【База задач по краху】Какие существуют способы обозначения глубины краха?

Какие существуют способы обозначения глубины разложения? Используется коэффициент преобразования температуры на выходе, динамическая функция глубины KSF, а также часто используется соотношение некоторых компонентов в продуктах разложения, таких как этилен/пропилен, метан/пропилен, C/H в жидких продуктах и т. д.; среди них наиболее научным является KSF.

Используется коэффициент преобразования температуры на выходе, динамическая функция глубины KSF, а также часто используется соотношение некоторых компонентов в продуктах разложения, таких как этилен/пропилен, метан/пропилен, C/H в жидких продуктах и т. д.; среди них наиболее научным является KSF.

1. Коэффициент преобразования сырья. 2. Выход метана. 3. Отношение выхода этилена к пропилену. 4. Отношение выхода метана к выходу этилена или пропилена. 5. Содержание водорода в жидком продукте и соотношение атомов водорода к углероду. 6. Температура на выходе из печи для разложения. 7. Функция глубины разложения. 8. Функция глубины динамического разложения.

Какие существуют способы обозначения глубины разложения? Глубина разложения — это степень протекания реакции разложения. Из-за сложности процесса расщепления трудно точно описать его с помощью одного параметра. В инженерии, в зависимости от конкретных условий, для оценки глубины пиролиза часто используются следующие параметры. (1) Коэффициент преобразования сырья x. Коэффициент преобразования сырья отражает степень преобразования сырья в процессе разложения. Хотя он и не отражает степень протекания вторичной реакции, тем не менее он в определенной степени отражает степень протекания реакции расщепления. Поэтому глубину кристаллизации часто измеряют по степени преобразования сырья. При использовании одного углеводорода в качестве сырья (например, этилена или пропана и т. д.) коэффициент преобразования сырья x можно рассчитать по значениям числа молей до и после реакции, а именно N0 и NV: X = (N0 – NV) / N0 = 1 – NV / N0. При разложении смеси легких углеводородов можно отдельно рассчитать коэффициент преобразования каждого компонента. При разложении фракционного масла степень превращения можно рассчитать для определенного эквивалентного компонента, и с ее помощью оценивать глубину разложения. Для сырья, используемого в процессе крахкинга фракционных нефтей, степень преобразования сырья иногда оценивают по проценту массы легких компонентов C4 и ниже в образующихся газах крахкинга относительно массы сырья (этот показатель называется коэффициентом образования газа). Учитывая, что при процессе кристаллизации ароматических углеводородов в сырье образуется небольшое количество газа, коэффициент образования газа X (P+N) можно выразить следующим образом: X (P+N) = X_газ / (P+N), где X_газ — количество образующегося газа ； P, N — количество алканов и цикланов в сырье. Когда в сырье присутствует большое количество высокоциклических нафтенов, приведенная выше формула не будет применима. (2) Выход метана: выход метана при кристаллизации C10 увеличивается по мере углубления процесса кристаллизации. Поскольку метан довольно стабилен, он практически не исчезает в результате вторичных реакций. Следовательно, удельный выход метана в продуктах крахления может в определенной степени отражать степень глубины крахления реакции. При пиролизе в трубчатой печи при разложении ароматических углеводородов практически не образуются газообразные продукты. Для устранения влияния различного содержания ароматических углеводородов можно вычесть их из массы сырья, и в качестве основы для расчета выхода метана использовать массу алканов и циклалканов; это называется выходом метана без ароматических углеводородов C1(P+N)0. C1(P+N)0 = C10/(P+N) (3) Отношение выхода этилена к пропилену (C2/C3). В определенном диапазоне глубины кристаллизации с увеличением глубины кристаллизации повышается выход этилена, в то время как выход пропилена растет медленнее. При достижении определенной глубины кракинга выход этилена продолжает расти по мере увеличения глубины кракинга, в то время как выход пропилена начинает снижаться после достижения своего максимума. Следовательно, в определенном диапазоне глубины кристаллизации можно использовать соотношение выходов этилена и пропилена C2/C3 в качестве показателя глубины кристаллизации. Однако после того, как глубина крахления достигает определенного уровня, выход этилена также снижается по мере увеличения глубины крахления. В этот момент соотношение C2/C3 уже не может правильно отражать степень расщепления. (4) Отношение выхода метана к выходу этилена или пропилена (C10/C2= или C10/C3=). Поскольку выход метана по мере продвижения реакции всегда увеличивается, а выход этилена или пропилена после достижения максимального значения начинает снижаться по мере углубления процесса крахления. Поэтому при глубоком расщеплении целесообразно оценивать степень расщепления с помощью соотношения количества метана к количеству этилена или пропилена (C10/C2 или C10/C3). (5) Содержание водорода в жидких продуктах и соотношение атомов водорода к углероду (H/C) увеличиваются по мере углубления процесса кристаллизации; при этом объем газообразных продуктов класса C4 или ниже с высоким содержанием водорода также возрастает. Согласно уравнению