Компьютерное моделирование печи пиролиза этан-пропановой фракции в программной платформе Symmetry

Abstract

Актуальность исследования обусловлена необходимостью оптимизации процессов пиролиза в нефтехимической промышленности, сосредоточенной на повышении эффективности работы пиролизных печей, играющих ключевую роль в производстве таких углеводородов, как этилен и пропилен, которые являются основными сырьевыми материалами для многих химических производств. Цель. Разработка модели печи пиролиза этан-пропановой фракции и использование её в качестве инструмента для прогнозирования состояния пиролизной установки в рамках технологического режима работы. Объект. Процесс пиролиза этан-пропановой фракции, учитывающий реакции образования кокса. Методы. Моделирование химико-технологических процессов. Результаты и выводы. Разработана модель печи пиролиза этан-пропановой фракции в программной платформе Symmetry, учитывающая процессы коксообразования. Вычислено распределение скорости образования кокса по длине радиантного пирозмеевика. Максимальна скорость коксообразования составила 4,86 нм/с в концевом участке пирозмеевика, что является показателем интенсивного протекатиня вторичных (нежелательных) реакций на конце радиантного змеевика. Определено влияние ключевых параметров, таких как температура, давление, расход реакционного газа на выход целевых продуктов и скорость образования кокса. Так, с ростом давления происходит снижение выхода этилена и пропилена, а при повышении температуры выход этилена увеличивается, в то время как содержание пропилена в пирогазе снижается. Однако в двух случаях происходит рост скорости образования кокса, что приводит к снижению времени пробега печи. В свою очередь, повышение расхода реакционного газа через пирозмеевик способствует снижению коксообразования и повышению содержания пропилена в пирогазе, но при этом снижается выход этилена. Применяя созданную модель, можно прогнозировать содержание компонентов в составе полученного пирогаза при изменении параметров работы печи. На основе этих данных, учитывая требуемое время пробега печи и конверсию целевых продуктов, можно формировать оптимальный режим работы печи пиролиза

Relevance. Industrial necessity to optimize pyrolysis. Specifically, the focus is on enhancing the operational efficiency of pyrolysis furnaces. These units are of critical importance because they are responsible for producing ethylene and propylene - hydrocarbons that form the fundamental raw material basis for a wide range of chemical industries. Aim. To develop a model of an ethane-propane fraction pyrolysis furnace that can be used as a tool for predicting the state of a pyrolysis plant within the technological operating mode. Object. Pyrolysis of the ethane-propane fraction, taking into account the reactions of coke formation. Methods. Methods of modeling of chemical and technological processes. Results and conclusions. The authors have developed the model of an ethane-propane fraction pyrolysis furnace in the Symmetry software platform, taking into account the processes of coke formation. The distribution of the coke formation rate along the length of the radiant coil was calculated. The maximum rate of coke formation was 4.86 nm/s in the terminal section of the coil, which indicates the intensive occurrence of secondary (undesirable) reactions at the end of the radiant coil. The authors determined the effect of key parameters such as temperature, pressure, and the flow rate of the reaction gas on the output of the target products and the rate of coke formation. Thus, an increase in pressure leads to a decrease in the yields of both ethylene and propylene, whereas an increase in temperature raises the ethylene yield but reduces the propylene content in the pyrogas. However, in two cases, there is an increase in the rate of coke formation, which leads to a decrease in the furnace run time. In turn, an increase in the flow rate of the reaction gas through the pyrolysis coil leads to a reduction in coke formation and an increase in the propylene content in the pyrogas, but at the same time, the yield of ethylene decreases. Using the created model, it is possible to predict the content of components in the composition of the resulting pyrogas when the furnace operation parameters change. Based on these data, taking into account the required run time of the furnace and the conversion of the target products, it is possible to form the optimal operating mode of the pyrolysis furnace