Схема пиролиза: Технологические схемы пиролиза бензина — Справочник химика 21

Содержание

Схема пиролизной установки. Технические характеристики пиролизной установки. Возможные комплектации. Планировка установки пиролиза.

Самая дешевая комплектация установки.  Данная схема предпочтительна при ограничении цеха по высоте и для 


Пиролизная установка с орошаемым трубчатым теплообменником расположенным над бассейном.

Средняя ценовая категория комплектации установки, немного дороже варианта 1.Требуется бассейн размером 3х8х1,2 метра. Для адаптированного к холодным условиям исполнения понадобится ограждение бассейна и подвод к нему вентиляции. Система с возможностью использования тепла установки для отопления цеха для этой установки не предусмотрена, или требует сложных воздуховодов и строительных работ. Более простое сервисное обслуживание и монтаж чем в установке с полностью затопленным в бассейне теплообменником. Сервис — 1 раз в 3 месяца требуется очистка внутренних поверхностей трубчатого теплообменника диаметром 100 мм и длиной 6 метров. Требуется небольшой приямок под топливный бак, или он может отсутствовать совсем, если слив в топливный бак ниже уровня теплообменника.


Пиролизная установка с охлаждением пиролизного масла в кожухотрубном теплообменнике.

Большая поверхность теплообмена по сравнению с первыми двумя вариантами, возможность комплектовать установку сепараторами и вакуумными модулями. Более высокое качество пиролизного масла, нет приямков под топливные баки, более компактная установка, требуется бассейн меньших размеров 2,5х3х1,2 метра, Легко и без дополнительного места монтируется система охлаждения установки с возможностью отопления цеха в зимний период и адаптированная к холодному климату система охлаждения воды. Для установки требуется изготовление площадки для монтажа теплообменников Чистка внутренних труб кожухотрубного теплообменника диаметром 40 мм. и длиной 3 метра 1 раз в 3 -4 недели.

Мы рекомендуем именно эту комплектацию пиролизной установки. Все цены на сайте даны для этой комплектации установки.


Полностью автоматизированная пиролизная установка с орошаемым трубчатым теплообменником расположенным над бассейном.

Установка в исполнении 2 дополнительно оборудована автоматической системой извлечения и хранения углерода, автоматической системой  загрузки. Система автоматической загрузки материалов в реактор установки снижает тредоемкость и время загрузки, повышает плотность загрузки реактора установки. Это повышает производительность установки, снижает сроки окупаемости. Установка может комплектоваться системами охлаждения пиролизного масла с затопленным в бассейне теплообменником и кожухотрубным теплообменником.

Описание работы пиролизных установок ФОРТАН

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ FORTAN









Производительность5,2 м3/сутки (до 4 тонн)
Габариты3,3Х2,5х5,6 м
Установленная мощность1,1 кВт
Количество ретортных печей, шт1
Количество реторт, шт2
Номинальный объем загрузочной камеры, m32,6
Номинальное напряжение питания, В380
Номинальная частота тока, Гц50


 

Установка пиролиза FORTAN комплектуется двумя ретортами, изготовленными из жаростойкой, нержавеющей стали. Модуль пиролиза футерован высокотемпературной теплоизоляцией на основе керамического волокна и огнеупорным бетоном — во время работы температура наружной стенки модуля безопасна для обслуживающего персонала. Крышка реторты изготавливается с затвором специальной конструкции, который обеспечивает полную герметизацию пространства внутри реторты и исключает вероятность дымления. Установки FORTAN обеспечены необходимыми приборами для контроля процесса и пультом управления для регулирования и корректировки работы установки. Взрывобезопасный клапан и система аварийного сброса газа обеспечивают безопасность сотрудников и оборудования в случае нарушения эксплуатации установки. Установки FORTAN предназначены для мобильного использования: имеют стандартные габариты для транспортировки любыми видами транспорта, фланцевые соединения во всей конструкции, благодаря чему процесс монтажа-демонтажа занимает минимум времени, и подставку для транспортировки. Площадка для их размещения не требует длительной подготовки и строительных работ.


Эффективной является работа на 2-ух модулях и больше одновременно, т.к. избыточный газ из первой печи может быть использован для разогрева второй. В каждый период времени печи находятся на разных стадиях процесса. Сдвиг фазы процесса между 2 печами выбран таким образом, что вторая печь проходит стадию максимального газообразования в тот момент, когда первая печь испытывает наибольшую потребность в топливе. Таким образом, нет необходимости в дополнительном твердом топливе, выбросы в атмосферу существенно уменьшаются и не нужно устанавливать газгольдер для временного хранения пиролизного газа, а большое количество пиролизных модулей полностью сводит проблему розжига нет.

Отходы перерабатываются без дополнительной подготовки и обработки.

Обслуживающий персонал: 1 человек может обслуживать до трех модулей единовременно при круглосуточной работе оборудования. Специалисты нашей компании обучают Ваш персонал и осуществляют пуско-наладку оборудования.  

Существует специальное исполнение установки FORTAN для полунепрерывного пиролиза жидкого сырья. Поскольку выход остатка пиролиза масел или мазута достаточно мал (0.05…0.1 по массе), то заполнение им реторты в конце цикла обычного периодического процесса невелико. Несмотря на малое заполнение реторты, для осуществления следующего цикла реторту необходимо заменить другой, заполненной сырьем, что требует манипуляций с ретортами, трубопроводами и уплотнениями. На установках полунепрерывного процесса жидкое сырье подают в реторту непрерывно на протяжении всего цикла посредством специальной форсунки до тех пор, пока реторта не будет заполнена остатком на 40…50 процентов. После этого заполненная реторта заменяется на пустую – в комплекте установки FORTAN поставляются две сменные реторты. Применение непрерывной подачи позволяет увеличить производительность (до 4…5 т/сут вместо 2…3 т/сут), уменьшить частоту циклов (не более 1 цикла в 3-4 дня вместо 2 циклов в сутки), что уменьшает трудоемкость переработки (меньше манипуляций с ретортой, крышкой реторты, уплотнениями).

