Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время пиролиз нефтяных фракций или углеводородных газов с водяным паром в трубчатых печах является основным, освоенным и широко распространенным технологическим процессом получения низших олефинов, диенов, ароматических углеводородов -полупродуктов для основного органического синтеза.
Несмотря на то, что за последние 25-30 лет технология трубчатого пиролиза значительно усовершенствована, возможности этого процесса ограничены. Трудности связаны с необходимостью применения жаростойких высоколегированных сталей для изготовления труб, ограниченностью возможности подвода больших количеств тепловой энергии в зону реакции через поверхность змеевика, ограниченностью пиролиза сырья из-за отложения кокса и смол в трубчатых реакторах, а также недостаточно высокими выходами целевых продуктов. Во всех странах мира ведутся интенсивные исследования с целью повышения выходов низших олефинов. Повышение выходов этилена и других целевых продуктов является одной из важных задач, связанных с совершенствованием имеющихся производств и экономией материальных ресурсов. В целях решения этой задачи исследования развиваются в следующих направлениях: усовершенствование технологической схемы; повышение гибкости установок в отношении исходного сырья; расширение сырьевой базы; осуществление процесса в более жестких условиях (повышение температуры, уменьшение времени контакта); проведение пиролиза нетрадиционными методами. К числу таких перспективных процессов относятся пиролиз на гетерогенном катализаторе, пиролиз в токе перегретого теплоносителя, пиролиз в присутствии инициирующих добавок, легко распадающихся на радикалы и др. Каждый из рассмотренных нетрадиционных методов имеет свои достоинства и недостатки. Главными из последних являются высокая стоимость реагентов и аппаратуры, цикличность процессов, высокая энергоемкость, трудности разделения продуктов пиролиза, коррозия основного оборудования, недостаточная селективность. В связи с этим поиск путей увеличения выхода низших олефинов, повышения селективности и степени газообразования при пиролизе углеводородов является актуальной задачей.
Цель работы. Изучение возможности использования пламени, в качестве инициатора процесса превращения углеводородного сырья (пропан-бутана, дизельного топлива и мазута) с получением целевых продуктов этилена, пропилена и других непредельных углеводородов. Поиск путей увели-
4 чения выхода низших олефинов, повышения селективности и степени газообразования при инициированном пламенем пиролизе, подбор оптимальных условий ведения этого процесса.
Научная новизна. В реакционной среде пиролиза углеводородного сырья (пропан-бутана, дизельного топлива, мазута) создана пламенно - инициирующая зона, являющаяся мощным источником тепла, генератором активных частиц радикального типа и водорода, что позволило увеличить скорость пиролиза, долю газообразования из сырья и выход низших олефинов (этилена, пропилена) и ацетилена.
Практическая значимость. Разработаны теоретические и технологические основы процесса пиролиза пропан-бутана, дизельного топлива и мазута в присутствии водяного пара и инициированного водород-кислородным, пропан-бутан - кислородным пламенем с получением этилена, пропилена, бутенов, ацетилена.
Определены условия пиролиза в присутствии инициирующего водород-кислородного и пропан-бутан кислородного пламени увеличивающие выход этилена и ацетилена, как для газообразных, так и для жидких углеводородов.
Достигнуто увеличение выхода этилена при пиролизе углеводородов, инициированном пламенем на 7-Ю %. При селективном гидрировании ацетилена на палладиевом катализаторе выход этилена будет еще больше. Преимуществом предлагаемого способа связано также с тем, что необходимый нагрев сырья по сравнению с термическим пиролизом осуществляется как через стенку, так и внутри реактора при непосредственном контакте сырья с продуктами горения пламени. При этом температура внешнего обогрева снижается на 25-100 С, что естественно упрощает технологический процесс. Согласно расчетам, доля тепла, вносимого факелом, составляла 10-25 % в общем, тепловом балансе пиролиза.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы доложены на Х1-м Симпозиуме по горению и взрыву «Химическая физика процессов горения и взрыва» (Москва, 1996) и на Международном симпозиуме «Chemistry of Flame front» (Almaty, 1997).
Публикации. По теме диссертации опубликовано шесть работ, подана заявка на патент Российской Федерации.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, выводов, списка литературы и приложения. Диссертация изложена на 145 страницах
машинописного текста, включает 20 таблиц и 25 рисунков. Список литературы включает 136 наименований.
Автор выражает глубокую благодарность Ксандопуло Георгию Ивановичу за предоставленную возможность проведения экспериментов в Институте проблем горения и внимание к работе.