделение. Ожидаемая производительность печного блока по перерабатываемому сырью 10÷50 тыс.тонн в год.The reaction mixture leaving the pyrolysis furnace is cooled in a quench-evaporation apparatus. The cooled mixture is subjected to separation. Then the gas stream is compressed to a pressure of about 20 atm, after which it is dried and fed to the separation. The expected productivity of the furnace block for processed raw materials is 10 ÷ 50 thousand tons per year.
Благодаря излучению CO2 лазеров в трубах змеевиков создаются локальные зоны высоких температур, которые служат дополнительным источником радикалов, что приводит к снижения пороговой температуры реакции и температуры выхода целевых продуктов приблизительно на 150°C (в пристеночной зоне) по сравнению с прототипом. Характерной особенностью этого процесса является скачок конверсии этана при пристеночной температуре около 500÷550°C при воздействии осевого излучения. При этом сечение пучка излучения составляет около 2% от сечения трубы змеевика. Технологическая схема процесса пиролиза с лазерным излучением существенно проще. В этой схеме может не использоваться вода для разбавления сырья. Схема содержит меньше единиц основного оборудования, что обуславливает заметное снижение капитальных затрат (по предварительным оценкам, на величину до 20-25%) по сравнению со схемой прототипа.Owing to the emission of CO 2 lasers, local high-temperature zones are created in the tubes of the coils, which serve as an additional source of radicals, which leads to a decrease in the threshold reaction temperature and the yield temperature of the target products by approximately 150 ° C (in the wall zone) compared to the prototype. A characteristic feature of this process is a jump in the conversion of ethane at a wall temperature of about 500–550 ° C under the action of axial radiation. In this case, the cross section of the radiation beam is about 2% of the cross section of the pipe coil. The technological scheme of the process of pyrolysis with laser radiation is much simpler. In this scheme, water may not be used to dilute the feed. The scheme contains fewer units of basic equipment, which leads to a noticeable reduction in capital costs (according to preliminary estimates, by up to 20-25%) compared with the prototype scheme.
Важным следствием отказа от разбавления реакционной смеси водяным паром является существенное (в 1.7-1.8 раза) уменьшение объема реакционной смеси в печи пиролиза в пересчете на единицу объема подаваемого этана. Это позволяет либо повысить производительность существующих печных блоков, либо уменьшать габариты новых печей при сохранении прежней мощности по сырью.An important consequence of the refusal to dilute the reaction mixture with water vapor is a significant (1.7-1.8 times) decrease in the volume of the reaction mixture in the pyrolysis furnace in terms of unit volume of ethane supplied. This allows you to either increase the productivity of existing furnace blocks, or reduce the dimensions of new furnaces while maintaining the same raw material capacity.
Повышение плотности мощности лазерного излучения даже на фоне снижения вводимой мощности ведет к сдвигу температурного порога реакции в сторону более низких значений и к повышению глубины переработки сырья. Так, уровень конверсии этана около 60% обеспечивается при пристеночной температуре примерно на 150 градусов ниже, чем при стандартном нагреве газа через стенки.An increase in the power density of laser radiation even against the background of a decrease in the input power leads to a shift in the temperature threshold of the reaction to lower values and to an increase in the depth of processing of raw materials. Thus, an ethane conversion level of about 60% is ensured at a wall temperature of about 150 degrees lower than with standard gas heating through the walls.
По данным экспериментов [V.N. Snytnikov, T.I. Mishchenko, V.N. Snytnikov, S.E. Malykhin, V.I. Avdeev, V.N. Parmon. Autocatalytic gas-phase dehydrogenation of ethane. Res. Chem. Intermed, 2011, DOI 10.1007/s11164-011-0449-x.], в таком процессе можно достичь конверсии этана порядка 85% при относительно невысоких температурах (600-700°C) и атмосферном давлении. Такое снижение рабочей температуры весьма заметно уменьшает образование кокса, а также тяжелых продуктов пиролиза. За счет этого процесс можно вести без разбавления исходного этана водяным паром.According to experiments [V.N. Snytnikov, T.I. Mishchenko, V.N. Snytnikov, S.E. Malykhin, V.I. Avdeev, V.N. Parmon. Autocatalytic gas-phase dehydrogenation of ethane. Res. Chem. Intermed, 2011, DOI 10.1007 / s11164-011-0449-x.], In this process, ethane conversion of about 85% can be achieved at relatively low temperatures (600-700 ° C) and atmospheric pressure. Such a decrease in operating temperature significantly reduces the formation of coke, as well as heavy pyrolysis products. Due to this, the process can be carried out without dilution of the original ethane with water vapor.