Сырье (использованные шины, медицинские, пластиковые, электронные отходы, отходы нефтепереработки и др.) загружается в сосуд из жаростойкого материала (реторту). Реторта помещается в печь. Сырье нагревается посредством теплопередачи через стенки реторты и подвергается термическому разложению (пиролизу) с образованием парогазовой смеси и углеродистого остатка — полукокса.

 

Парогазовая смесь выводится из реторты по трубопроводу, охлаждается, пары конденсируются и полученная жидкость отделяется от неконденсирующихся газов. Жидкость накапливается в сборнике жидкого продукта, газ частично или полностью используется для поддержания процесса (сжигается в печи). По окончании процесса пиролиза реторту с полукоксом извлекают из печи и устанавливают в печь реторту с сырьем.

Ретортная печь — вертикальная, шахта печи футерована огнеупорным бетоном и высокотемпературной теплоизоляцией на основе керамического волокна. В нижней части шахты печи установлены колосники для сжигания твердого топлива и горелочное устройство для сжигания горючих газов. Интенсификация горения и перемешивания топочных газов достигается воздушным наддувом. В шахту печи через открытый верх шахты помещается реторта с сырьем. Реторта — цилиндрический сосуд из жаростойкой стали, с крышкой. Специальный затвор по периметру сопрягаемых поверхностей реторты и печи обеспечивает герметизацию внутреннего пространства печи.

Конденсатор-холодильник предназначен для охлаждения и конденсации паров жидких продуктов пиролиза. Парогазовая смесь поступает из реторты в конденсатор-холодильник по трубопроводу через быстроразъемное соединение и сильфонный компенсатор деформаций. Конденсат и неконденсирующиеся газы отводятся по трубопроводу в сборник-сепаратор.

Сборник-сепаратор — цилиндрическая емкость, предназначенная для сбора жидких продуктов пиролиза и частичного улавливания брызг жидких продуктов из газового потока.

Окончательная очистка газа от капель жидкости осуществляется в газожидкостном сепараторе.

Горючий газ поступает в горелочное устройство печи и/или другим потребителям.

Реторта загружается сырьем вне печи в горизонтальном или вертикальном положении. После загрузки реторта закрывается крышкой.


Загруженная реторта устанавливается в печь и при помощи быстроразъемного соединения подключается к трубопроводу холодильника-конденсатора.

Реторта может устанавливаться как в горячую печь, так и в холодную (при запуске).

Для розжига печи твердое топливо (дрова, уголь, полукокс) загружается на колосники через дверь печи и поджигается.

Интенсификация горения обеспечивается наддувом воздуха под колосники, интенсификация перемешивания газов в печи и регулирование температуры в печи обеспечивается наддувом воздуха через воздушное сопло горелочного устройства.

Газ пиролиза поступает в горелочное устройство и воспламеняется. По мере увеличения потока газа наддув воздуха под колосники (для горения твердого топлива) уменьшают.

Окончание процесса пиролиза определяется по уменьшению потока газа. Для получения высококачественного полукокса процесс ведут до прекращения выделения газа («прокалка»). По окончании процесса примерно на 30 мин прекращают наддув и подачу газа с целью несколько снизить температуру реторты и футеровки печи перед извлечением реторты.

После снижения температуры реторта отключается (быстроразъемным соединением) от трубопровода холодильника-конденсатора и извлекается из печи, в печь устанавливается загруженная реторта.

Извлеченная горячая реторта остывает на воздухе. После остывания открывается крышка реторты, и производится выгрузка полукокса опрокидыванием.

Огнеупорный бетон и керамическое волокно обеспечивают высокую стойкость футеровки и долговечность печи (расчетный срок службы печи не менее 10 лет в отличии от печи на основе обыкновенной стали (расчетный срок службы которой не более полугода). Бетонная футеровка ремонтопригодна. По окончании срока службы изношенная футеровка может быть заменена.

Наддув позволяет эффективно сжигать низкосортные топлива и минимизировать время разогрева печи.

Реторта из жаростойкой стали обладает высокой стойкостью к условиям эксплуатации и небольшой массой. Съемная реторта позволяет эксплуатировать печь практически непрерывно, устанавливая и извлекая реторты. Остывание полукокса в закрытых ретортах на воздухе позволяет отказаться от тушения полукокса водой и снизить экологическую нагрузку. Разгрузка опрокидыванием позволяет отказаться от трудоемкой, медленной и опасной для здоровья ручной разгрузки. Съемная реторта ремонтопригодна, по мере необходимости можно заменить наиболее напряженную (и небольшую по массе) часть — днище.

Трубопроводы парогаза и холодильник-конденсатор выполнены доступными для очистки от возможных отложений.


