Piroliza hidrocarburilor

Memoriu justificativ

Cracarea termică la presiuni joase -piroliza- a fost aplicată în tehnica mondială cu mult înaintea cracării la presiuni înalte. Realizarea ei s-a bazat pe observaţiile făcute în anii 1850-1860 cu privire la descompunerea fracţiilor grele de ţiţei sub acţiunea temperaturilor înalte, cu formare de alchene inferioare şi de hidrocarburi aromatice.

Randamentul relativ redus de hidrocarburi aromatice, pentru ca ele singure să poată justifica economic procesul (alchenele inferioare din gaze nu prezentau pe atunci nici un interes) precum şi dificultăţile realizării unui proces la temperaturi înalte de ordinul a 700°C au făcut ca piroliza să fie în curând părăsită.

Sub denumirea de ,,cracare la presiuni joase” ea reapare în anii 1930-1935 cu scopul obţinerii de benzine cu caracter aromatic şi deci indice octanic ridicat. Şi sub această formă procesul a fost în curând părăsit, neputând rezista concurenţei altor procese de obţinere a benzinei.

În timp, procesul de piroliză prezintă interes, ca urmare a cererilor mari de alchene inferioare, în special de etenă, cereri ce nu puteau fi acoperite prin separarea etenei din gazele de rafinărie.

Materiile prime ce pot fi folosite în prezent în piroliză se extind de la etan la distilate de vid. Folosirea etanului constituie soluţia cea mai raţională, dacă produsele ce se cer se limitează la etenă, deoarece utilizarea care i se dă etanului în cazul în care el nu este recuperat pentru piroliză, este aceea de combustibil de focare. Utilizarea etanului în piroliză presupune însă existenţa unor zăcăminte proprii de ţiţei sau gaze naturale bogate din care el să poată fi separat. O situaţie similară cu cea a etanului o prezintă utilizarea în piroliză a propanului şi butanului, concurată însă de folosirea acestor hidrocarburi drept gaze lichefiate, ceea ce în anumite zone de pe glob elimină complet folosirea lor, în special a butanului pentru piroliză.

Folosirea benzinei în piroliză s-a dezvoltat iniţial în ţări lipsite de etan şi de surse de gaze bogate, în special în Europa de Vest, obţinându-se alături de etenă şi propenă, cantităţi importante de butadienă, izopren şi hidrocarburi aromatice ceea ce a diminuat dezvoltarea proceselor de obţinere a acestor hidrocarburi pe alte căi.

Folosirea în piroliză a unor materii prime lichide şi nu a gazelor poate fi determinată şi de necesitatea de a obţine alături de etenă şi alte hidrocarburi importante pentru chimizare, în special de butadienă, hidrocarburi aromatice şi izopren.

Prin funcţia de reactor, care determină capacitatea şi randamentul de produse valoroase, în primul rând de , cuptorul poate fi considerat utilajul cheie al instalaţiei de piroliză. Reacţiile se produc în zona de radiaţie, cu preponderenţă în ultimele 30-50% din lungimea serpentinei.

Toate serpentinele din zona de radiaţie a cuptoarelor construite, în ultimii 20-25 ani constau din unul sau două ecrane de tuburi dispuse vertical, suspendate la partea superioară şi ghidate la cea de jos, plasate într-un plan paralel şi simetric faţă de pereţii lungi, opuşi ai zonei de radiaţie. Există două tipuri caracteristice de cuptoare: cu una şi cu două zone de radiaţie.

Temperaturile de ieşire din cuptor şi timpii medii de staţionare în zona de radiaţie sunt orientativ:

850°C şi 0,5-1,05 la conversii de 60% a etanului.

835°C-845°C şi 0,1-0,45 pentru benzină (conversii de 95%).

800°C-815°C cu 0,1-0,45 pentru piroliza motorinelor.

Serpentinele verticale din zona de radiaţie pot fi:

- cu diametru uniform;

- cu diametru telescopic având valori mai mari spre ieşire;

- serpentine în dispozitiv multiplu, care într-un prim tronson, intră în zona de radiaţie cu 4 circuite paralele, în tronsonul următor converg la două şi ajung, în tronsonul final, la un singur circuit.

Cuptorul este consumatorul dominant de energie (cca. 80%) al instalaţiilor de piroliză. Orientativ, 45-48% din căldura utilă este cedată în zona de convecţie şi 52- 55% în cea de radiaţie.

Generalitati privind procesul de piroliza

Generalitati

Piroliza, cunoscuta si sud denumirea de cracare termica la presiuni joase, este procesul care se desfasoara in faza vapori la temperaturi mai mari de 800C, la presiuni joase , sub 5 atm , in scopul obtinerii alchinelor inferioare (etena, propena) si a hidrocarburilor aromatice (benzene,toluen).

Practic,toata cantitatea de etena necesara industriei petrochimice se obtine prin piroliza, iar propena,butena si butadiena se mai obtin si in procesele de cracare termica si catalitica. Alaturi de aceste produse se mai obtine o fractie usoara formata din hidrogen,metan si acetilena; rezulta de asemenea produse mai grele, ca diolefine (butadiena), aromate si cocs.