מבוא ל-Thermal Cracking in Petrochemical Feedstock

סדקי הארסיים הם אבן הפינה של התעשייה הפטרוכימית המודרנית, המרת שברירי פחמן כבדים - כגון שמן ואקום גז, שאריות אטמוספריות, גסות כבדות - למוצרים קלים יותר, בעלי ערך רב יותר, כולל propylene, ethylene, benzene, toluene, ו xylenes. כמו הביקוש העולמי של oles ו-Lightticstitics, מונע על ידי פלסטיק, סיבים כימיים, ומומחיות מוגברת, ולהגדיל את יעילותם של חומרים כימיים, ולהגדיל את יעילות גבוהה יותר, ולהגדיל את רמת המשתנים.

מאמר זה חוקר את האבולוציה ההיסטורית של סדקים תרמיים, פריצות הדרך הטכנולוגיות המשמעותיות ביותר של שני העשורים האחרונים, ואת ההוראות המתעוררות המבטיחות לעצב מחדש גמישות של הזנות פטרוכימית.עם תשומת לב זהירה לעבד יסודות ויישומים בעולם האמיתי, אנו בודקים כיצד חידושים בעיצוב כור, העברה חום, זרז היברידיות, ואוטומציה דוחים את הגבולות של מה סדקים תרמיים יכולים להשיג.

התפתחות היסטורית של הקרק הצחיק

השורשים של תאריך סדקים תרמיים חזרה בתחילת המאה ה-20, כאשר תעשיית הרכב המתפתחת דרשה כמויות עצומות של בנזין.ויליאם ברטון וצוותו ב- Standard Oil ofאינדיאנה פיתחו את תהליך הפצח תרמי הראשון בשנת 1912, חימום שמן גולמי לכ- 400-450 מעלות צלזיוס תחת לחץ מתון לשבור מולקולות ארוכות שרשרת לתוך קצר יותר, יותר תנודתיות.

במהלך המאה ה-20, סדקים תרמיים התפתחו לצד סדק קטליטי. בעוד סדקים קטליטיים נוזליים (FCC) ו הידרוקרינג צברו שליטה על ייצור בנזין בשל בחירתם, סדק תרמי נשאר חיוני לייצור olefins קלים (אתילן, propylene) באמצעות קיפאון של תנומה, ethane, ושמן גז.

בשנות ה-90 החלו הזיקוקים לחקור סדקים תרמיים מתקדמים כדרך לשדרג את תחתית החבית - סובסידיות ו asphaltenes - למוצרים קלים יותר, להשלים או להחליף מקרנים ומפרקים.עניין מחודש זה עורר חידושים בחומרי כור, ניהול חום ושילוב תהליכים שממשיכים לשאת פירות היום.

חידושים טכנולוגיים מרכזיים במודרניזציה

ההתקדמות האחרונה אינה מוגבלת למימד אחד; הם משתרעים על חומרים, העברת חום, אוטומציה ומקורות אנרגיה חדשים.התתת הסעיפים הבאים מפרטת את ההתפתחויות המשפיעות ביותר.

חומרים מתקדמים ומערכת העברת חום

טמפרטורות תפעול של 850 מעלות צלזיוס או גבוה יותר, בשילוב עם רדיקלים פחמימנים קורוזיים קורוזיים וזיהומים פוטנציאליים או מדבקי מתכת, לכפות דרישות חמורות על ⁇ כורים.פלדות אל-חלד סובלות מעיוותים מצמררים ו carburburulation תחת חשיפה ממושכת.הפיתוח של ⁇ גבוהה-ניקל (למשל, Inconel 617, Haynes) ו-קרמיקה-Rirdline מאפשר כעת דינמיקה של צינורות חום (מתאים יותר) ולהפחית את רמת תחזוקה בינונית (Ftraentratexericericercentle) ו-C) ולהפחית את רמת תחזוקה מופחתת יותר (זמן) ולהפחית את רמת תחזוקה מופחתת יותר (זמן) ולהפחית את רמת תחזוקה מופחתת של תאים קרים יותר (זמן) ולהפחית את רמת תחזוקה מופחתת של תאים קלים יותר, 2Dtrartrarate C.