Установки плазменного пиролиза и ректификации с получением топлива PLAZARIUM MPS


Блок пиролиза:

















Характеристики

Величина

Производительность блока пиролиза (Примечание 1)

от 50 до 1000 кг в час (от 1 до 25 тонн в день)

Подача сырья

Постоянная или периодическая (1 раз в 10-12 часов)

Напряжение сети переменного тока, В

3 фазы, 380±10% (Примечание 2)

Частота питающего напряжения, Гц

50/60

Потребляемая мощность основного технологического оборудования, кВт на каждые 2,5 тонны в день

до 20

Среднемассовая температура в реакторе пиролиза, °С

до 650

Среднемассовая температура в топочной камере, °С

до 750

Охлаждение системы конденсации топлива

Водяное, замкнутое (Примечание 3)

Диапазон рабочей температуры окружающей среды, °С

от — 60 до + 50

Габаритные размеры, Д×Ш×В, м


соответствуют размерам морских контейнеров в 20/30/40 футов


Количество контейнеров

от 1 до 2 и более (Примечание 4)

Суммарная масса блока, тонн

от 8 до 40 (в зависимости от производительности)

Режим работы (Коэффициент рабочего цикла)

Продолжительный, непрерывный (ПВ=100%)


Блок ректификации:


















Характеристики

Величина

Производительность блока ректификации (Примечание 1)

от 50 до 1000 литров в час (от 1 до 25 тонн в день)

Подача сырья

Постоянная или периодическая (1 раз в 10-12 часов)

Напряжение сети переменного тока, В

3 фазы, 380±10% (Примечание 2)

Частота питающего напряжения, Гц

50/60

Потребляемая мощность основного технологического оборудования, кВт на каждые 2 тонны в день

до 5

Рабочая температура в колонне ректификации, °С

до 380

Среднемассовая температура в реакторе пиролиза, °С

до 560

Среднемассовая температура в топочной камере, °С

до 680

Охлаждение системы конденсации топлива

Водяное, замкнутое (Примечание 3)

Диапазон рабочей температуры окружающей среды, °С

от — 60 до + 50

Габаритные размеры, Д×Ш×В, м


соответствуют размерам морских контейнеров в 20/30/40 футов


Количество контейнеров

от 1 до 2 и более (Примечание 4)

Суммарная масса блока, тонн

от 6 до 30 (в зависимости от производительности)

Режим работы (Коэффициент рабочего цикла)

Продолжительный (ПВ=100%) или периодичный (ПВ=100% в 2 смены)


Блок плазменного крекинга:

















Характеристики

Величина

Производительность блока плазменного крекинга (Примечание 1)

от 50 до 1000 кг в час (от 1 до 25 тонн в день)

Подача сырья

Постоянная / непрерывная

Напряжение сети переменного тока, В

3 фазы, 380±10% (Примечание 2)

Частота питающего напряжения, Гц

50/60

Потребляемая мощность основного технологического оборудования, кВт

соответствует 10% от мощности плазменной системы

Мощность плазменной системы, кВт

от 50 и более (в зависимости от производительности блока)

Рабочая температура в пятне контакта плазменной струи и перерабатываемого сырья, °С

1000-1200

Охлаждение системы конденсации топлива

Водяное, замкнутое (Примечание 3)

Диапазон рабочей температуры окружающей среды, °С

от — 60 до + 50

Габаритные размеры, Д×Ш×В, м


соответствуют размерам морских контейнеров в 20/30/40 футов


Количество контейнеров

от 1 до 2 и более (Примечание 4)

Суммарная масса блока, тонн

от 5 до 30 (в зависимости от производительности)

Режим работы (Коэффициент рабочего цикла)

Продолжительный, постоянный (ПВ=100%)


Блок хранения топлива:














Характеристики

Величина

Объем топлива для хранения и обмена между блоками пиролиза, ректификации и плазменного крекинга (Примечание 1)

соответствует двойной производительности блоков пиролиза, ректификации и плазменного крекинга

Виды сохраняемого топлива

жидкое синтетическое топливо, тяжелая углеводородная фракция, бензиновая и дизельная фракции

Напряжение сети переменного тока, В

3 фазы, 380±10% (Примечание 2)

Частота питающего напряжения, Гц

50/60

Потребляемая мощность основного технологического оборудования, кВт

2

Диапазон рабочей температуры окружающей среды, °С

от — 60 до + 50

Габаритные размеры, Д×Ш×В, м


соответствуют размерам морских контейнеров в 20/30/40 футов


Количество контейнеров

от 1 до 2 и более (Примечание 4)

Суммарная масса блока, тонн

от 3 до 40 (в зависимости от производительности)

Режим работы (Коэффициент рабочего цикла)

Продолжительный, постоянный (ПВ=100%)

Примечания:

1 — Возможно изготовление по заказу установок для плазменного пиролиза производительностью до 80 тонн в день (HGP-3000) и до 100 тонн в день (HGP-5000).

2 — Источник питания обеспечивает автоматическую адаптацию к любому входному напряжению в диапазоне 380–450 В для трех фаз.

3 — Выбор охлаждения зависит от технического задания на разработку установки плазменного пиролиза.

4 — Установка базируется в стандартных 20/30/40 футовых контейнерах, количество контейнеров от 1 до 6 и более (зависит от требуемых параметров уничтожения, количества и производительности основных блоков, типа отходов и ТЗ заказчика).

5 — Все параметры установки плазменного пиролиза изготавливаются в соответствии с ТЗ заказчика.

Автоматизированная переработка резинотехнических изделий методом пиролиза

Заргарян Елена Валерьевна1, Квитко Владислав Николаевич2
1Южный Федеральный Университет, к.т.н, доцент кафедры систем автоматического управления
2Южный Федеральный Университет, студент кафедры систем автоматического управления

Zargaryan Elena Valerevna1, Kvitko Vladislav Nikolaevich2
1Southern Federal University, Ph. D., assistant professor of automatic control systems department
2Southern Federal University, student of automatic control systems department

Библиографическая ссылка на статью:
Заргарян Е.В., Квитко В.Н. Автоматизированная переработка резинотехнических изделий методом пиролиза // Современная техника и технологии. 2014. № 5 [Электронный ресурс]. URL: https://technology.snauka.ru/2014/05/3832 (дата обращения: 24.01.2022).

