Proiectarea unui cuptor de piroliză

I. Consideraţii generale

I.1 Caracterizarea tehnologică a procesului

Piroliza este procesul de descompunere termică a hidrocarburilor la presiune joasa şi temperatură înaltă, în scopul obţinerii de olefine şi aromate.

Procesul de piroliză este unul dintre cele mai complexe din industria de prelucrare a hidrocarburilor, cu capacităti de alimentare cu materii prime până la cca. 2,0 Mt/an şi o producţie de etenă până la 0,7 Mt/an. Cuprinde un număr şi o varietate considerabilă de operaţii termice, catalitice, de compresie şi fracţionare între temperaturi de – 100 ºC şi 850 ºC, cu debite de gaze până la 150 000 m3/h şi presiuni până la 35 bari. Se realizează fracţionări fine cu purităţi si până la 99,9 %.

Capacitatea de producţie a instalaţiilor de piroliză variază între 200 000 şi 700 000 t/an etenă cu o medie de cca. 300 000 t/an.

I.2 Materii prime

Materiile prime constau din: etan, propan, n-butan si amestecuri ale acestora; benzine primare (nafta); rafinatul liber de aromatice al benzinelor de RC; benzine hidrogenate provenind din procesele de cracare termica (reducerea de vaascozitate, cocsare) motorine DA si motorine DV, ca atare sau dezaromatizate si desulfurizate partial prin hidratare. In unele din procesele de piroliza neconventionale se urmareste piroliza titeiului si a produselor reziduale rezultate din prelucrarea acestuia.

Materia prima se caracterizeaza prin continutul de componenti puri, in cazul alimentarii cu C2, C3, C4 sau cu amestecuri ale acestora.

I.3 Reacţii de piroliză

Figura 1. Schema reactiilor principale de piroliza exemplificata de nC7

Figura 2. Formarea produselor secundare până la cocs

Alături de reacţiile principale, au loc şi reacţiile secundare, de trei tipuri:

- reacţii de piroliză a olefinelor formate în reacţiile primare;

- reacţii de dehidrogenare şi hidrogenare a olefinelor, ducând la formarea de diolefine,

acetilene şi parafine;

- reacţii de condensare la molecule mari de aromatice sau de ciclodiolefine substituite, stabile.

Pentru materiile prime mai grele decat etanul, mecanismul de reacţie în principiu este acelaşi cu deosebirea că reacţia de iniţiere se poate desfăsura în mai multe moduri, formând mai multe tipuri de radicali şi deci mai multe tipuri de produse.

Mecanismul reacţiilor de piroliză este radicalic, în lanţ, şi cuprinde cele trei etape principale: iniţierea, propagarea şi întreruperea lanţului.

I.4 Instalaţia de piroliză

Schema extrem de complexă a unei instalaţii de piroliză a benzinei, redusă la părţile componente esenţiale, este schiţată principial împreună cu fluxurile cheie în figura 3. Se distinge secţia caldă şi secţia rece a instalaţiei.

Figura 3. Schema de principiu, redusă, a unei instalaţii tipice de piroliză, cu indicarea secţiei calde şi reci

1 – cuptor

2 – generator de abur

3 – coloana de fracţionare

4 – compressor

5 – secţie de fracţionare

Materia primă preîncălzită este introdusă în partea superioară a zonei de convecţie a cuptorului. În aceasta, la un nivel de 250 - 400 ºC a materiei prime, se injectează aburul de diluţie (0,3 – 1,0 kg abur/ kg materie primă), iar amestecul gazos continuă să fie încălzit până la 550 – 650 ºC, la care este introdus în zona de radiaţie. Aici prin încălzire rapidă până la temperatura finală dorită se produc reacţiile de piroliză.