Pyrolýzní reaktor a pyrolýzní pec

Pyrolýza je tedy ohřev uhlovodíkové suroviny na vysokou teplotu a (to je důležité) v přesně daném reakčním čase, který je vždy pod 1 vteřinu. To lze provést pouze v tenké trubce – do té ovšem musíme za uvedenou dobu předat velké množství tepelné energie a přitom musíme pracovat ekonomicky, tedy s velkými výrobními kapacitami. Obvyklou konstrukcí pyrolýzního reaktoru je tedy trubkový reaktor uložený v peci. Pro názor nejprve věnujme pohled na obrázek typického trubkového reaktoru (někdy nazývaný jako pyrolýzní vlásenka nebo prolýzní had) a typické pyrolýzní pece.

Schematické znázornění různé konstrukce pyrolýzního reaktoru
Schematické znázornění různé konstrukce pyrolýzního reaktoru

Z obrázku pyrolýzní vlásenky lze vysledovat:
  • Je to obvykle soustava trubic, které se někdy postupně spojují pomocí Y kusů
  • Jejich průměr je 6 až 12 cm, někdy postupně jejich průměr roste
  • Typicky je jejich celková délka je od 50 do 90 m
Co z obrázku není patrné a je důležité:
  • Reaktor pracuje po omezenou dobu (pracovní perioda). Dle kvality suroviny a tzv. ostrosti štěpení je délka pracovní periody 20 až 45 dní. Podstatná je zde konstrukce reaktoru i pece. Poté se musí usazený koks přesně stanoveným postupem vypálit.
  • Rychlost proudění (během reakce postupně narůstá teplota i počet molů) je ve stovkách metrů za sekundu.
  • Materiálem jsou speciální chrom-niklové oceli, povrchová teplota bývá přes 1100 °C (Pozn.: Vysoké povrchové teploty jsou nejčastější informací pro obsluhu k ukončení pracovní periody pece).
  • Z výše vysvětleného důvodu se postupně vnitřní povrch vlásenky zanáší koksovými úsadami, klesá tak efektivní objem reaktoru, zhoršuje se přestup tepla, roste tlaková ztráta čili celkový tlak a takto se rychlost nežádoucích reakcí zvyšuje. Selektivita na ethylen a zejména na propylen se snižuje.

Pro pyrolýzní reaktor je důležité, aby pracoval za optimálních podmínek, to je při nejlepší kombinaci reakčního času, teploty a tlaku. V této souvislosti se zavádí pojem „ostrost“ pyrolýzy. Vysoká ostrost znamená vysokou teplotu, nízké ředění a zatížení surovinou, tedy delší reakční dobu. Nízká ostrost značí nižší teplotu a vyšší ředění při vysokém nástřiku suroviny. V pyrolýzní praxi se přizpůsobuje ostrost charakteru suroviny.

Nyní k pyrolýzní peci. V podstatě je to „krabice – box“ o výšce až 30 m vyzděná vysokoteplotní vyzdívkou a vybavená z boku a ze spodu sadou plynových (zemní plyn) nebo kapalinových (oleje) hořáků. Pomocí závěsů je v peci umístěno několik (obvykle 6) pyrolýzních vlásenek. Spalováním paliva se přivádí potřebné teplo pro probíhající endotermní reakce – nejefektivnějším způsobem sdílení tepla je sálající vyzdívka. Vlastní spaliny odcházejí směrem nahoru, kde v tzv. konvekční části pece předávají část své tepelné energie jako předehřev trubkami přiváděné surovině a dále systém opouštějí jako spaliny do komína. Na výstupu z reaktoru jsou umístěny chladiče produktů (tzv. TLE – Transfer Line Exchanger) připojené vždy ke dvěma vlásenkám. Produkty jsou zde chlazeny (jedná se o trubkový výměník). Účelem tohoto aparátu je ochladit pyroprodukt na teplotu 450 - 630 °C, a zastavit tedy štěpení alkanů i kondenzaci vzniklých alkenů. Na parní straně TLE je generována vysokotlaká pára, která slouží k mechanickému pohonu dalších točivých aparátů v ethylenové jednotce – především turbín kompresorů. Pro další chlazení pyrolýzního produktu se používá tzv. kvenčh čili přímý vstřik ochlazeného pyrolýzního oleje (viz dále) do proudu pyroproduktu. Tím se získá relativně ochlazený (pod 220 °C) pyrolýzní produkt – tedy směs od vodíku, oxidy uhlíku z částečné reakce s vodní parou, methan, ethylen až po nejtěžší složky označované souhrnným názvem jako pyrolýzní olej.