Актуальность темы. На данный момент в стране и мире остро стоит проблема хранения, утилизации и переработки отходов. Большая часть отходов приходится на твердые бытовые, в том числе на изношенные шины различных транспортных средств. По примерным подсчетам на данный момент в мире имеются запасы порядка 35 миллионов тон, а ежегодный прирост составляет примерно 6-7 миллионов тон. Из упомянутого количества изношенных покрышек перерабатывается только 23-25%. Переработки производится либо методом сжигания с целью получения энергии, либо методом механического измельчения в различные фракции для дальнейшего использования в качестве различных внешних покрытий дорог, тротуаров, спортивных и детских площадок. Остальные 75% просто складируются на открытых полигонах или в подземных хранилищах из-за отсутствия рентабельного метода утилизации [1]. 

Следует так же отметить что резина, складируемая на полигонах надземных или подземных, при контакте с дождевой или грунтовыми водами выделяет крайне вредные химические соединения и канцерогены такие как фенантрен, дифениламин и т. п. вещества с предельно допустимыми концентрациями 10мг/м3 воды.
Для справки: Европейский Союз запретил сжигание в атмосфере и захоронение в земле покрышек с 2003 года. Изношенные покрышки представляют собой вторичное сырье выгодное для дальнейшего использования: 25% технического углерода, 55-60% каучука, 10-15% металла. Поэтому экономически эффективный способ переработки позволит обеспечить не только рентабельность перерабатывающих производств, но и решить экологический аспект данной проблемы. Одним из наиболее перспективных и эффективных методов переработки является метод низкотемпературного пиролиза.  
Низкотемпературный пиролиз – метод термического разложения сырья в закрытом реакторе при полной изоляции от кислорода, или при его небольшом количестве. В результате протекания пиролитической реакции на выходе из сырья получаются следующие вещества: твердый углеродный остаток (сажа), газовая фракция и ароматические углеводороды т. е. синтетическое топливо.
С экологической и экономической точки зрения метод пиролиза обладает рядом преимуществ перед методом обычного сжигания. К тому же при правильной организации технологического процесса данный метод может быть полностью безотходным. Несмотря на все преимущества данного метода он пока не получил широкого распространения ввиду слабо отработанной технологии и большой длительности технического процесса. 
Таким образом, актуальность темы состоит в совершенствовании технологических процессов пиролиза изношенных шин и в разработке устройств и систем контроля и управления пиролизной установкой по переработке изношенных шин, позволяющей повысить эффективность процессов пиролиза.
Пиролиз изношенных шин. На рисунке 1 приведена схема установки пиролиза изношенных шин. Она содержит бункер 1 загрузки изношенных шин в реактор, ограничитель 2 выхода газа в атмосферу из реактора при загрузке изношенных шин в реактор, реактор 3 пиролиза изношенных шин, колосниковую камеру 4, бункер твердого остатка 5 пиролиза изношенных шин в реакторе, циклон 6, топку 7 с газовой горелкой для сжигания части пиролизного газа, сепаратор аэрозоля (каплеотбойник) 8, конденсатор 9 жидкостной фракции из пиролизного газа, адсорбер 10 тонкой очистки пиролизного газа, газопровод 11 и вентилятор 12 для подачи одной части пиролизного газа внешним потребителям, а другой части – на сжигание в топке реактора пиролиза изношенных шин. [1]

Рис. 1. Схема установки пиролиза изношенных шин

Рис. 2. Функциональная схема пиролиза изношенных шин

Математическое описание реактора пиролиза изношенных шин как объекта автоматического управления. Принимая, что реактор делится на две части крошкой сырья, принимем, что нижняя часть реактора с давлением Pi является первой частью объекта автоматического управления, а верхняя часть реактора с давлением Рг является второй частью объекта автоматического управления.
На основании этих условий нижнюю часть реактора пиролиза изношенных шин представим в виде схемы, приведенной на рисунке 1. Эта схема состоит из регулирующего клапана 1, расположенного на входе рециркулируемых газов в емкость, пневматической емкости 2 и пневматического сопротивления 3, установленного на выходе рециркулируемых газов из емкости 2.
Уравнение динамики устройства, состоящего из емкости и клапана, расположенного на входе и пневматического сопротивления, расположенного на выходе из емкости, (рисунок 1) может быть представлено, с учетом работы в следующем виде

 (1)

где  — объем рециркулируемых газов в емкости, м3; р – плотность рециркулируемых газов, кг/м3; t – время, с; и — массовый расход рециркулируемых газов в емкость 2 и из этой емкости, кг/с.

Рис. 3. Пневматическая схема нижней части реактора пиролиза

Пневматическая схема нижней части реактора пиролиза изношенных шин, состоящая из клапана, расположенного на входе рециркулируемых газов в нижнюю часть реактора, емкости и обобщенного пневматического сопротивления, расположенного на выходе рециркулируемых газов из крошки изношенных шин в реакторе.
Для газообразных сред используют уравнение P/p = RT Дифференцируя это уравнение по Р и р как dP = RTdp или  и подставив в уравнение (1) получим 

Уравнение (2) – нелинейное, которое необходимо линеаризовать. Переменными величинами в уравнении (2) являются 
Установившиеся значения этих переменных величин обозначаем:

После преобразования выражения (2) по Лапласу получим (3)

(Tas + к1)- x(s) a(s) — b(s) + k2c(s) + k3y(s), (3)