В Таблица 2 приведены характеристики процесса пиролиза этана с лазерным стимулированием при температуре в печи пиролиза 630°C.Table 2 shows the characteristics of the laser-stimulated ethane pyrolysis process at a temperature in the pyrolysis furnace of 630 ° C.
Видно, что в составе продуктов реакции практически отсутствуют среднемолекулярные и тяжелые продукты C4 и C5+, кроме того, из-за отсутствия водяного пара не происходит образования оксидов углерода.It is seen that in the composition of the reaction products there are practically no medium-molecular and heavy products of C 4 and C 5 +, in addition, due to the absence of water vapor, the formation of carbon oxides does not occur.
С учетом этих характеристик из технологической схемы процесса можно исключить блоки первичного фракционирования, а также блоки разделения фракций C4 и C5.Given these characteristics, the primary fractionation blocks, as well as the separation blocks of fractions C 4 and C 5 can be excluded from the technological scheme of the process.
В качестве лазера предлагается использовать непрерывный и/или импульсно-периодический CO2 лазер мощностью до 700÷4000 Вт с длиной волны 10,6 мкм. Система изоляции оптического окна от перегрева горячим газом представляет собой камеру, заполненную защитным газом, и систему диафрагм - 14, формирующих газовые потоки и минимизирующих смешивание реагирующей смеси с защитным газом. Основная энергия подводится для пиролиза внешним нагревом реакционной зоны - 4. В качестве защитного газа для окон используется метан, водород и их смеси. Предполагаемый диапазон температур в объеме реактора 300÷700°C. Рабочие температуры на внешней стенке реакционной зоны составляют 500÷900°C.It is proposed to use a continuous and / or pulse-periodic CO 2 laser with a power of up to 700 ÷ 4000 W with a wavelength of 10.6 μm as a laser. The system for isolating an optical window from overheating by hot gas is a chamber filled with shielding gas and a diaphragm system - 14, which form gas flows and minimize mixing of the reaction mixture with shielding gas. The main energy is supplied for pyrolysis by external heating of the reaction zone - 4. Methan, hydrogen and mixtures thereof are used as a protective gas for windows. The estimated temperature range in the reactor volume is 300 ÷ 700 ° C. Operating temperatures on the outer wall of the reaction zone are 500 ÷ 900 ° C.
Расчет удельного потребления энергии в печи пиролиза, произведенный в предположении о том, что тепло выходящего потока эффективно рекуперируется для нагрева исходного газа, показывает, что теоретическое энергопотребление на 1 т произведенного этилена в данном процессе составляет 5.14 ГДж/т, что несколько ниже энергопотребления в традиционном процессе (~5.3 ГДж/т). Такое снижение связано с уменьшением образования побочных продуктов пиролиза этана.The calculation of the specific energy consumption in the pyrolysis furnace, made under the assumption that the heat of the effluent is effectively recovered to heat the source gas, shows that the theoretical energy consumption per 1 ton of ethylene produced in this process is 5.14 GJ / t, which is slightly lower than the traditional one process (~ 5.3 GJ / t). This decrease is associated with a decrease in the formation of by-products of ethane pyrolysis.