טכניקות שיפור חום, כגון צינורות עתירי finated גבוה וקטעי convection משופרים, הגדילו את היעילות התרמית הכוללת. Integrated חום שיקום אדים גנרטורים (HRSG) ללכוד חום גז פלוטי לייצר קיטור בלחץ גבוה, אשר ניתן להשתמש בו כדי להניע דחוסים או לייצר חשמל, להפחית משמעותית צריכת דלק נטו. כמה צמחים מודרניים להשיג יעילות תרמית עלייה של 93% - עלייה משמעותית מ 80-5% יחידות טיפוסיות.

אוטומציה של תהליכים ואופטימיזציה בזמן אמת

הדיגיטליזציה הפכה את פעילות סדקים תרמיים. מערכות בקרה מתקדמות של תהליכים (APC) המעסיקות בקרת מודלים חיזוי (MPC) לשמור על תנאי התגובה בתוך חלונות הדוקים, התאמת זרימת הזנות, טמפרטורת ההנעה, ויחס אדים בזמני אמת.מערכות אלה יכולות להגיב לריאציות של הזנהטוקטסטוק - כגון תנודות בתנומות או בעיכוב מולטיבות - ללא התערבות אנושית, שיפור של 13% זמן, וחיזוי של אלגוריתמים של נתונים.

ברמה העולמית של הצמח, אופטימיזציה בזמן אמת (RTO) תוכנה לתאם חומרת סדק על פני מספר רב של פרונסיות כדי להתאים את הביקוש הזרם עבור ethylene vs. propylene. זה גמישות קריטית בשווקים שבהם מחירי propylenelene הם תנודתיים. כמה תרכובות קטנוכימיות עכשיו להשתמש תאומים דיגיטליים של פציפקרים קיטור שלהם כדי לדמות "מה-אם" תרחישים, המאפשרים למפעילים לתקן תנאים מוקדמים לפני החלפת חומרים לפני השינה.

מיקרוגל- ופלסמה-Assisted Cracking

מקורות אנרגיה לא thermal נחקרים כדי להפחית את הטמפרטורה התגובה הנדרשת עבור סדקים, ובכך להפחית צריכת אנרגיה היווצרות coke. סדקים ממוסמכים מיקרוגל מספק אנרגיה ישירות למולקולות הידרוקרבן באמצעות חימום דיאלקטרי, המאפשר ניקוי אג"ח סלקטיבית בטמפרטורות גז 100-200 מעלות צלזיוס מתחת לפצח תרמי.

פלזמה-אסד פצחן משתמש בשחרור חשמלי כדי ליצור מינים תגובתיים (רדיקלים, ions, מולקולות נרגשות) אשר יוזמים תגובות שרשרת מבלי לדרוש פרוצה עתירה גבוהה. כור פלסמה לא-תרמי יכול לפעול ליד טמפרטורת החדר, למרות שקצב המשיכה מאתגר עקב עלויות אנרגיה של פלזמה ושפל אלקטרודה.

תגובות לGeneration Reactor Designs

הפצח הצחיח הצחיח בוצעה באופן מסורתי בכבשים של צ'קוזי (הכורים המוערכים) בעוד אלה הם בוגרים ואמינים, הם סובלים ממגבלות העברת חום, פרופילי טמפרטורה לא אחידים, וקידוד מהיר בהמרות גבוהות. תצורה חדשה של כור תצורה מתייחסת לחסרונות אלה.

תגובה על Bed Reactors

כור מיטה פלוידנטי (FBRs) לשמור על מיטה של חלקיקים לא רצויים (למשל, חול, אלומיניום) כי הוא נוזל על ידי הידרופחמן להאכיל vapor. את יכולת החום הגבוהה של מוצקים פועל כמו גלגל זבוב תרמי, מתן בקרת טמפרטורה אחידה (±2 ° C) וצמצום מאוד כתמים חמים מקומיים.