равновесия водорода, содержание водорода и соотношение водорода к углероду (H/C)L в жидких продуктах класса C5 или выше, получаемых в результате кристаллизации, снижаются по мере увеличения степени кристаллизации. Опыт производственной практики показывает, что при разложении фракционного нефтяного масла глубина разложения должна быть такой, чтобы соотношение водорода к углероду (H/C) в получаемых жидких продуктах типа C5+S было не ниже 0,96 (или содержание водорода — не ниже 8%). Когда глубина разложения становится слишком велика, в результате чего соотношение водорода к углероду (H/C) в жидких продуктах разложения типа C5+S падает ниже 0,96 (или содержание водорода — ниже 8%), это может привести к сокращению периода очистки от кокса из-за серьезного образования кокса в трубах печи или котлах для использования отходящего тепла. Следовательно, содержание водорода или соотношение водорода к углероду в жидком продукте, полученном в результате пиролиза, также являются важными показателями степени пиролиза. (6) Температура на выходе из печи для пиролиза (Tout). В 50-х годах для обозначения степени пиролиза использовалась температура на выходе из печи – Tout. Температура от 690 до 720 °C считалась признаком неглубокого пиролиза, от 720 до 750 °C – признаком умеренно глубокого пиролиза, а температура выше 750 °C – признаком глубокого пиролиза. Однако, поскольку не учитывались факторы, связанные с распределением температуры в процессе реакции и временем пребывания вещества в печи, использование температуры на выходе из печи в качестве показателя степени пиролиза является весьма однобоким подходом. Благодаря усовершенствованиям в дизайне современных печей для крахления, время пребывания материала в них значительно сократилось, в связи с чем для достижения того же уровня крахления требуется значительно более высокая температура. При определении типа печи уже установлены расположение труб и геометрические параметры. В этот момент температура на выходе из печи может в определенной степени характеризовать степень протекания процесса пиролиза для данного сырья и уровня нагрузки. Поэтому в производственных процессах для обозначения степени кристаллизации по-прежнему часто используется температура на выходе из печи. Диапазоны температуры на выходе, используемые для различения поверхностного, средней интенсивности и глубокого крахления, также будут разными. (7) Функция глубины пиролиза (S). Учитывая влияние температуры и времени пребывания на глубину пиролиза, некоторые исследователи связывают температуру пиролиза T с временем пребывания θ следующей формулой: S = Tθm, где м может принимать значения 0,06 или 0,027. S называется функцией глубины расщепления. (8) Функция глубины динамического разложения. Если рассматривать процесс разложения исходного материала как первоначальную реакцию, то между степенью преобразования исходного материала a, константой скорости реакции k и временем пребывания θ существует следующая связь: 1/(1-a)∫kdθ = ln∫kdθ. Это позволяет описать влияние распределения температуры и времени пребывания на степень преобразования или глубину разложения исходного материала; при этом можно количественно определить глубину разложения. Однако ∫kdθ — это не только функция распределения температуры и времени пребывания, но также функция свойств сырья для крахления. Чтобы избежать влияния свойств сырья, используемого для пиролиза, и оценить эффективность пиролиза в различных реакционных катушках трубчатой печи для пиролиза, можно использовать одно и то же сырье для пиролиза в разных реакционных катушках. Таким образом, можно оценить эффективность каждой реакционной катушки на основе значений ∫kdθ, получаемых в ней. Исходя из этого, компания S&W предлагает использовать н-пентан в качестве «стандартного сырья». При этом величина ∫kdθ, получаемая в результате разложения н-пентана, определяется как функция глубины кинетического разложения (KSF): KSF = ∫kc5dθ = ∫Ac5exp(-Ec5/RT). Здесь Kc5 – это константа скорости реакции разложения н-пентана ； Ac5 — коэффициент частоты реакции разложения н-пентана ； Ec5 — активационная энергия реакции разложения н-пентана. Очевидно, что функция глубины динамического разложения KSF является параметром, не зависящим от свойств исходного материала; она отражает влияние распределения температуры разложения и времени пребывания на степень разложения. В последнее время некоторые исследователи определяют ∫kdθ как индекс глубины расщепления CSI, где k — константа кинетики реакции конкретного исходного вещества. Следовательно, индекс глубины разложения CBS=∫kdθ зависит не только от температуры и времени пребывания, но также от свойств сырья, подвергаемого разложению.

Среди них: 1) коэффициент преобразования сырья α, 2) выход метана, 3) выход этилена, 4) соотношение H/C в газе, полученном в результате кристаллизации, 5) функция глубины кристаллизации (S), 6) функция кинетической глубины кристаллизации (KSF) и т. д.

1. Коэффициент преобразования сырья. 2. Выход метана. 3. Отношение выхода этилена к пропилену. 4. Отношение выхода метана к выходу этилена или пропилена. 5. Содержание водорода в жидком продукте и соотношение атомов водорода к углероду. 6. Температура на выходе из печи для разложения. 7. Функция глубины разложения. 8. Функция глубины динамического разложения.

