Описание проектируемого аппарата

Теперь более подробно о трубчатых реакторах пиролиза — пирозмее­виках. Для повышения селективности процесса и выходов продуктов при пи­ролизе время пребывания сырья в реакционной зоне необходимо сокращать, а температуру повышать. По такому пути и развивалось изменение этих па­раметров на промышленных печах пиролиза. На данный момент время кон­такта на современных печах составляет порядка 0,2 сек., а температура пиро­лиза достигает 870—900°С. При этом, встает вопрос — как так быстро на­греть (0,2 сек.) паросырьевой поток от 600°C до температуры пиролиза. Не­обходимо учитывать предельно допустимую температуру современных хромникелевых сплавов, из которых изготавливаются змеевики, и резкое по­вышение коксообразования на стенках этих сплавов при повышении темпе­ратур. Не увеличивая градиент температур между стенкой пирозмеевика и паросырьевым потоком, быстрый нагрев можно обеспечить увеличив удель­ную поверхность пирозмеевика, то есть поверхности на единицу объёма па­росырьевого потока. Большинство фирм разработчиков печей пиролиза по­шли по пути конструктивного выполнения пирозмеевиков ветвящимися с пе­ременным диаметром труб. Так, если изначально пирозмеевики представляли собой длинную трубу постоянного диаметра, согнутой на равные части (в змеевик) для уменьшения конструкционных размеров печи, то теперь пироз­меевики изготавливаются из большого количества входных труб (10—20) малого диаметра, которые объединяются, и, в итоге, на выходе змеевик со­стоит из 1—2 трубы значительно большого диаметра. В таких пирозмеевиках достигается высокая теплонапряженность на начальном участке и низкая — на конце, где температура стенки играет высокую роль в процессе коксооб­разования.

Первоначально пирозмеевики в радиантной секции находились в гори­зонтальном положении, время контакта в таких печах составляло не меньше 1 сек, температура пиролиза — не выше 800°C. Переход с горизонтальных на вертикальные свободно висящие трубы радиантного пирозмеевика позволило использовать более жаропрочные, хрупкие материалы пирозмеевиков, что и привело к появлению печей с высокотемпературным режимом и с коротким временем пребывания потока в пирозмеевиках.

Рис.1. Схема трубчатой печи градиентного типа.

Технологический расчёт аппарата и обоснование основных размеров

1. Исходные данные

Количество и состав исходного сырья (газа) и состав продуктов пиро­лиза (пирогаза) приведены в таблице 1.

Таблица 1

Компоненты	Состав, мол.%
	сырье - пропановая фракция	пирогаз
Н2	1,2	11,2
СН4	4,5	37,2
С2Н2	-	0,3
С2Н4	5,1	29,3
С2Н6	17,2	8,2
С3Н6	11,5	7,1
С3Н8	54,2	3,8
С4	6,3	0,8
С5+	-	2,1
Сумма	100,0	100,0

Температура сырья на входе в печь Т₁ =308°С; количество водяного пара, до­бавляемого к исходному сырью перед его подачей в печь Z=2300 кг/ч (23 масс.% на сырье); производительность печи G=10000 кг/ч.

Таблица 2. Состав топливного газа

Компонент	Количество, %об
СН4	99
С2Н6	0,2
С3Н8	0,1
н-С4Н10	0,2
CO2	0,1
N2	0,4

Плотность газа при н.у. ρ=0,715 кг/м³

Коэффициент избытка воздуха α=1,07