מערכות iln

lns רוטרי, בשימוש ארוך בלחיצות ומינרלים עיבוד, מותאמים לסדקים תרמיים של שאריות כבדות וביומסה. הסיבוב האיטי של הכבשן מבטיח מגע אינטימי בין מוצקים וגזים, בעוד חימום חיצוני באמצעות כוויות או תנורים חשמליים שומר על הטמפרטורה הנדרשת (550 עד 750 מעלות צלזיוס) למרות כילוני רוטריים יעילים במיוחד עבור מזינים סינתטיים או אספרפטנים, אשר בהשוואה לחום חום גבוה יותר.

מילי-מיקרו-ערוצים

העצמה תהליכים באמצעות כורים ומיקרו-ערוצים מקבלת תשומת לב לסדקים תרמיים - במיוחד עבור ייצור propylene תכליתי ייצור וייצור אולטרה-פי גמיש.כורים אלה כוללים יחסים על פני השטח גבוה לנפח אשר מגדיל באופן דרמטי את צריכת חום התקני (עד 10 קילוואט / m2K) ומאפשרים זמני מגורים נמוכים כמו כמה קינטיקה קיצונית כזו יכול לדכא תגובה מימן, בעוד סגסוגת מוגבלת, או סגסוגת).

שיפור סביבתי ובטיחות

הפציקים הארוכים הם אנרגיה רגישה ומייצרת כמויות גזיות משמעותיות, כולל CO2, NOx, ומדיקות חלקיות אם נעשה שימוש בדלקים כבדים.לחץ רגולטורי ומחויבות של אפס רשת תאגידית הביאו גל של חידושים סביבתיים.

אינטגרציה התאוששות חום

פצח קיטור מודרני לשחזר חום ברמות טמפרטורה מרובות. רדיאנט חלק גז פלואו, בדרך כלל ב 1000-1200 מעלות צלזיוס, עובר דרך סעיף convection כי חימום להאכיל, מייצרת קיטור, ואוויר טרום חימום אוויר של בעירה. בלחץ גבוה מעלה כוח עבור דחוסים; קיטור בלחץ נמוך משמש גם לפסים ו preהתחממות. כמה צמחים משולבים מחזורי (ORC) כדי להמיר קיטור בינוני-טמפרטורה (בטן) לאספקת חום 25%) לתוך חום (pc) לתוך חום (מחץ חום (מצטבר) לתוך חום).

מערכות בקרה

הפחתה סלקטיבית מתקדמת (SCR) מערכות טיפול NOx בגזים פלוניים, לעתים קרובות להשיג > 95% הפחתה. עבור SOx, זיכוונים תערובת דלקים דלים או להתקין צינורות גז רטובים. טכנולוגיות ללכוד פחמן, כולל amine scruking ו- membrane הפרדה, כבר פרוסים בכמה סדקים קיטור מסחריים, עם שיעורי לכידת של 90-95%, עם זאת, להוסיף הון משמעותי, ובכך לעשות שימוש יעיל, ביצוע עלויות תפעוליות רק כדי להפעיל אותם, או פחמן, רק תמחור יעיל.

גישה קטליטית היברידית - Thermal Approaches

מסלול נוסף לפליטת פליטות נמוכות הוא להפחית את הטמפרטורה עצמה.שילוב כמויות קטנות של זרזי חומצה מוצקה (למשל, זקולטים, תחמוצות מתכת) לתוך הסביבה התרחיק תרמי יכול לשנות את מסלול התגובה לעבר מנגנונים דקדקנים נוחים בטמפרטורות 50-100 מעלות צלזיוס נמוך יותר מתהליכים תרמיים טהורים.

כיוונים עתידיים למחקר

במבט קדימה, תעשיית המטוכימיקלים בוחנת שינויים טרנספורמטיביים בפרדיגמה של סדקים תרמיים, המונעת על ידי מטרות של פחמן וגוון הזנה.

