Reactorul de piroliză al etanului și propanului

Să se dimensioneze un reactor de piroliză a unui amestec de etan şi propan.

Se cunosc:

-producţia de etan şi propan: 10400 [t/an];

-raportul etan:propan =1:3 [kg/kg];

-umiditatea:0,37 [kg/kg];

-temperatura de alimentare: 658 [°C];

-presiunea de alimentare: 4,2 [atm];

-fluxul termic furnizat din exterior amestecului de reacţie: 60000 [kcal/(m2•h•K];

-randamentul în etenă: 0,35 [kg etenă/kg hidrocarbură];

-diametrul interior al serpentinei: 0,108 [m].

2.LOCUL ŞI ROLUL REACTORULUI ÎN SCHEMA TEHNOLOGICĂ PROPRIETATII FIZICE

Reactorul este “inima” procesului tehnologic şi în jurul lui se dezvoltă o schemă tehnologică. Reactorul este locul de obţinere a produsului dorit. De multe ori reactorul determină economicitatea procesului, pune probleme mai dificile de conducere, reglare sau optimizare.

O instalaţie de piroliză este constituită din două părţi principale: secţia de reacţie şi linia de separare a produşilor.

Secţia de reacţie constă din mai multe reactoare dispuse în paralel. Procesul de piroliză fiind puternic endoterm necesită cantităţi însemnate de căldură asigurate prin arderea unor combustibili gazoşi sau lichizi. Reactorul chimic propriu-zis este construit dintr-o ţeavă cilindrică de diametru mult mai mic decât lungimea (L/d≈800-1000), ce asigură o arie specifică de transfer ridicată, dispusă în interiorul cuptorului sub forma unei serpentine. Cuptorul de piroliză este constituit din două zone:

zona de convecţie, situată în partea superioară, în care amestecul de reacţie este preâncălzit de la temperatura ambiantă până la 550-650ºC, preluând căldura de la gazele de ardere care părăsesc zona inferioară. Transferul termic între gazele de ardere şi peretele schimbătorului de căldură are loc în această zonă prin mecanism preponderent convectiv.

zona de radiaţie, în care este amplasat reactorul de piroliză, sub forma unei serpentine cu tronsoane dispuse orizontal. Transferul termic între gazele de ardere şi peretele schimbătorului de căldură are loc prin mecanism preponderent radiant. Amestecul de reacţie ajunge în această zonă la temperaturi la care reacţiile de cracare şi dehidrogenare au loc cu viteze mari, rezultând un amestec cu conţinut ridicat de etilenă.

Procesul de piroliză a hidrocarburilor se realizează în prezenţa aburului. Diluarea cu abur a materiei prime, are ca efect creşterea selectivităţii de transformare în etilenă şi respectiv reducerea vitezei proceselor secundare de formare a cocsului. Aburul are şi rolul de purtător de căldură necesară procesului endoterm.

Presiunea de lucru este menţinută la valori reduse, selectivitatea transformării în etilenă fiind influenţată negativ de creşterea acesteia.

Randamentul în etilenă fiind favorizat de temperaturi ridicate de lucru şi durate de staţionare reduse, se lucrează la viteze mari de curgere (peste 100 m/s) ce asigură un regim puternic turbulent.(Re >300.000). Pentru a evita reacţiile secundare de descompunere a olefinelor formate, amestecul de reacţie este răcit brusc, imediat după ieşirea din reactor, de la temperaturi de 830-850 ºC la temperaturi sub 550ºC

Produşii procesului de piroliză constituie amestecuri complexe, a căror compoziţie este dependentă de natura materiei prime şi condiţiile de lucru.

Sistemul de separare a produşilor de piroliză include o serie de faze succesive: răcirea (în mai multe trepte), comprimarea, neutralizarea şi îndepărtarea compuşilor acizi, uscarea, conversia acetilenelor în olefine, demetanarea, deetanarea, separarea etan-etilenă, depropanarea, separarea propan propilenă şi separarea fracţiei C4 de amestecul C5+. Succesiunea acestor faze în procesul de separare diferă de la o tehnologie la alta. În figura 1 este prezentată schema de separare caracteristică procedeului Lummus .