Глубина разложения — это степень протекания реакции разложения. Из-за сложности процесса расщепления трудно точно описать его с помощью одного параметра. В инженерии, в зависимости от конкретных условий, для оценки глубины пиролиза часто используются следующие параметры. (1) Коэффициент преобразования сырья x. Коэффициент преобразования сырья отражает степень преобразования сырья в процессе разложения. Хотя он и не отражает степень протекания вторичной реакции, тем не менее он в определенной степени отражает степень протекания реакции расщепления. Поэтому глубину кристаллизации часто измеряют по степени преобразования сырья. При использовании одного углеводорода в качестве сырья (например, этилена или пропана и т. д.) коэффициент преобразования сырья x можно рассчитать по значениям числа молей до и после реакции, а именно N0 и NV: X = (N0 – NV) / N0 = 1 – NV / N0. При разложении смеси легких углеводородов можно отдельно рассчитать коэффициент преобразования каждого компонента. При разложении фракционного масла степень превращения можно рассчитать для определенного эквивалентного компонента, и с ее помощью оценивать глубину разложения. Для сырья, используемого в процессе крахкинга фракционных нефтей, степень преобразования сырья иногда оценивают по проценту массы легких компонентов C4 и ниже в образующихся газах крахкинга относительно массы сырья (этот показатель называется коэффициентом образования газа). Учитывая, что при процессе кристаллизации ароматических углеводородов в сырье образуется небольшое количество газа, коэффициент образования газа X (P+N) можно выразить следующим образом: X (P+N) = X_газ / (P+N), где X_газ — количество образующегося газа ； P, N — количество алканов и цикланов в сырье. Когда в сырье присутствует большое количество высокоциклических нафтенов, приведенная выше формула не будет применима. (2) Выход метана: выход метана при кристаллизации C10 увеличивается по мере углубления процесса кристаллизации. Поскольку метан довольно стабилен, он практически не исчезает в результате вторичных реакций. Следовательно, удельный выход метана в продуктах крахления может в определенной степени отражать степень глубины крахления реакции. При пиролизе в трубчатой печи при разложении ароматических углеводородов практически не образуются газообразные продукты. Для устранения влияния различного содержания ароматических углеводородов можно вычесть их из массы сырья, и в качестве основы для расчета выхода метана использовать массу алканов и циклалканов; это называется выходом метана без ароматических углеводородов C1(P+N)0. C1(P+N)0 = C10/(P+N) (3) Отношение выхода этилена к пропилену (C2/C3). В определенном диапазоне глубины кристаллизации с увеличением глубины кристаллизации повышается выход этилена, в то время как выход пропилена растет медленнее. При достижении определенной глубины кракинга выход этилена продолжает расти по мере увеличения глубины кракинга, в то время как выход пропилена начинает снижаться после достижения своего максимума. Следовательно, в определенном диапазоне глубины кристаллизации можно использовать соотношение выходов этилена и пропилена C2/C3 в качестве показателя глубины кристаллизации. Однако после того, как глубина крахления достигает определенного уровня, выход этилена также снижается по мере увеличения глубины крахления. В этот момент соотношение C2/C3 уже не может правильно отражать степень расщепления. (4) Отношение выхода метана к выходу этилена или пропилена (C10/C2= или C10/C3=). Поскольку выход метана по мере продвижения реакции всегда увеличивается, а выход этилена или пропилена после достижения максимального значения начинает снижаться по мере углубления процесса крахления. Поэтому при глубоком расщеплении целесообразно оценивать степень расщепления с помощью соотношения количества метана к количеству этилена или пропилена (C10/C2 или C10/C3). (5) Содержание водорода в жидких продуктах и соотношение атомов водорода к углероду (H/C) увеличиваются по мере углубления процесса кристаллизации; при этом объем газообразных продуктов класса C4 или ниже с высоким содержанием водорода также возрастает. Согласно уравнению равновесия водорода, содержание водорода и соотношение водорода к углероду (H/C)L в жидких продуктах класса C5 или выше, получаемых в результате кристаллизации, снижаются по мере увеличения степени кристаллизации. Опыт производственной практики показывает, что при разложении фракционного нефтяного масла глубина разложения должна быть такой, чтобы соотношение водорода к углероду (H/C) в получаемых жидких продуктах типа C5+S было не ниже 0,96 (или содержание водорода — не ниже 8%). Когда глубина разложения становится слишком велика, в результате чего соотношение водорода к углероду (H/C) в жидких продуктах разложения типа C5+S падает ниже 0,96 (или содержание водорода — ниже 8%), это может привести к сокращению периода очистки от кокса из-за серьезного образования кокса в трубах печи или котлах для использования отходящего тепла. Следовательно, содержание водорода или соотношение водорода к углероду в жидком продукте, полученном в результате пиролиза, также являются важными показателями степени пиролиза. (6) Температура на выходе из печи для пиролиза (Tout). В 50-х годах для обозначения степени пиролиза использовалась температура на выходе из печи – Tout. Температура от 690 до 720 °C считалась признаком неглубокого пиролиза, от 720 до 750 °C – признаком умеренно глубокого пиролиза, а температура выше 750 °C – признаком глубокого пиролиза. Однако, поскольку не учитывались факторы, связанные с распределением температуры в процессе реакции и временем пребывания вещества в печи, использование температуры на выходе из печи в качестве показателя степени пиролиза является весьма однобоким подходом. Благодаря усовершенствованиям в дизайне современных печей для крахления, время пребывания материала в них значительно сократилось, в связи с чем для достижения того же уровня крахления требуется значительно более высокая температура. При определении типа печи уже установлены расположение труб и геометрические параметры. В этот момент температура на выходе из печи может в определенной степени характеризовать степень протекания процесса пиролиза для данного сырья и