מקורות אנרגיה מתחדשת ומקורות אנרגיה מתחדשת

אספקת החום של פצלי קיטור היברידית היא אחת האפשרויות השאפתניות ביותר לטווח ארוך.שימוש בחשמל מתחדש (wind, שמש, הידרו) לחום התנגדות חשמלית או גנרטורים פלזמה יכול לחסל פליטות CO2 ישירות מבעירה.המשרד לאנרגיה מתחדשת (FLT:0U) מ מימן מספר מחקרים על סדקים חשמליים, מה שמראה יכולת עמידה טכנית בקנה מידה של מימן (C) עלולים לשלב טמפרטורות גבוהות מאוד של חום (שלבים) עם טמפרטורות גבוהות מאוד).

Catalysts ו- Biomass Co-Procesing

החלפת מזון מאובנים עם biomass (עץ, שאריות חקלאיות, אצות) היא עוד גבול.הסדקים המאובנים של שמן ביומסה מהיר או הנקה שמן ביו-נפט עם שאריות ואקום בפצח קיטור קונבנציונלי הוא תחת חקירה פעילה של זרז קיטור (FLT:0Fuelmass FLT:1 מראה כי co-upal עד 20% כדי יבולים עמידים על ידי זרז חמצן פעיל, רק כדי להפחית את הפחתת פעילות גופנית.

שילוב עם מקררים ופטרוכימיים

המגמה כלפי "קדוק-לכימיקלים" (C2C) מורכבת, שם שמן גולמי מומר ישירות ל-Olufins וארוומטים עם ייצור דלק מינימלי, מסתמכת על סדקים תרמיים מתקדמים כטכנולוגיה ליבה.חברות כגון SABIC, Sinopec, ו-Aramco הודיעה על פרויקטים בקנה מידה גדול C2C שמשתלבים עם תוספת מימן, רפורמה אנליטית, ורפורמות קיטור מתקדמות ל- 200% מ-Finclimates (כולל טכנולוגיות) של פחמן-4%) לשילוב של פחמן- 20.

לבסוף, התפקיד של תאומים דיגיטליים, חיישני IoT ואינטליגנציה מלאכותית בתחזוקה חיזויית ופעולה אוטונומית ימשיך להתרחב.רשתות עצביות מהפכתיות בניתוח תמונות להבות יכולות לזהות תקלות צורניות בזמן אמת; אלגוריתמים של למידה חיזוק יכולים לייעל את הסחר בין חומרת סדקים וצמיחה coke. כלים אלה לא יחליפו הנדסה כימית בסיסית, אלא יגבירו את היכולות של מעצבים ומעצבים.

מסקנה

ההתקדמות בסדקים תרמיים לייצור מזון פטרירוכימי מעצב מחדש את היכולת של התעשייה לעמוד בדרישה הגוברת של אור אולטרה-פינים וארוומטים תוך צמצום ההשפעה הסביבתית.מחומרי כור ואינטגרציה חום לאוטומציה וחשמל, התקדמות משתרעת על כל היבט של התהליך.המגמה ההיסטורית מזחלת ועד רציף, וכעת לעבר מערכות מבוקרות מאוד, מובנות, היברידיות, מדגימות את חיוניותה של טכנולוגיה זו, משולבת, תוך כדי פעילות אקדמית מלאה, משולבת, עם מאמצים תעשייתית, משולבת, עם פעילות תעשייתית, משולבת, עם פעילות מדעית, משולבת, עם פוטנציאלית, משולבת, משולבת, עם פעילות תעשייתית, עם פעילות מדעית, משולבת, עם פעילות מדעית מלאה, משולבת, עם פעילות מדעית, משולבת, עם פוטנציאלית, עם פוטנציאלית, משולבת, עם פעילות מדעית, משולבת, עם פעילות מדעית מלאה, עם פוטנציאל מרכזי, עם פעילות תעשייתית, עם פעילות גופנית מתקדמת, משולבת, משולבת, משולבת, עם פעילות מדעית, עם פעילות תעשייתית, משולבת, עם פעילות מדעית מלאה, עם פעילות מדעית מלאה, משולבת, עם פעילות מדעית מלאה, משולבת, עם פעילות מדעית, עם פעילות גופנית מתקדמת, ומאמץ תעשייתית, עם פעילות גופנית, משולבת, עם פעילות גופנית מתקדמת, משולבת, עם פעילות תעשייתית, משולבת,