Рис. 4. Структурная схема нижней части реактора пиролиза

На рисунке 4 представлена структурная схема реактора пиролиза изношенных шин, состоящая из клапана, расположенного на входе рециркулируемых газов в нижнюю часть реактор (емкость), и обобщенного пневматического сопротивления, моделирующего сопротивление рециркулируемых газов в крошке изношенных шин, по уравнению (3) [2]
Структурная схема реактора пиролиза изношенных шин как объекта автоматического управления по давлению рециркулируемых газов.  На рисунке 5 приведена пневматическая схема реактора пиролиза изношенных шин, состоящая из клапана 1, установленного на входе рециркулируемых газов в нижнюю часть реактора, нижней части реактора 2, обобщенного пневматического сопротивления крошки изношенных шин рециркулируемым газам 3 (или 4), верхней части реактора 5 и клапана 6, расположенного на выходе рециркулируемых газов из верхней части реактора. Для нижней части реактора пиролиза изношенных шин, структурная схема которой приведена на рисунке 2, была определена передаточная функция (3) изменения давления в нижней части реактора по проходному сечению  входного регулирующего клапана.

Рис. 5. Пневматическая схема реактора пиролиза

Пневматическая схема реактора пиролиза изношенных шин, состоящая из клапана, установленного на входе рециркулируемых газов в нижнюю часть реактора, нижней части реактора, обобщенного пневматического сопротивления крошки изношенных шин рециркулируемым газам, верхней части реактора и клапана, расположенного на выходе рециркулируемых газов из верхней части реактора

Рис. 6. Структурная схема реактора пиролиза

На рисунке 6 представлена структурная схема, составленная по уравнениям (2) и (3), реактора пиролиза изношенных шин как объекта автоматического управления по давлению рециркулируемых газов, состоящая из регулирующих клапанов, расположенных на входе и выходе рециркулируемых газов из реактора, и реактора, состоящего из двух частей, разделенных крошкой изношенных шин.
По структурной схеме (рисунок 6) по каждому входному сигналу можно определить передаточную функцию.[3]

    (4)

    (5)
Выводы

1. Получено математическое описание нижней части реактора пиролиза изношенных шин как объекта автоматического управления по давлению рециркулируемых газов в виде дифференциальных уравнений и передаточных функций.
2. Составлены структурные схемы реактора пиролиза изношенных шин, как объекта автоматического управления по давлению рециркулируемых газов для нижней, верхней частей и всего реактора и получены передаточные функции реактора по входным параметрам.
3. Полученные дифференциальные уравнения и передаточные функции позволяют проектировать цифровые системы автоматического управления применительно к реактору пиролиза изношенных шин.

Библиографический список

  1. Вторичное использование и переработка изношенных шин. Обзор основных тенденций и проблем в переработке шин. (http://www.recyclers.ru/modules/section/item.php?itemid=101).
  2. Жежера Н.И. «Математическое описание устройств и процессов как объектов систем автоматического управления: монография.» – Креативная экономика, 2012. – 200 с. Разгон. Д.Р.
  3. Жежера Н.И., Тямкин С.А. «Теоретические основы интенсификации газообмена при автоматизации пиролиза изношенных шин»


Все статьи автора «Заргарян Елена Валерьевна»

УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПОЛУЧЕНИЯ ЭТИЛЕНОВОГО МОНОМЕРА МЕТОДОМ ПИРОЛИЗА

 

АННОТАЦИЯ

В данной работе исследованы перспективные методы усовершенствования процесса получения этиленового мономера пиролизом, а также изучена зависимость ассортимента и выхода целевых продуктов процесса пиролиза от состава углеводородного сырья на ШГХК. Предложено изменить контроль регулирующего клапана по температуре входа пирогаза. Для улучшения процесса разделения «желтого масла», образующиеся при взаимодействии щелочи и сероводорода, требуется больше времени. На основе производственных испытаний рекомендовано установить дополнительную емкость объёмом – 35 м3, в котором процесс отслаивания желтого масла от щелочи протекает лучше, чем в кубе щелочной колонне. Выявлено улучшение разделения «желтого масла» от щелочи в сепараторе в течение – 2 часов. Рассчитаны кинетические и активационные параметры пиролиза пропана, образование метана и этиленового мономера.

ABSTRACT

In this paper, promising methods for improving the process of obtaining ethylene monomer by pyrolysis are investigated, and the dependence of the assortment and yield of the target products of the pyrolysis process on the composition of hydrocarbon raw materials at ShGChK is studied. It is proposed to change the control of the control valve by the temperature of the pyrogas inlet. To improve the separation process of the «yellow oil» formed by the interaction of alkali and hydrogen sulfide, more time is required. Based on production tests, it is recommended to install an additional capacity of 35 m3 in which the process of peeling yellow oil from alkali is less than in the alkaline column cube and an improvement in the separation of «yellow oil» from alkali in the separator for — 2 hours is revealed. Kinetic and activation parameters of propane pyrolysis and formation of methane and ethylene monomer are calculated

 

Ключевые слова: этиленовый мономер, пиролиз, регулирующий клапан, щелочь, сероводород, «желтое масло», сепаратор, кинетические и активационные параметры.

Keywords: ethylene monomer, pyrolysis, control valve, alkali, hydrogen sulfide, «yellow oil», separator, kinetic and activation parameters.

