Особенности технологий термической утилизации твердых бытовых и промышленных отходов (стр. 3 )

Этот метод является наиболее распространенным. За последние годы печи пиролиза значительно усовершенствованы, их производительность увеличена, температура на выходе из змеевика повышена до 860 9000при одновременном снижении времени контакта до 0,2 0,4 с. Но в трубчатых печах можно перерабатывать сырье с концом кипения не выше 3500. Это ограничение, а также существенные недостатки печей (периодические остановки для выжигания кокса, большая металлоемкость и необходимость применения высоколегированных сталей) являются причиной интенсивной разработки других типов реакторов для пиролиза.

2. Термоконтактный пиролиз с применением твердого гранулированного или мелкозернистого теплоносителя в движущемся или псевдоожиженном слое.

Весьма эффективным и простым способом подвода тепла в зону реакции является непосредственный контакт сырья с твердым теплоносителем. Кокс, выделяющийся в процессе пиролиза, отлагается на поверхности теплоносителя и вместе с ним выносится из зоны реакции, что существенно облегчает процесс при использования тяжелого сырья.

Термоконтактный пиролиз может проводиться в движущемся слое гранулированного теплоносителя и в псевдоожиженном слое мелкозернистого или порошкообразного теплоносителя. В качестве теплоносителя применяется огнеупорный материал корунд, шамот, кварцевый песок. Для этой цели может быть также использован кокс, образующийся в процессе пиролиза.

Данный вид пиролиза, особенно в псевдоожиженном слое теплоносителя, имеет ряд преимуществ (легкость подвода тепла, высокая производительность агрегатов и возможность переработки самого тяжелого сырья, включая мазут и сырую нефть), хотя в этом методе трудно вести процесс при очень малом времени контакта. Капитальные вложения также довольно велики. Однако, учитывая тенденцию к переходу на тяжелое сырье, можно ожидать распространения этого метода в промышленности.

3. Гомогенный пиролиз в токе газообразного теплоносителя: водяного пара или продуктов сгорания топлива. В качестве газообразных теплоносителей применяют водяной пар или продукты сгорания топлива, перегретые до высокой температуры.

Достоинствами этого метода являются простота аппаратурного оформления и повышенный выход этилена, недостатком большой расход водяного пара.

Гомогенный пиролиз в токе водяного пара не получил широкого применения вследствие высокого расхода водяного пара (обычными методами достигается перегрев пара до температуры не выше 9500). Поскольку расход пара может быть снижен при перегреве его до более высокой температуры, перспективность метода зависит от разработки экономического способа получения высокотемпературного перегретого пара.

4. Окислительный пиролиз с подводом тепла за счет сжигания части исходного сырья в присутствии кислорода.

Этот процесс основан на балансе тепла между эндотермической реакцией расщепления углеводородов и экзотермическим процессом сгорания части углеводородного сырья в присутствии кислорода. Углеводородное сырье и парокислородная смесь раздельно нагреваются в печи соответственно до 600 и 4000, смешиваются в эжекторе-смесителе и поступают в реактор. Продукты пиролиза из реактора направляются на охлаждение.

Окислительный пиролиз не получил широкого применения для получения этилена. Это объясняется его существенными недостатками: расходованием сырья на реакции окисления, что снижает технико показатели процесса; взрывоопасностью газовых смесей и низким тепловым коэффициентом  полезного действия. Кроме того, при окислительном пиролизе выход олефинов ниже, чем при других методах пиролиза.

Печи пиролиза состоят из двух секций радиантной и конвекционной.

Именно в радиантной секции находятся трубчатые реакторы пиролиза (пирозмеевики), обогреваемые теплом сгорания топливного газа на горелках этой секции. Следует отметить, что обогреваются пирозмеевики не пламенем горелок, а излучением (радиацией) тепла от внутренней кладки радиантной секции печи, по которой «размазывается» пламя горелок. В конвекционной части печи происходит предварительный нагрев сырья и водяного пара разбавления до температуры начала пиролиза (600650 ) конвективным переносом тепла с дымовыми газами из радиантной секции.

В последних моделях печей пиролиза в конвекционную часть внесли модуль перегрева насыщенного пара до необходимой температуры (550 ). В итоге КПД использования тепла в последних моделях печей пиролиза составляет 91 93 %.

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 в современных печах составляет порядка 0,2 сек., а температура пиролиза достигает 870900 . При этом возникает вопрос, как быстро нагреть (0,2 сек.) паросырьевой поток от 600 до температуры пиролиза. Необходимо учитывать предельно допустимую температуру современных хромоникелевых 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 поверхность 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, согнутую на равные части (в змеевик) для уменьшения конструкционных размеров печи, то теперь они изготавливаются из большого количества входных труб (10 20) малого диаметра, которые объединяются, и, в итоге, на выходе змеевик состоит из 1 2 труб значительно большего диаметра. В таких пирозмеевиках достигается высокая теплонапряженность на начальном участке и низкая на конце, где температура стенки играет значительную роль в процессе коксообразования.

Первоначально пирозмеевики в радиантной секции находились в горизонтальном положении, время контакта в таких печах составляло не меньше 1,0 сек, температура пиролиза не выше 800 . Переход с горизонтальных на вертикальные свободно висящие трубы радиантного пирозмеевика позволил использовать более жаропрочные, хрупкие материалы, что и привело к появлению печей с высокотемпературным режимом и с коротким временем пребывания потока в пирозмеевиках.