Schematické znázornění pyrolýzní pece
Schematické znázornění pyrolýzní pece

Následuje nejsložitější část ethylenové jednotky, totiž dělení produktu pyrolýzy na čisté výrobky. Hlavními výrobky ethylenové jednotky jsou:
  • Ethylen s čistotou 99,99 % hmot.
  • Propylen s čistotou 99,9 % hmot.
  • C4-frakce, používaná pro další separaci 1,3-butadienu a isobutylenu (výroba MTBE)
  • Pyrolýzní lehký benzin hydrogenovaný do prvého stupně, tzv. C5-frakce, používaná jako složka autobenzinů
  • BTX frakce často používané (též v Litvínově) pro výrobu benzenu (čistota 99,5 % hmot.)
  • Pyrolýzní oleje (lehký, v Litvínově využívaný pro výrobu naftalenu a těžký, používaný pro výrobu sazí nebo jako nízkosirný topný olej)
  • Topné plyny – obvykle methan, který slouží vedle externího zemního plynu k otopu pyrolýzních pecí

Nyní popíšeme velmi zjednodušeně hlavní kroky postupné separace uvedených výrobků z pyrolýzního produktu. Pro separaci složek pyroproduktu se využívá základní chemicko inženýrská operace, tedy rektifikace. Výše vroucí látky postupně ochlazujeme a podrobujeme rektifikace, naopak pro dělení plynů jako kapalin využíváme jejich kompresi a dále jejich hluboké chlazení. Dělicí řadu (je pouze jediná pro všechny pece) v ethylenové jednotce tak proto rozdělujeme na tzv. teplý díl, kompresi, studený díl a dělení plynů. Proč tomu tak je, je parné z tabulky, která udává body varu podstatných složek pyrolýzního produktu, který je třeba destilačně (tedy ve formě kapalin) dělit.

Body varu složek obsažených v pyrolýzním plynu
Body varu složek obsažených v pyrolýzním plynu

Hlavními aparáty (jejichž funkci dále krátce popíšeme) tzv.teplého dílu jsou:
  • Primární kolona
  • Pračka pyrolýzního benzinu
  • Striper pyrolýzního benzinu

Spojený pyroprodukt ze všech pecí se vede nejprve do tzv. primární kolony, zde se ochladí, takže se vydělí nejtěžší podíly – pyrolýzní oleje. Z primární kolony odchází jako hlavový produkt směs od vodíku až po látky s bodem varu pod 200 °C a postupuje dále do tzv. pračky pyrobenzinu. Zde se produkt chladí vstřikem studené vody, čímž dojde ke kondenzaci složek pyrolýzního benzinu. Oddělením od vodné fáze se tak získá těžký pyrolýzní benzín. Zbylé nízkovroucí látky se z něj oddělí ve stripéru.

Následuje postupná komprese pyroplynu (v této fázi jde o směs od vodíku až po uhlovodíky C5 (popř. C6). Kompresor je několikastupňový – za každým stupněm komprese je chlazení a odtah zkondenzované kapaliny a vody. Za třetím stupněm kompresoru je instalováno odsíření – louhové praní sulfanu. Takto se získá směs od vodíku až po uhlovodíky C4, které se po vysušení hluboko chladí v tak zvaném cold boxu (nízké teploty se docilují propylenovým a ethylenovým chladivem) tak, že vše kromě vodíku a stop CO přejde do kapalného stavu. Plynný vodík s obsahem CO do 1 hm. %. se methanizační reakcí (pro hydrogenace škodlivý CO se hydrogenuje na nezávadný methan) zbavuje oxidů uhlíku a získá se čistý vodík pro další použití.