 

Введение. Этилен является основным базовым полупродуктом нефтехимической промышленности. Более половины объема производимого этилена используется в качестве мономера для получения полиэтилена и его сополимеров с пропиленом, винилацетатом, стиролом и этилакрилатом. Кроме этого этилен является сырьем для получения этиленоксида (целевая продукция – этиленгликоли, полиэтилентерефталат и др.), ацетальдегида (целевая продукция – уксусная кислота, ацетат целлюлозы), винилацетата (целевая продукция-поливинилацетат и его сополимеры), дихлорэтана (целевая продукция-поливинилхлорид и его сополимеры), этилензола (целевая продукция – полистирол и его сополимеры, бутадиен – стирольные каучуки и латексы), этанола (целевая продукция – этилацетат) и других продуктов органического синтеза. Олигомеры этилена являются основой ряд синтетических смазочных масел [1-2].

Процессы термического пиролиза с водяным паром в трубчатых печах являются основными источниками получения низкомолекулярных алкенов.

Одной из важнейших задач газоперерабатывающей промышленности является усовершенствование существующих способов переработки попутных газов в низшие алкены С24, которые используются в качестве базового сырья для производства полимеров и каучуков.

Таким образом, производство имеет большое практическое   значение для экономики народного хозяйства нашей республики. В связи с этим представляет несомненный интерес и актуальной задачей является исследование деятельности производства этилена и его техническое совершенствование в плане получения этиленовых мономеров, пропилена, изобутилена, бутадиена 1,3 и изопрена из природных газов [3-6].

Современный промышленный способ производства этилена осуществляется путем высокотемпературного пиролиза углеводородного сырья. Процесс пиролиза для получения этилена осуществляется в печах различного устройства, пропусканием газообразных углеводородов или их паров при температуре 760-780°С, что определяет его высокую энергоемкость. Обычно используются печи трубчатого типа. Кроме того, высокие температуры способствуют также усилению вклада побочных процессов саже и смолообразования, синтезу конденсированных нафтенов и ароматических соединений. Для получения этилена и его гомологов методом пиролиза в качестве сырья используют этан, пропан, бутан, содержащиеся в попутных газах нефтедобычи, газах термического и каталитического крекингов, а также жидкие углеводороды: газовый бензин и низкоактановые бензино-легроиновые фракции прямой гонки нефти.

Состав продуктов пиролиза этого сырья зависит от глубины конверсии (степени превращения), которая в промышленной практике определяется конкретными условиями производства: необходимостью выработки заданного объема продуктов, загруженностью узла компримирования и системы газоразделения, энергетическими затратами и др. Ниже показано выход этилена, конверсия и рецикл этана. При пиролизе любого сырья не превращённый этан всегда возвращается в процесс. И в этом случае степень его превращения может определяться конкретными условиями.

Объекты и методы исследования. На рис.1. приведена схема основных промышленных синтезов на основе этилена.

В работе изучена зависимость ассортимента и выхода целевых продуктов процесса пиролиза от состава углеводородного сырья на ШГХК. Технологический процесс пиролиза состоит из следующих основных стадий: пиролиз в трубчатых печах, подготовка пирогаза к компримированною, компримирование пирогаза, очистка и осушка, глубокое охлаждение, газоразделение и переработка пироконденсата.

 

Рисунок 1. Схема основных промышленных синтезов на основе этилена

 

Помимо этилена, на установках пиролиза получают водород, метан, пропилен, фракцию С4, содержащую 30-40 % масс. Бутадиена, 25-30 % масс. изобутилена, фракцию С5, тяжелую смолу пиролиза и пиролизный бензин (жидкие продукты пиролиза), из которой выделяют ароматические углеводороды. Поточная схема процесса пиролиза приведена на рис.2.

Пиролиз представляет собой кратковременную высокотемпературную обработку углеводородного сырья при 750-880ОС с целью получения пирогаза с максимальным содержанием этилена и пропилена.

 

Рисунок 2. Принципиальная схема процесса пиролиза  углеводородного сырья

 

Процесс сопровождаются значительным количеством химических превращений углеводородов. Пирогаз (реакционная смесь) подвергают резкому охлаждению до 330-450ОС. С верха колонна отводят пирогаз, который направляют на водную промывку и после вывода воды из пирогаза его направляют на компримирование. После каждой ступени компрессора пирогаз охлаждают оборотной водой и разделяют на газовую и жидкую фазы в сепараторах. Между ступенями сжатия пирогаза направляют в абсорбционную колонну для щелочной очистки углеводородов от кислых газов (H2S и CO2).

Результаты и их обсуждение. Изучена изменение контроля температуры в колонне щелочной доочистки DA-1201 по входные температуры пирогаза, так как во время эксплуатации узла щелочной очистки и нейтрализации, отработанной щелочи наблюдалась проблема образования полимера в колонне щелочной доочистки DA-1201, которая является признаком развития нежелательных реакций в колонне. В результате образования полимера в колонне DA-1201 наблюдалось накопление полимера и засорение тарелок колонны и фильтров насосов верхней и нижней циркуляции щелочного раствора и отработанной щелочи. Кроме этого, при сливе жёлтого масла в контейнеры происходит забивание трубопроводов и контейнеров. Если в составе отработанной щелочи имеются полимеры, наблюдается загрязнение трубопроводов отработанной щелочи на входе установки 4000. Среди явлений, способствующих ухудшению работы данного узла является неэффективный контроль температуры реакции поликонденсации в колонне. По проекту было предусмотрено контроль температуры реакции поликонденсации в ДА-1201 по выходной температуре пирогаза регулирующим клапаном ТС-12001, который установлен на входе закалочной воды в теплообменник ЕА-1204. Однако из-за колебания температуры промывочной воды, подаваемой в щелочную колонну и резкого изменения состава и расхода пирогаза, возможность поддержания эффективного контроля температуры колонны DA-1201 уменьшится, и вследствие чего, вероятность развития нежелательных реакций увеличится. Путем недопущения скачков температуры входа пирогаза возможность поддержания стабильности реакции поликонденсации увеличится на основе этих результатов предложена изменить контроль регулирующего клапана ТС-12001 по температуре входа пирогаза. Применение данного предложения за три месяца дало положительный результат [7].

