Calculul serpentinei de incălzire, a serpentinei de reacție și a răcitorului de gaze cracate a cuptorului de piroliză

1. Importanţa temei

Etilena este unul dintre cei mai importanţi intermediari din industria petrochimică. Etilena a fost denumită “coloana vertebrală” a industriei petrochimice, întrucât în instalaţiile de producere a etilenei se obţin, paralel cu etilena, alţi intermediari valoroşi ca: propilena, butadiene, benzen, xileni care împreună stau la baza întregii industrii petrochimice. Etilena reprezintă produsul petrochimic cu cel mai mare volum de producţie şi punctul de plecare pentru cele mai multe produse derivate de ordinal întâi. Cele mai importante produse ce au ca punct de plecare etilena sunt polietilenele, vinilii şi oxidare/glicolii care consumă circa 85% din producţia de etilenă.

. Provocările majore ale fabricilor de olefine sunt reprezentate în prezent de capacităţile fabricilor, costul investiţiei, programul de furnizare al echipamentelor, graficul construcţiei. Aceste lucruri reprezentau îngrijorări majore la începutul anilor 1990 când se construiau cuptoare de piroliză mari care foloseau ca materii prime etan şi nafta, iar capacitatea maximă era de 1,5 MMt/an. În prezent, preţul şi producătorii au condus la creşterea dimensiunilor fabricilor şi legăturilor cu furnizorii/beneficiarii, iar provocările se realizează în strânsă legatură cu producătorii de echipamente. În prezent echipamentele cheie corespund unor capacităţi nominale de cracare de 1,5 MMt/an până la 2 MMt/an la viitoarele pirolize.

Dezvoltarea procesului de piroliză, devenit astăzi cel mai important proces de cracare şi cel mai important furnizor de materii prime pentru industria petrochimică, poate fi caracterizată prin consumul mondial al principalelor produse furnizate de acest proces.

Lucrarea îşi propune să contribuie la valorificarea procesului de piroliză, devenit astăzi cel mai important proces de cracare şi cel mai important furnizor de materii prime pentru industria petrochimică. În cadrul acestei teme vă sunt prezentate problemele fundamentale de proiectare şi construcţie; materia primă lichida ce stă la baza procesului şi tehnologia de obţinere a produselor principale de mare tonaj folosite la rândul lor drept materie primă pentru alte procese.

2. Istoricul pirolizei

Pionierul metodei de cracare a petrolului a fost chimistul american Benjamin Silliman Jr. în 1885 la Universitatea Yale din cadrul şcolii ştiinţifice Scheffield. “Procedeul de cracare Shukhov”, care reprezintă prima metodă de cracare termică, a fost inventat de inginerul rus Vladimir Shukhov prin brevetul numarul 12926 din 27 Noiembrie 1891.

Eugen Houdry, un inginer mecanic francez este pionierul cracării catalitice şi a dezvoltat primul proces aplicabil în industrie dupa emigrarea în SUA. Prima fabrică a fost construită în 1936, procedeul acestuia a dublat cantitatea de benzină care poate fi produsă dintr-un baril de ţiţei.

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 fracţiunilor grele de ţiţei sub acţiunea temperaturilor înalte, cu formare de alchene inferioare şi de hidrocarburi aromatice. Aceste observaţii au permis lui Mendeleev să prezică, înca de la sfarşitul secolului trecut, importanţa pe care are să o capete procesul pentru industria chimică.

Sub denumirea de piroliză, procesul a fost folosit în preajma şi în timpul primului război mondial pentru fabricarea benzenului, toluenului, xilenului si naftalinei, folosindu-se drept materie primă frecţiunile de petrol şi motorină. 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 au făcut ca piroliza sa fie în curând părăsită.

Sub denumirea de “cracare la presuni 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 este în curând părăsit, neputând rezista concurenţei altor procese de obţinere a benzinei.

3. Rolul şi importanţa industriei petrochimice

Industria petrochimică, prin produsele sale, prin imensele valori derulate, determină pulsul şi puterea industriei unui stat dezvoltat. În acelaşi timp, situaţia economică nefavorabilă din ţările dezvoltate a determinat creşterea problemelor din industria petrochimică.

Prin tehnologie petrochimică se obţin anumite hidrocarburi pure şi fracţiuni specifice care, prin diverse procese unitare sunt transformate în produse intermediare sau finite.

Tehnologiile de profil petrochimic ocupă un loc important în sfera activităţilor industriale, deoarece procesele petrochimice stau la baza majorităţii tehnologiilor din domeniul industriei chimice de sinteză ( sinteză fină, farmaceutică, coloranţi, lacuri şi vopsele, antidăunatori), alimentară, textilă, etc.

Prin realizarea unor înlocuitori de materii prime deficitare sau inexistente, tehnologiile petrochimcie au extins baza de materii prime şi materiale sub aspect calitativ şi cantitativ, asigurând dezvoltarea societăţii.

Industria de rafinare a ţiţeiului şi de prelucrare a gazelor oferă ca materie primă petrochimiei amestecuri de hidrocarburi sau hidrocarburi individuale din care, prin procese fizice şi chimice, rezultă hidrocarburi sau fracţiuni complexe din care prin prelucrare avansată se obţin principalele produse finite ale petrochimiei: poliolefinele, elastomerii, detergenţii, solvenţii.

Producţia de olefine reprezintă a treia parte ca mărime în industria petrochimică după producţia amoniacului şi amoniu şi rafinarea petrolului. Olefinele reprezintă baza în producţia de polimeri şi elastomeri sau transformarea acestora în derivaţi precum aldehide, alcooli, glicoli etc. Olefinele sunt produse primare rezultate în urma cracării hidrocarburilor cu masă moleculară mare, acest proces fiind cunoscut sub numele de piroliză