уровня нагрузки. Поэтому в производственных процессах для обозначения степени кристаллизации по-прежнему часто используется температура на выходе из печи. Диапазоны температуры на выходе, используемые для различения поверхностного, средней интенсивности и глубокого крахления, также будут разными. (7) Функция глубины пиролиза (S). Учитывая влияние температуры и времени пребывания на глубину пиролиза, некоторые исследователи связывают температуру пиролиза T с временем пребывания θ следующей формулой: S = Tθm, где м может принимать значения 0,06 или 0,027. S называется функцией глубины расщепления. (8) Функция глубины динамического разложения. Если рассматривать процесс разложения исходного материала как первоначальную реакцию, то между степенью преобразования исходного материала a, константой скорости реакции k и временем пребывания θ существует следующая связь: 1/(1-a)∫kdθ = ln∫kdθ. Это позволяет описать влияние распределения температуры и времени пребывания на степень преобразования или глубину разложения исходного материала; при этом можно количественно определить глубину разложения. Однако ∫kdθ — это не только функция распределения температуры и времени пребывания, но также функция свойств сырья для крахления. Чтобы избежать влияния свойств сырья, используемого для пиролиза, и оценить эффективность пиролиза в различных реакционных катушках трубчатой печи для пиролиза, можно использовать одно и то же сырье для пиролиза в разных реакционных катушках. Таким образом, можно оценить эффективность каждой реакционной катушки на основе значений ∫kdθ, получаемых в ней. Исходя из этого, компания S&W предлагает использовать н-пентан в качестве «стандартного сырья». При этом величина ∫kdθ, получаемая в результате разложения н-пентана, определяется как функция глубины кинетического разложения (KSF): KSF = ∫kc5dθ = ∫Ac5exp(-Ec5/RT). Здесь Kc5 – это константа скорости реакции разложения н-пентана ； Ac5 — коэффициент частоты реакции разложения н-пентана ； Ec5 — активационная энергия реакции разложения н-пентана. Очевидно, что функция глубины динамического разложения KSF является параметром, не зависящим от свойств исходного материала; она отражает влияние распределения температуры разложения и времени пребывания на степень разложения. В последнее время некоторые исследователи определяют ∫kdθ как индекс глубины расщепления CSI, где k — константа кинетики реакции конкретного исходного вещества. Следовательно, индекс глубины разложения CBS=∫kdθ зависит не только от температуры и времени пребывания, но также от свойств сырья, подвергаемого разложению.

1) Коэффициент преобразования сырья α 2) Выход метана 3) Выход этилена 4) Соотношение H/C в газе, полученном в результате кристаллизации 5) Функция глубины кристаллизации (S) 6) Функция кинетической глубины кристаллизации (KSF) и т. д

1. Выход метана. 2. Отношение выхода этилена к пропилену. 3. Соотношение выхода метана к выходу этилена или пропилена. 4. Содержание водорода в жидком продукте и соотношение атомов водорода к углероду. 5. Температура на выходе из печи для разложения. 6. Функция глубины разложения. 7. Функция глубины динамического разложения.

1) Коэффициент преобразования сырья α 2) Выход метана 3) Выход этилена 4) Соотношение H/C в газе, полученном в результате кристаллизации 5) Функция глубины кристаллизации (S) 6) Функция кинетической глубины кристаллизации (KSF) и т. д.

Коэффициент преобразования сырья, выход метана, содержание водорода и соотношение углерода к водороду в жидких продуктах, температура на выходе из печи для кристаллизации (температура реакции), функция глубины кристаллизации S, кинетическая глубина кристаллизации KSF.

Глубина разложения — это степень протекания реакции разложения. Из-за сложности процесса расщепления трудно точно описать его с помощью одного параметра. В инженерии, в зависимости от конкретных условий, для оценки глубины пиролиза часто используются следующие параметры. (1) Коэффициент преобразования сырья x. Коэффициент преобразования сырья отражает степень преобразования сырья в процессе разложения. Хотя он и не отражает степень протекания вторичной реакции, тем не менее он в определенной степени отражает степень протекания реакции расщепления. Поэтому глубину кристаллизации часто измеряют по степени преобразования сырья. При использовании одного углеводорода в качестве сырья (например, этилена или пропана и т. д.) коэффициент преобразования сырья x можно рассчитать по значениям числа молей до и после реакции, а именно N0 и NV: X = (N0 – NV) / N0 = 1 – NV / N0. При разложении смеси легких углеводородов можно отдельно рассчитать коэффициент преобразования каждого компонента. При разложении фракционного масла степень превращения можно рассчитать для определенного эквивалентного компонента, и с ее помощью оценивать глубину разложения. Для сырья, используемого в процессе крахкинга фракционных нефтей, степень преобразования сырья иногда оценивают по проценту массы легких компонентов C4 и ниже в образующихся газах крахкинга относительно массы сырья (этот показатель называется коэффициентом образования газа). Учитывая, что при процессе кристаллизации ароматических углеводородов в сырье образуется небольшое количество газа, коэффициент образования газа X (P+N) можно выразить следующим образом: X (P+N) = X_газ / (P+N), где X_газ — количество образующегося газа ； P, N — количество алканов и цикланов в сырье. Когда в сырье присутствует большое количество высокоциклических нафтенов, приведенная выше формула не будет применима. (2) Выход метана: выход метана при кристаллизации C10 увеличивается по мере углубления процесса кристаллизации. Поскольку метан довольно стабилен, он практически не исчезает в результате вторичных реакций. Следовательно, удельный выход метана в продуктах крахления может в определенной степени отражать степень глубины крахления реакции. При пиролизе в трубчатой печи при разложении ароматических углеводородов практически не образуются газообразные продукты. Для устранения влияния различного содержания ароматических углеводородов можно вычесть их из массы сырья, и в качестве основы для расчета выхода метана использовать массу алканов и циклалканов; это называется выходом метана без ароматических углеводородов