В результате взаимодействия щелочи и сероводорода образуются сернисто-щелочные стоки, а в процессе протекания побочных реакций альдольной конденсации образуется побочный продукт – «жёлтое масло». Сернисто-щелочные стоки выводят на узел обезвреживания, которое заключается в экстрагировании органических соединений углеводородным растворителем и дальнейшим окислением сульфидов в сульфаты. «Жёлтое масло» выводят на термическое обезвреживание совместно с обработанным углеводородным растворителем с узла обезвреживания сернисто-щелочных стоков.

По мере взаимодействия пирогаза со щелочным раствором, наряду с реакциями замещения, проходят реакции образования альдоля и его конденсации. Образовавшийся в процессе альдольной конденсации полимер («жёлтое масло») негативно влияет на процесс щелочной очистки пирогаза (загрязняет насадку, трубопроводы и отборы приборов КИП и А), далее часть полимера (жёлтое масло) остающейся в составе циркулирующего раствора   2%-ной и 10%-ной щелочи уносится вместе с пирогазом дальше по системе, вызывая загрязнений сепараторов FA-1205, FA-1206 трубопроводов, лопастей 4-ой и 5-ой ступени компрессора пирогаза GB-1201 а также осушителей FF-1201A/B.

Оборудование и трубопроводы некоторые секций этиленовых установок при обычной эксплуатации подвержены загрязнению, вызываемому отложениями как органических, так и неорганических веществ. Загрязнение системы и протекающие под отложениями коррозионные процессы приводят к значительным экономическим потерям в результате:

  • не плановых остановок; сокращением длины пробега оборудования; повышенной стоимости технического обслуживания; потерям энергии и т.д.

Загрязнение в секциях пирогазового компрессора и фракционирования представляет одну из серьезных проблем в процессе работы этиленовой установки. Примерно 90% всех мировых производителей этилена применяют обработку антизагрязниятелями для зашиты оборудования указанных секций. Загрязнения оборудования вызывается отложениями полимерных соединений, образующихся при повышенных температурах из олефиновых и диолефиновых соединений, присуствующих изначально в пирогазе. Реакции полимеризации так же катализируются металлической поверхностью оборудования и трубопроводов.

Инициаторами протекания процесса полимеризации с последующим отложением полимеров в проточной части пирогазового компрессора и межступенчатых холодильниках, на тарелках колонн, в переливных устройствах и кипятильниках являются перокиси, металлы и повышенная температура. Скорость загрязнения значительно повышается, как только на поверхности оборудования образуется первоначальное отложение твердого полимера. Далее за коксовавшийся полимер попадает в систему подготовки газов регенерации и вызывает проблемы с засорением теплообменного оборудования.

Одной из наиболее типичных проблем в нормальной эксплуатации колонн щелочной очистки на этиленовых установках является проблема образования так называемого «желтого масла» (иногда называемого «красного масла») в результате протекания реакций полимеризации при условиях щелочной очистки пирогаза. Загрязнение системы «желтым маслом», приводит к загрязнению внутренних устройств колонны с последствиями снижения эффективности работы колонны выражающейся в ухудшении степени извлечения кислых газов, повышению потребления свежей щелочи, повышению расхода отработанной щелочи, приводящего к увеличению стоимости обработки стоков. загрязнении отработанной щелочи.

Интенсивность протекания процесса полимеризации может быть четко определена по цвету раствора щелочи. Так, при отсутствии полимеризации цвет раствора зеленоватый или очень светло желтый. Цвет раствора изменяется до оранжевого и красно-коричневого при значительном образовании полимеров. В многих случаях, при этом. Можно наблюдать в растворе плавающие частицы красного цвета. 

Периодически удаление образовавшегося «желтого» масла осуществляется в кубовой части колонны, чтобы оно не рециркулировало и не приводило к дальнейшему загрязнению. Плотность «желтого масла» меньше плотности щелочного раствора и, поэтому, оно должно скапливается над уровнем щелочного раствора в секции отработанной щелочи.

При эксплуатации щелочной колонны в течение многих лет было выявлено, что образование желтого масла может увеличиваться при повышенных температурах и концентрацией щелочи выше рекомендованного значение.

Разделение «желтого масла» от щелочи в кубе колонны является трудным процессом по причине малого размера куба колонны DA-1201 и постоянного прохода пирогаза через щелочной раствор, то есть барботирование щелочного раствора, которое не даст возможности отслаивания желтого масла и щелочи должным образом.

Для улучшения процесса разделения «желтого масла» требуется больше времени. При существующих условиях и имеющемся оборудовании невозможно осуществить процесс разделения масла.

Образование «желтого масла» является актуальной проблемой этиленового производства во всем мире, до настоящего момента еще не найден способ предотвращения образования масла.

При рассмотрении данного вопроса было предложено установить дополнительную емкость объёмом – 35 м3 в которой процесс отслаивания «желтого масла» от щелочи должен проходить лучше, чем в кубе щелочной колонне в настоящее время.

Улучшению разделения желтого масла от щелочи должно способствовать увеличение времени отстоя щелочи и масла в сепараторе в течение – 2 часов [8].

Рассчитаны кинетические и активационные параметры пиролиза пропана и образование метана и этиленового мономера.

Расчет константы скорости (k) проводился по уравнению первого порядка, который подтверждается прямолинейной зависимостью ln 1/1-α  (где α — степень превращения) от времени контакта фаз (τ), приведенной на рисунке 3.