В предложенном процессе в энергопотребление печного трубчатого блока при осуществлении пиролиза вносит свой вклад энергопотребление лазеров. При применяемых CO2 лазеров с мощностью до 1 кВт излучения их потребляемая мощность электрической энергии составляет порядка 20 кВт. С учетом 40% общего КПД преобразования тепловой в электрическую энергию потребляемая лазером энергия эквивалентна 50 кВт тепловой энергии при сжигании топлива. Таким образом, в процессе пиролиза с использованием лазерного излучения дополнительный расход энергии на лазерное излучение составляет около 2% энергии энергопотребления в традиционном процессе, что сравнимо с потерями тепловой энергии в процессе пиролиза. Кроме того, в процессе пиролиза с использованием лазерного излучения возможно реальное снижение энергозатрат в результате 1, снижения энергозатрат на первичное фракционирование и разделение продуктов за счет исключения из схемы блоков первичного фракционирования, дебутанизации и депентанизации; 2, снижения тепловых потерь с дымовыми газами, связанных со снижением температуры отходящих дымовых газов.In the proposed process, the energy consumption of lasers contributes to the energy consumption of the furnace tube unit during pyrolysis. When using CO2 lasers with a power of up to 1 kW of radiation, their electric power consumption is about 20 kW. Taking into account 40% of the total conversion efficiency of thermal into electrical energy, the energy consumed by the laser is equivalent to 50 kW of thermal energy when burning fuel. Thus, in the process of pyrolysis using laser radiation, the additional energy consumption for laser radiation is about 2% of the energy consumption in the traditional process, which is comparable to the loss of thermal energy in the pyrolysis process. In addition, in the process of pyrolysis using laser radiation, a real reduction in energy consumption is possible as a result of 1, reduction in energy consumption for primary fractionation and separation of products due to the exclusion of primary fractionation, debutanization and depentanization blocks from the scheme; 2, reduce heat loss with flue gases associated with lower temperatures of the exhaust flue gases.
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014120945/04U RU145336U1 (en) | 2014-05-26 | 2014-05-26 | FURNACE TUBULAR BLOCK FOR PYROLYSIS OF LIGHT ALKANES |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014120945/04U RU145336U1 (en) | 2014-05-26 | 2014-05-26 | FURNACE TUBULAR BLOCK FOR PYROLYSIS OF LIGHT ALKANES |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU145336U1 true RU145336U1 (en) | 2014-09-20 |
Family
ID=51582613
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014120945/04U RU145336U1 (en) | 2014-05-26 | 2014-05-26 | FURNACE TUBULAR BLOCK FOR PYROLYSIS OF LIGHT ALKANES |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU145336U1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2593371C1 (en) * | 2015-08-28 | 2016-08-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Уникат" | Method for pyrolysis of alkanes |
-
2014
- 2014-05-26 RU RU2014120945/04U patent/RU145336U1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2593371C1 (en) * | 2015-08-28 | 2016-08-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Уникат" | Method for pyrolysis of alkanes |
| WO2017039477A1 (en) * | 2015-08-28 | 2017-03-09 | Общество с ограниченной ответственностью "Уникат" | Alkane pyrolysis method |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101273069B1 (en) | Adiabatic reactor to produce olefins | |
| CN103408013B (en) | Calcium carbide furnace with combination of oxygen heating method and electric heating method | |
| NO175718B (en) | Process for cleavage of hydrocarbons and apparatus for use in the process | |
| RU145336U1 (en) | FURNACE TUBULAR BLOCK FOR PYROLYSIS OF LIGHT ALKANES | |
| RU2580684C2 (en) | Method and device for obtaining acetylene and synthesis-gas | |
| WO2015183122A1 (en) | Furnace pipe unit for pyrolysis of light alkanes | |
| US3019271A (en) | Process and apparatus for treatment of hydrocarbons | |
| US3176047A (en) | Pyrolysis of hydrocarbons | |
| US20250019605A1 (en) | Autothermal cracking of hydrocarbons | |
| RU2593371C1 (en) | Method for pyrolysis of alkanes | |
| US3161695A (en) | Process for making acetylene | |
| US2785213A (en) | Method for producing acetylene | |
| US20250034463A1 (en) | Autothermal cracking of hydrocarbons | |
| US2574088A (en) | Furnace for converting hydrocarbons | |
| RU2497930C1 (en) | Procedure for pyrolysis of hydrocarbon stock | |
| CN118355093A (en) | Autothermal cracking of hydrocarbons | |
| SU688516A1 (en) | Method of thermal reprocessing of hydrocarbon raw material | |
| CN102177114A (en) | Method and device for preparing ethylenically unsaturated halogenated hydrocarbons | |
| SU785287A1 (en) | Method of acetylene production | |
| JPS6146516B2 (en) | ||
| JPS62218487A (en) | Method of thermal cracking for production of petrochemicals from hydrocarbon | |
| JPH06511464A (en) | Method for producing lower olefins and apparatus for carrying out the method | |
| JPS62218486A (en) | Method of selective thermal cracking for production of petrochemicals from hydrocarbon | |
| CN118355094A (en) | Autothermal cracking of hydrocarbons | |
| US2002524A (en) | Thermal treatment of gases and vapors |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM9K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20180527 |