C1(P+N)0. C1(P+N)0 = C10/(P+N) (3) Отношение выхода этилена к пропилену (C2/C3). В определенном диапазоне глубины кристаллизации с увеличением глубины кристаллизации повышается выход этилена, в то время как выход пропилена растет медленнее. При достижении определенной глубины кракинга выход этилена продолжает расти по мере увеличения глубины кракинга, в то время как выход пропилена начинает снижаться после достижения своего максимума. Следовательно, в определенном диапазоне глубины кристаллизации можно использовать соотношение выходов этилена и пропилена C2/C3 в качестве показателя глубины кристаллизации. Однако после того, как глубина крахления достигает определенного уровня, выход этилена также снижается по мере увеличения глубины крахления. В этот момент соотношение C2/C3 уже не может правильно отражать степень расщепления. (4) Отношение выхода метана к выходу этилена или пропилена (C10/C2= или C10/C3=). Поскольку выход метана по мере продвижения реакции всегда увеличивается, а выход этилена или пропилена после достижения максимального значения начинает снижаться по мере углубления процесса крахления. Поэтому при глубоком расщеплении целесообразно оценивать степень расщепления с помощью соотношения количества метана к количеству этилена или пропилена (C10/C2 или C10/C3). (5) Содержание водорода в жидких продуктах и соотношение атомов водорода к углероду (H/C) увеличиваются по мере углубления процесса кристаллизации; при этом объем газообразных продуктов класса C4 или ниже с высоким содержанием водорода также возрастает. Согласно уравнению равновесия водорода, содержание водорода и соотношение водорода к углероду (H/C)L в жидких продуктах класса C5 или выше, получаемых в результате кристаллизации, снижаются по мере увеличения степени кристаллизации. Опыт производственной практики показывает, что при разложении фракционного нефтяного масла глубина разложения должна быть такой, чтобы соотношение водорода к углероду (H/C) в получаемых жидких продуктах типа C5+S было не ниже 0,96 (или содержание водорода — не ниже 8%). Когда глубина разложения становится слишком велика, в результате чего соотношение водорода к углероду (H/C) в жидких продуктах разложения типа C5+S падает ниже 0,96 (или содержание водорода — ниже 8%), это может привести к сокращению периода очистки от кокса из-за серьезного образования кокса в трубах печи или котлах для использования отходящего тепла. Следовательно, содержание водорода или соотношение водорода к углероду в жидком продукте, полученном в результате пиролиза, также являются важными показателями степени пиролиза. (6) Температура на выходе из печи для пиролиза (Tout). В 50-х годах для обозначения степени пиролиза использовалась температура на выходе из печи – Tout. Температура от 690 до 720 °C считалась признаком неглубокого пиролиза, от 720 до 750 °C – признаком умеренно глубокого пиролиза, а температура выше 750 °C – признаком глубокого пиролиза. Однако, поскольку не учитывались факторы, связанные с распределением температуры в процессе реакции и временем пребывания вещества в печи, использование температуры на выходе из печи в качестве показателя степени пиролиза является весьма однобоким подходом. Благодаря усовершенствованиям в дизайне современных печей для крахления, время пребывания материала в них значительно сократилось, в связи с чем для достижения того же уровня крахления требуется значительно более высокая температура. При определении типа печи уже установлены расположение труб и геометрические параметры. В этот момент температура на выходе из печи может в определенной степени характеризовать степень протекания процесса пиролиза для данного сырья и уровня нагрузки. Поэтому в производственных процессах для обозначения степени кристаллизации по-прежнему часто используется температура на выходе из печи. Диапазоны температуры на выходе, используемые для различения поверхностного, средней интенсивности и глубокого крахления, также будут разными. (7) Функция глубины пиролиза (S). Учитывая влияние температуры и времени пребывания на глубину пиролиза, некоторые исследователи связывают температуру пиролиза T с временем пребывания θ следующей формулой: S = Tθm, где м может принимать значения 0,06 или 0,027. S называется функцией глубины расщепления. (8) Функция глубины динамического разложения. Если рассматривать процесс разложения исходного материала как первоначальную реакцию, то между степенью преобразования исходного материала a, константой скорости реакции k и временем пребывания θ существует следующая связь: 1/(1-a)∫kdθ = ln∫kdθ. Это позволяет описать влияние распределения температуры и времени пребывания на степень преобразования или глубину разложения исходного материала; при этом можно количественно определить глубину разложения. Однако ∫kdθ — это не только функция распределения температуры и времени пребывания, но также функция свойств сырья для крахления. Чтобы избежать влияния свойств сырья, используемого для пиролиза, и оценить эффективность пиролиза в различных реакционных катушках трубчатой печи для пиролиза, можно использовать одно и то же сырье для пиролиза в разных реакционных катушках. Таким образом, можно оценить эффективность каждой реакционной катушки на основе значений ∫kdθ, получаемых в ней. Исходя из этого, компания S&W предлагает использовать н-пентан в качестве «стандартного сырья». При этом величина ∫kdθ, получаемая в результате разложения н-пентана, определяется как функция глубины кинетического разложения (KSF): KSF = ∫kc5dθ = ∫Ac5exp(-Ec5/RT). Здесь Kc5 – это константа скорости реакции разложения н-пентана ； Ac5 — коэффициент частоты реакции разложения н-пентана ； Ec5 — активационная энергия реакции разложения н-пентана. Очевидно, что функция глубины динамического разложения KSF является параметром, не зависящим от свойств исходного материала; она отражает влияние распределения температуры разложения и времени пребывания на степень разложения. В последнее время некоторые исследователи определяют ∫kdθ как индекс глубины расщепления CSI, где k — константа кинетики реакции конкретного исходного вещества. Следовательно, индекс глубины разложения CBS=∫kdθ зависит не только от температуры и времени пребывания, но также от свойств сырья, подвергаемого разложению.

