158719. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és berendezés az etiléntermelés fokozására gázhalmazállapotú és cseppfolyós szénhidrogének csökemencés hőbontásával

3 158719 4 lőttől függően •— csak egy meghatározott konverzióig célszerű vezetni, mert nagyobb konverzió esetén az etilénhozam csökken. A konverzió, bontási hőmérséklet és reakció-, idő közötti összefüggést a 2. ábra szemlélteti. Eszerint a hőmérséklet növelésével a bomlási reakció sebessége gyorsan nő, s így egy adott konverzió eléréséhez szükséges reakcióidő nagymértékben csökken. A maximális etilénhozam adott hőmérsékleten egy meghatározott konverzióértéknél van, ami viszont egy meghatározott reakcióidő alkalmazásával érhető el. A két ábra összevetéséből egyértelműen kitűnik, hogy a bontást — a nagy etilénhozam biztosítása érdekében — magas, 800 C° feletti hőmérsékleten, rövid, néhány tized másodperces reakcióidő alkalmazásával kell végezni. A nagy" etilénhozamra való törekvés vezetett annak az újabb csőkemencés eljárásnak a kifejlesztéséhez, amelyet az irodalomban rövid tartózkodási idejű (Kurtzeit-Spaltung), vagy nagyszigoirúságú (high-severity) pirolízis néven ismertettek. A rövid tartózkodási idejű eljárás a konvencionális csőkemencés eljárástól alapvetően a kilépési hőmérsékletben különbözik, amely 50—100 C°-al magasabb és ennek megfelelően a csőhossz rövidítésével a tartózkodási időt k'b. felére csökkenti. A magasabb kilépő hőmérséklet és a rövidebb tartózkodási idő eredményeként az etilénhozam a régi eljárásokhoz viszonyítva 10—15%-kal nőtt. A rövid tartózkodási idejű csőkemencés eljárás és a korábbi csőkemencés eljárások közös jellemzője, hogy a kemence radiációs szakaszában fokozatosan emelkedő hőmérsékleteloszlás uralkodik. A rövid tartózkodási idejű eljárásról az Erdöl u. Kohle — Erdgas — Petrolchemie 1967. februári számának 82. oldalán megjelent Eisenlohr et al. „Die Erzeugung von Olefinen u. Áromaten aus Erdölfraktionen" c. közlemény a műveleti paraméterek részletes vizsgálata alapján megállapítja, hogy ennél az eljárásnál is fokozatosan emelkedő hőmérséklet-eloszlást kell megvalósítani, mert a zóna elején alkalmazott intenzívebb hőbevitel z-. másodlagos reakciók miatt rosszabb etilénhozamot eredményez. Szénhidrogének hőbontásának részletes kinetikai vizsgálata, valamint csőkemencék működésének számítása és ellenőrzése alapján megállapítottuk, hogy megfelelően beállított és ellenőrzött körülményeik között — az irodalmi adatokkal ellentétben — meredek hőmérsékletp'rofil megvalósításával nemhogy etilénhozamcsökkenés, hanem éppen ellenkezőleg, etilénhozam-növelés érhető el. Találmányunk azon a felismerésen alapszik, hogy a bontöcső gyakorlatilag teljes hosszában a csőfal szerkezeti anyag által megengedett maximális hőbevitelt alkalmazunk. A maximális hőbevitelt a találmány értelmében oly módon valósítjuk meg, hogy a csőkemence bontócsövének hőmérsékletét az annak hossza mentén elhelyezett különböző teljesítményű sugárzó égők beépítésével úgy szabályozzuk, hogy a csőfal hőmérséklete már a cső elején, a teljes csőhossz legfeljebb • !25%-ában 20^30 C°-ra megközelítse a cső szerkezeti anyaga által megengedett maximális értéket, majd éttől kezdve a csőfal hőmérsékletét a kilépési pontig ezen az értéken tartjuk. E rendszabály révén adott kilépési' hőmérsékletnél a kemencében lényegesen magasabb átlagos bontási hőmérséklet állítható be, aminek hatására ,a kiindulási szénhidrogén bomlása lényegesen meggyorsul, de az etilént fogyasztó és kokszképződéshez vezető nem kívánt másodlagos reakciók sebessége is megnövekszik. E másodlagos reakciók megakadályozása céljából a tartózkodási időt a reakciós szakaszban olyan mértékben kell csökkenteni, hogy ezek hatása elhanyagolhatóvá váljék. Megállapítottuk, hogy a hőbomlás kinetikai mérései alapján minden hőmérséklethez megadható az a tartózkodási idő, amely a kellő mértékű konverzió és a másodlagos reakciók gyakorlatilag elhanyagolható mértékre való csökkentése mellett maximális etilén-hozamot biztosít. A tartózkodási idő csökkentése a csőhossz rövidítésével, ill. adott csőhosszon a betáplálási sebesség növelésével érhető el. A maximális etilénhozamot biztosító tartózkodási idő a találmányunk szerinti eljárás esetében, az ismert eljárásokhoz viszonyítva, azonos fajlagos tömegsebességet feltételezve 30— 40%-kal rövidebb bontócsőben, illetve azonos csőhossz esetén 30—40%-kal nagyobb fajlagos tömegsebességgel valósítható meg. Az eljárás megvalósítására szplgáló berendezés egy olyan csőkemence, amely egy vagy több előmelegítő-szakaszt és egy vagy több reakciósszakaszt tartalmaz. A szokásos módon kialakított előmelegítő szakaszban a betáplált anyag és a vízgőz elegye 5150—650 C°-r.a előmelegítve lép be a reakciós szakaszban elhelyezett — vízszintes vagy célszerűbben függőleges elrendezésű, hegesztett ívcsövekkel összekapcsolt csövekből kialakított bontócsőbe. Találmányunk értelmében a bontócső besugárzására a cső két oldalán a hossz mentén változó teljesítményű sugárzó égőket alkalmazunk. Az égők teljesítménye úgy van beállítva, hogy a bontócső elején elhelyezett égők teljesítménye lényegesen nagyobb, legalább kétszerese a cső végénél elhelyezett égők teljesítményének. Általában háromfajta különböző teljesítményű égő beépítésével a hőbevitel a kívánt széles határok között szobályozható. A bontócső, ill. a sugárzó égők úgy vannak elrendezve, hogy valamennyi cső a kerülete mentén lehetőleg egyenletes sugárzást kapjon, ezért a csöveket célszerűen két egymással szemben beépített égősor közlött úgy kell elhelyezni, hogy a csövek egymást ne árnyékolják. A reakciós szakaszba több célszerűen elrendezett bontócső is beépíthető, amelyek párhuzamos járatokként működnek. 10 IS 20 25 r-;n 35 40 45 50 55 60 2