 

Рисунок 3. Зависимость степени превращения углеводородов от времени контакта фаз

 

Энергии активации реакции распада пропана и накопления продуктов рассчитаны по уравнению Аррениуса по зависимости lnk от 1/T (рисунок 4).

 

Рисунок 4. График зависимости lnk от 1/T пиролиза

 

Сравнение выходов основных продуктов пиролиза, константы скорости и активационных параметров позволяет предложить следующую схему пиролиза смеси углеводородов:

Пропан разлагается по двум главным направлениям, одно из которых деметанирование (1), а другое – дегидрирование (2):

С3Н8СН4 + С2Н4

С3Н8Н2 + С2Н4

В области температур 750-850оС имеет место направление (3), которое объясняет повышенный выход этилена:

3Н82 + 3 С2Н4

Распад бутана протекает по реакции (4):

С4Н10С2Н4 + С2Н6

Таким образом, впервые выполнен путь совершенствования получения этиленового мономера пиролизом углеводородного сырья на ШГХК с целью использования результатов работы в производственной деятельности.

 

Список литературы:

  1. А.Дж.Кидни, У.Р.Парриш, Д.Маккартни, Основы переработки природного газа // Перевод с английского 2го издания под ред. О.П.Лыкова, И.А.Голу-бевой. – СПб. ЦОП «Профессия», 2014. – 664 с.
  2. Косивцов Ю.Ю., Сульман Э.М. Технология пиролиза органических материалов. Тверь: ТГТУ, 2010, 124 с.
  3. Александров Ю.А., Шекунова В.М. и др. Получение этилена пиролизом пропан-бутановой углеводородной смеси без образования кокса // Нефтепереработка и нефтехимия. Научно-технические достижения и передовой опыт. М.: ЦНИИТ-Энефтехим. 200.№18, с.30-32.
  4. International Energy Ageney, Natural gas information 2002, Paris, France, 2002.
  5. Natural Gas Suppliers Association, Storage of natural gas, 2004. http: // www.natural gas. org (natural gas / storage. asp (retrieved July 2009).
  6. Natural Gas Suppliers Association, Storage of natural gas, 2008. http: // www.natural gas. org (natural gas / storage. asp (retrieved July 2012).
  7. Мансуров Б.М., Тошбоев Х.М., Абдиев А.Р., Ашуров А., Мухаметшин М. Изменение контроля температуры в колонне щелочной доочистки DA-1201 по входной температуре пиролиза. Рационализаторское предложение, ШГХК, №69 от 24.08.2005г.
  8. Тошбоев Х.М, Мансуров Б.М., Юлдашев О.М., Мухаметшин М.С., Абдиев А.Р., Нурмаматов М. Установка сепаратора (отстойника) объемом 35 м3 для удаления желтого масла, поступающего из куба щелочной колонны DA-1201. Рационализаторское предложение, ШГХК, №160 от 22.03.2016г.

Процесс пиролиза | Высокая добыча нефти из отходов

Процесс пиролиза в основном состоит из предварительной обработки, процесса пиролизного масла, процесса рециркуляции горючего газа и системы очистки дыма. В этом процессе безопасность, время реакции и качество масла являются ключевыми факторами для оценки качества машины. Просмотрите следующее описание процесса пиролиза:

Схема пиролиза

Процесс пиролиза

Введение в процесс пиролиза

предварительная обработка

Перед пиролизом вы должны убедиться, что размер и содержание воды в отходах соответствуют требованиям пиролиза. В противном случае шины или другие отходы следует измельчить на мелкие кусочки с помощью измельчителя. Затем избавьтесь от лишней воды. Поместите шину в сушилку.

Дробильная машина, машина для волочения стальной проволоки и машина для производства шинного порошка

Реакция пиролиза в процессе пиролиза шин

Транспортировать шину в реактор пиролиза и нагрейте камеру сгорания. Когда температура достигает 160 ℃, образуется нефтяной газ. Когда температура достигает 200 ℃, масло постепенно образуется и попадает в масляный бак. Нефтяной газ пойдет через коллектор. Затем тяжелая нефть попадает в масляный резервуар, а легкий газ поступает в систему рециркуляции горючего газа. В то же время отработанный дым в реакторе будет проходить через систему пылеулавливания. Когда температура достигает примерно 300 ℃, масло, образующееся из пластика, упадет в масляный бак. Половина процесса пиролиза шин почти завершена.

Реакция пиролиза в реакторе.

Процесс рециркуляции горючего газа

В процессе пиролиза шин в реакторе остается отработанный горючий газ. После переработки в коллекторе, конденсаторе и гидрозатворе отработанный нефтяной газ будет рециркулироваться и использоваться в качестве тепла для реактора пиролиза.

Три в одном с конденсатором и камерой сгорания

Система очистки от дыма

Когда температура в реакторе высокая, образуется большое количество отработанного дыма. Beston пиролизное оборудование оборудован системой обеспыливания для очистки отходов. Три этапа (промывка водой, распыление воды и адсорбция керамическим кольцом) приведут дым в соответствие с европейскими стандартами выбросов.

Перегонка

Чтобы получить больше прибыли от переработанного масла, некоторые клиенты выбирают дистилляционную установку для дальнейшей обработки масла. После переработки масло становится качественнее и шире. заявление.

Машина перегонки масла

Различные процессы пиролиза среди трех типов пиролизного оборудования

Процессы пиролиза периодических типов

Процессы пиролиза непрерывного типа

Процесс пиролиза двух реакторов в одной системе

Видео о процессе пиролиза