Глубина разложения — это степень протекания реакции разложения. Из-за сложности процесса расщепления трудно точно описать его с помощью одного параметра. В инженерии, в зависимости от конкретных условий, для оценки глубины пиролиза часто используются следующие параметры. (1) Коэффициент преобразования сырья x. Коэффициент преобразования сырья отражает степень преобразования сырья в процессе разложения. Хотя он и не отражает степень протекания вторичной реакции, тем не менее он в определенной степени отражает степень протекания реакции расщепления. Поэтому глубину кристаллизации часто измеряют по степени преобразования сырья. При использовании одного углеводорода в качестве сырья (например, этилена или пропана и т. д.) коэффициент преобразования сырья x можно рассчитать по значениям числа молей до и после реакции, а именно N0 и NV: X = (N0 – NV) / N0 = 1 – NV / N0. При разложении смеси легких углеводородов можно отдельно рассчитать коэффициент преобразования каждого компонента. При разложении фракционного масла степень превращения можно рассчитать для определенного эквивалентного компонента, и с ее помощью оценивать глубину разложения. Для сырья, используемого в процессе крахкинга фракционных нефтей, степень преобразования сырья иногда оценивают по проценту массы легких компонентов C4 и ниже в образующихся газах крахкинга относительно массы сырья (этот показатель называется коэффициентом образования газа). Учитывая, что при процессе кристаллизации ароматических углеводородов в сырье образуется небольшое количество газа, коэффициент образования газа X (P+N) можно выразить следующим образом: X (P+N) = X_газ / (P+N), где X_газ — количество образующегося газа ； P, N — количество алканов и цикланов в сырье. Когда в сырье присутствует большое количество высокоциклических нафтенов, приведенная выше формула не будет применима. (2) Выход метана: выход метана при кристаллизации C10 увеличивается по мере углубления процесса кристаллизации. Поскольку метан довольно стабилен, он практически не исчезает в результате вторичных реакций. Следовательно, удельный выход метана в продуктах крахления может в определенной степени отражать степень глубины крахления реакции. При пиролизе в трубчатой печи при разложении ароматических углеводородов практически не образуются газообразные продукты. Для устранения влияния различного содержания ароматических углеводородов можно вычесть их из массы сырья, и в качестве основы для расчета выхода метана использовать массу алканов и циклалканов; это называется выходом метана без ароматических углеводородов C1(P+N)0. C1(P+N)0 = C10/(P+N) (3) Отношение выхода этилена к пропилену (C2/C3). В определенном диапазоне глубины кристаллизации с увеличением глубины кристаллизации повышается выход этилена, в то время как выход пропилена растет медленнее. При достижении определенной глубины кракинга выход этилена продолжает расти по мере увеличения глубины кракинга, в то время как выход пропилена начинает снижаться после достижения своего максимума. Следовательно, в определенном диапазоне глубины кристаллизации можно использовать соотношение выходов этилена и пропилена C2/C3 в качестве показателя глубины кристаллизации. Однако после того, как глубина крахления достигает определенного уровня, выход этилена также снижается по мере увеличения глубины крахления. В этот момент соотношение C2/C3 уже не может правильно отражать степень расщепления. (4) Отношение выхода метана к выходу этилена или пропилена (C10/C2= или C10/C3=). Поскольку выход метана по мере продвижения реакции всегда увеличивается, а выход этилена или пропилена после достижения максимального значения начинает снижаться по мере углубления процесса крахления. Поэтому при глубоком расщеплении целесообразно оценивать степень расщепления с помощью соотношения количества метана к количеству этилена или пропилена (C10/C2 или C10/C3). (5) Содержание водорода в жидких продуктах и соотношение атомов водорода к углероду (H/C) увеличиваются по мере углубления процесса кристаллизации; при этом объем газообразных продуктов класса C4 или ниже с высоким содержанием водорода также возрастает. Согласно уравнению равновесия водорода, содержание водорода и соотношение водорода к углероду (H/C)L в жидких продуктах класса C5 или выше, получаемых в результате кристаллизации, снижаются по мере увеличения степени кристаллизации. Опыт производственной практики показывает, что при разложении фракционного нефтяного масла глубина разложения должна быть такой, чтобы соотношение водорода к углероду (H/C) в получаемых жидких продуктах типа C5+S было не ниже 0,96 (или содержание водорода — не ниже 8%). Когда глубина разложения становится слишком велика, в результате чего соотношение водорода к углероду (H/C) в жидких продуктах разложения типа C5+S падает ниже 0,96 (или содержание водорода — ниже 8%), это может привести к сокращению периода очистки от кокса из-за серьезного образования кокса в трубах печи или котлах для использования отходящего тепла. Следовательно, содержание водорода или соотношение водорода к углероду в жидком продукте, полученном в результате пиролиза, также являются важными показателями степени пиролиза. (6) Температура на выходе из печи для пиролиза (Tout). В 50-х годах для обозначения степени пиролиза использовалась температура на выходе из печи – Tout. Температура от 690 до 720 °C считалась признаком неглубокого пиролиза, от 720 до 750 °C – признаком умеренно глубокого пиролиза, а температура выше 750 °C – признаком глубокого пиролиза. Однако, поскольку не учитывались факторы, связанные с распределением температуры в процессе реакции и временем пребывания вещества в печи, использование температуры на выходе из печи в качестве показателя степени пиролиза является весьма однобоким подходом. Благодаря усовершенствованиям в дизайне современных печей для крахления, время пребывания материала в них значительно