V sekci dělení plynů se v systému destilačních kolon dělí uhlovodíky dle počtu uhlíků v molekule. Nejprve se v demethanizeru oddestiluje methan (obvyklé použití pro otop pyrolýzních pecí), dále v deethanizeru všechny uhlovodíky C2 (ethan, ethylen, acetylen), pak v depropanizeru uhlovodíky C3 (propan, propylen, propadien, propin) a konečně v debutanizeru všechny uhlovodíky C4. Destilačním zbytkem debutanizeru je lehký pyrolýzní benzin. V dalším kroku se ze směsí získávají čisté alkeny – ethylen a propylen. Postupuje se takto: frakce C2 se nejprve zbaví acetylenu (ten je v ethylenu nežádoucí a nelze je oddělit destilačně) selektivní hydrogenací v plynné fázi. Acetylen tak přednostně přechází na ethylen – získaná ethan-ethylenová směs se poté destilačně dělí na destilát-ethylen a destilační zbytek – ethan, který se vrací jako cenná surovina na začátek procesu, tedy jako nástřik do pyrolýzy. Obdobně směs uhlovodíků C3 se podrobí selektivní hydrogenaci (methylacetalen a propadien přechází na propylen) a výsledná propan-propylenová směs se vede na vysoce účinnou rektifikaci (cca 180 destilačních pater) a rozdělí se na čistý propylen – destilát a těžší (dest. zbytek) propan, který se opět vrací jako cenná surovina do pyrolýzy. Frakce C4 se v rámci ethylenové jednotky obvykle dále nedělí, ale zpracovává se spíše u výrobce butadienu (viz. dále). Základní schéma výroby v ethylenové jednotce (instalováno v Unipetrolu) je patrné z obrázku:

Zjednodušené schéma pyrolýzy ropných frakcí
Zjednodušené schéma pyrolýzy ropných frakcí
(1 ­ 5 oddělení těžších produktů – pyroolejů a pyrobenzinu,
6 - komprese, 8 – 13 dělení plynných produktů,
14 ­ 16 zpracování pyrobenzinu na benzen)

Kontakty


colchicin wikipedia

colchicin indikation danmarktemperatur.website colchicin 1g

memantin hexal

memantin bivirkninger markeerfaring.website memantin teva

venlafaxin stada

venlafaxin uden recept venlafaxin stada venlafaxin hexal

pramipexol preise

pramipexol tabletas kapslernyfodt.website pramipexol kosten

dexamethason iv

dexamethason test kobdexamethaso.website dexamethason virkning

fexofenadin qt

fexofenadin telfast hjerteogol.website fexofenadin bivirkninger
fiogf49gjkf0d
Vysoká škola
chemicko-technologická
Technická 5
166 28 Praha 6 - Dejvice

Ústav technologie ropy a alternativních paliv
Ing. Daniel Maxa, Ph.D.
daniel.maxa@vscht.cz
Odborný garant

fiogf49gjkf0d
Odborným garantem tohoto portálu je Česká národní rada světové rady pro ropu (WPC). Česká národní rada reprezentuje Českou republiku ve Světové radě pro ropu.

WPC


Světová rada pro ropu (World Petroleum Council – WPC) je mezinárodní nevládní organizace, jejíž cílem je prosazování využití vědeckého pokroku, přenosu technologií a posuzování ekonomických, finančních, environmentálních a sociálních vlivů na využívání ropy. Více informací...

Odběr novinek


Přihlásit k odběru novinek
Partner projektu

VŠCHT Praha

VŠCHT Praha

fiogf49gjkf0d
Vysoká škola chemicko-technologická v Praze je největší vzdělávací institucí svého druhu ve střední Evropě. Její témeř 200 letá tradice v kombinaci s progresivními studijními obory a mezinárodním renomé otevírá každému studentovi přístup ke špičkovým technologiím, možnostem zahraničních stáží a je následně vstupenkou k prestižnímu, dobře ohodnocenému uplatnění doma i v zahraničí. Více informací...