сократилось, в связи с чем для достижения того же уровня крахления требуется значительно более высокая температура. При определении типа печи уже установлены расположение труб и геометрические параметры. В этот момент температура на выходе из печи может в определенной степени характеризовать степень протекания процесса пиролиза для данного сырья и уровня нагрузки. Поэтому в производственных процессах для обозначения степени кристаллизации по-прежнему часто используется температура на выходе из печи. Диапазоны температуры на выходе, используемые для различения поверхностного, средней интенсивности и глубокого крахления, также будут разными. (7) Функция глубины пиролиза (S). Учитывая влияние температуры и времени пребывания на глубину пиролиза, некоторые исследователи связывают температуру пиролиза T с временем пребывания θ следующей формулой: S = Tθm, где м может принимать значения 0,06 или 0,027. S называется функцией глубины расщепления. (8) Функция глубины динамического разложения. Если рассматривать процесс разложения исходного материала как первоначальную реакцию, то между степенью преобразования исходного материала a, константой скорости реакции k и временем пребывания θ существует следующая связь: 1/(1-a)∫kdθ = ln∫kdθ. Это позволяет описать влияние распределения температуры и времени пребывания на степень преобразования или глубину разложения исходного материала; при этом можно количественно определить глубину разложения. Однако ∫kdθ — это не только функция распределения температуры и времени пребывания, но также функция свойств сырья для крахления. Чтобы избежать влияния свойств сырья, используемого для пиролиза, и оценить эффективность пиролиза в различных реакционных катушках трубчатой печи для пиролиза, можно использовать одно и то же сырье для пиролиза в разных реакционных катушках. Таким образом, можно оценить эффективность каждой реакционной катушки на основе значений ∫kdθ, получаемых в ней. Исходя из этого, компания S&W предлагает использовать н-пентан в качестве «стандартного сырья». При этом величина ∫kdθ, получаемая в результате разложения н-пентана, определяется как функция глубины кинетического разложения (KSF): KSF = ∫kc5dθ = ∫Ac5exp(-Ec5/RT). Здесь Kc5 – это константа скорости реакции разложения н-пентана ； Ac5 — коэффициент частоты реакции разложения н-пентана ； Ec5 — активационная энергия реакции разложения н-пентана. Очевидно, что функция глубины динамического разложения KSF является параметром, не зависящим от свойств исходного материала; она отражает влияние распределения температуры разложения и времени пребывания на степень разложения. В последнее время некоторые исследователи определяют ∫kdθ как индекс глубины расщепления CSI, где k — константа кинетики реакции конкретного исходного вещества. Следовательно, индекс глубины разложения CBS=∫kdθ зависит не только от температуры и времени пребывания, но также от свойств сырья, подвергаемого разложению.

Глубина разложения — это степень протекания реакции разложения. Из-за сложности процесса расщепления трудно точно описать его с помощью одного параметра. В инженерии, в зависимости от конкретных условий, для оценки глубины пиролиза часто используются следующие параметры. (1) Коэффициент преобразования сырья x. Коэффициент преобразования сырья отражает степень преобразования сырья в процессе разложения. Хотя он и не отражает степень протекания вторичной реакции, тем не менее он в определенной степени отражает степень протекания реакции расщепления. Поэтому глубину кристаллизации часто измеряют по степени преобразования сырья. При использовании одного углеводорода в качестве сырья (например, этилена или пропана и т. д.) коэффициент преобразования сырья x можно рассчитать по значениям числа молей до и после реакции, а именно N0 и NV: X = (N0 – NV) / N0 = 1 – NV / N0. При разложении смеси легких углеводородов можно отдельно рассчитать коэффициент преобразования каждого компонента. При разложении фракционного масла степень превращения можно рассчитать для определенного эквивалентного компонента, и с ее помощью оценивать глубину разложения. Для сырья, используемого в процессе крахкинга фракционных нефтей, степень преобразования сырья иногда оценивают по проценту массы легких компонентов C4 и ниже в образующихся газах крахкинга относительно массы сырья (этот показатель называется коэффициентом образования газа). Учитывая, что при процессе кристаллизации ароматических углеводородов в сырье образуется небольшое количество газа, коэффициент образования газа X (P+N) можно выразить следующим образом: X (P+N) = X_газ / (P+N), где X_газ — количество образующегося газа ； P, N — количество алканов и цикланов в сырье. Когда в сырье присутствует большое количество высокоциклических нафтенов, приведенная выше формула не будет применима. (2) Выход метана: выход метана при кристаллизации C10 увеличивается по мере углубления процесса кристаллизации. Поскольку метан довольно стабилен, он практически не исчезает в результате вторичных реакций. Следовательно, удельный выход метана в продуктах крахления может в определенной степени отражать степень глубины крахления реакции. При пиролизе в трубчатой печи при разложении ароматических углеводородов практически не образуются газообразные продукты. Для устранения влияния различного содержания ароматических углеводородов можно вычесть их из массы сырья, и в качестве основы для расчета выхода метана использовать массу алканов и циклалканов; это называется выходом метана без ароматических углеводородов C1(P+N)0. C1(P+N)0 = C10/(P+N) (3) Отношение выхода этилена к пропилену (C2/C3). В определенном диапазоне глубины кристаллизации с увеличением глубины кристаллизации повышается выход этилена, в то время как выход пропилена растет медленнее. При достижении определенной глубины кракинга выход этилена продолжает расти по мере увеличения глубины кракинга, в то время как выход пропилена начинает снижаться после достижения своего максимума. Следовательно, в определенном диапазоне глубины кристаллизации можно использовать соотношение выходов этилена и пропилена C2/C3 в качестве показателя глубины кристаллизации. Однако после того, как глубина крахления достигает определенного уровня, выход этилена также снижается по мере увеличения глубины крахления. В этот момент соотношение C2/C3 уже не может правильно отражать степень расщепления. (4) Отношение выхода метана к выходу этилена или пропилена (C10/C2= или C10/C3=). Поскольку выход метана по мере продвижения реакции всегда увеличивается, а выход этилена или пропилена после достижения максимального значения начинает снижаться по мере углубления процесса крахления. Поэтому при глубоком расщеплении целесообразно оценивать степень расщепления с помощью соотношения количества метана к количеству этилена или пропилена (C10/C2 или C10/C3). (5) Содержание водорода в жидких продуктах и соотношение атомов водорода к углероду (H/C) увеличиваются по мере углубления процесса кристаллизации; при этом объем газообразных продуктов класса C4 или ниже с высоким содержанием водорода также возрастает. Согласно уравнению равновесия водорода, содержание водорода и соотношение водорода к углероду (H/C)L в жидких продуктах класса C5 или выше, получаемых в результате кристаллизации, снижаются по мере увеличения степени кристаллизации. Опыт производственной практики показывает, что при разложении фракционного нефтяного масла глубина разложения должна быть такой, чтобы соотношение водорода к углероду (H/C) в получаемых жидких продуктах типа C5+S было не ниже 0,96 (или содержание водорода — не ниже 8%). Когда глубина разложения становится слишком велика, в результате чего соотношение водорода к углероду (H/C) в жидких продуктах разложения типа C5+S падает ниже 0,96 (или содержание водорода — ниже 8%), это может привести к сокращению периода очистки от кокса из-за серьезного образования кокса в трубах печи или котлах для использования отходящего тепла. Следовательно, содержание водорода или соотношение водорода к углероду в жидком продукте, полученном в результате пиролиза, также являются важными показателями степени пиролиза. (6) Температура на выходе из печи для пиролиза (Tout). В 50-х годах для обозначения степени пиролиза использовалась температура на выходе из печи – Tout. Температура от 690 до 720 °C считалась признаком неглубокого пиролиза, от 720 до 750 °C – признаком умеренно глубокого пиролиза, а температура выше 750 °C – признаком глубокого пиролиза. Однако, поскольку не учитывались факторы, связанные с распределением температуры в процессе реакции и временем пребывания вещества в печи, использование температуры на выходе из печи в качестве показателя степени пиролиза является весьма однобоким подходом. Благодаря усовершенствованиям в дизайне современных печей для крахления, время пребывания материала в них значительно сократилось, в связи с чем для достижения того же уровня крахления требуется значительно более высокая температура. При определении типа печи уже установлены расположение труб и геометрические параметры. В этот момент температура на выходе из печи может в определенной степени характеризовать степень протекания процесса пиролиза для данного сырья и уровня нагрузки. Поэтому в производственных процессах для обозначения степени кристаллизации по-прежнему часто используется температура на выходе из печи. Диапазоны температуры на выходе, используемые для различения поверхностного, средней интенсивности и глубокого крахления, также будут разными. (7) Функция глубины пиролиза (S). Учитывая влияние температуры и времени пребывания на глубину пиролиза, некоторые исследователи связывают температуру пиролиза T с временем пребывания θ следующей формулой: S = Tθm, где м может принимать значения 0,06 или 0,027. S называется функцией глубины расщепления. (8) Функция глубины динамического разложения. Если рассматривать процесс разложения исходного материала как первоначальную реакцию, то между степенью преобразования исходного материала a, константой скорости реакции k и временем пребывания θ существует следующая связь: 1/(1-a)∫kdθ = ln∫kdθ. Это позволяет описать влияние распределения температуры и времени пребывания на степень преобразования или глубину разложения исходного материала; при этом можно количественно определить глубину разложения. Однако ∫kdθ — это не только функция распределения температуры и времени пребывания, но также функция свойств сырья для крахления. Чтобы избежать влияния свойств сырья, используемого для пиролиза, и оценить эффективность пиролиза в различных реакционных катушках трубчатой печи для пиролиза, можно использовать одно и то же сырье для пиролиза в разных реакционных катушках. Таким образом, можно оценить эффективность каждой реакционной катушки на основе значений ∫kdθ, получаемых в ней. Исходя из этого, компания S&W предлагает использовать н-пентан в качестве «стандартного сырья». При этом величина ∫kdθ, получаемая в результате разложения н-пентана, определяется как функция глубины кинетического разложения (KSF): KSF = ∫kc5dθ = ∫Ac5exp(-Ec5/RT). Здесь Kc5 – это константа скорости реакции разложения н-пентана ； Ac5 — коэффициент частоты реакции разложения н-пентана ； Ec5 — активационная энергия реакции разложения н-пентана. Очевидно, что функция глубины динамического разложения KSF является параметром, не зависящим от свойств исходного материала; она отражает влияние распределения температуры разложения и времени пребывания на степень разложения. В последнее время некоторые исследователи определяют ∫kdθ как индекс глубины расщепления CSI, где k — константа кинетики реакции конкретного исходного вещества. Следовательно, индекс глубины разложения CBS=∫kdθ зависит не только от температуры и времени пребывания, но также от свойств сырья, подвергаемого разложению.