【Spaltungsdatenbank】Faktoren, die die Strahlung im Spaltungsofen beeinflussen, sind
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Die Faktoren, die die Strahlung im Zersetzungsofen beeinflussen, sind: Eigenschaften des Rohstoffs, Zersetzungstemperatur, Verweilzeit, Kohlenwasserstoffdruck sowie Material der Ofenrohroberfläche. Richtig +5 Erklärung +10
1. Eigenschaften der Rohstoffe 2. Zersetzungstemperatur 3. Kohlenwasserstoffdruck 4. Verweilzeit 5. Metallkatalysator
Faktoren, die die Strahlung im Zersetzungsofen beeinflussen, sind: 1. Eigenschaften des Rohstoffs und Tiefe der Zersetzung 2. Zersetzungs Temperatur 3. Kohlenwasserstoffdruck sowie Verdünnungsdampf 4. Dauer des Verweilens 5. Metallkatalysatoren
Hauptfaktoren, die das Verkohlen im Zersetzungsofen beeinflussen 1.1 Eigenschaften der Rohstoffe Das Verkohlen während des Zersetzungsprozesses von Kohlenwasserstoffen entsteht hauptsächlich durch aromatische Verbindungen in den Rohstoffen sowie durch Sekundärreaktionen der Zersetzungsgase. Je höher der Anteil an Aromaten und Olefinen in den Rohstoffen ist, desto schneller erfolgt die Koksbildung. 1.1.1 Aromatische Stoffe Bei Spaltungsrohstoffen mit einem hohen Aromatindex entstehen bei mäßiger Spaltung die Kokingsubstanzen hauptsächlich aus den in den Rohstoffen enthaltenen Aromaten. Bei starker Spaltung entstehen die Kokingsubstanzen hauptsächlich aus den Olefinen und Doppelolen, die im Strahlungsbereich des Spaltungsofens entstehen und durch Polymerisation, Cyclisierung sowie Dehydrogenationsreaktionen zu polycyclischen Aromaten werden. Bei Spaltungsrohstoffen mit einem niedrigen Aromatindex entstehen bei mittlerer bis starker Spaltung die Kokingsubstanzen aus den Olefinen und Doppelolen, die im Strahlungsbereich des Spaltungsofens entstehen, sowie aus den durch Polymerisation, Cyclisierung und Dehydrogenationsreaktionen entstandenen Cyclo- und Polycyclischen Aromaten. 1.1.2 „Schichtung“ der Rohstoffe Naphtha ist ein Öl mit mehreren Destillationsfraktionen. Im Lagerbehälter tritt eine starke „Schichtung“ dieses Öls auf. Durch Probenentnahmen an verschiedenen Stellen desselben Nafta-Tanks wurde festgestellt, dass das Rohmaterial unmittelbar nach dem Entnehmen aus dem Tank hauptsächlich aus schweren Verbindungen besteht. Der Anteil an Aromaten ist dabei hoch, wodurch es zu Verkohlung in den Heizrohren kommen kann. 1.1.3 Olefinfaktoren Bei der Zersetzung von Olefinen können Reaktionen wie Kettenabbruch, Dehydrierung, Synthese von Dienen sowie Aromatisierung stattfinden. Bei hohen Temperaturen bilden sich leicht aromatische Kohlenwasserstoffe, Cycloalkane und Cycloolefine. Zudem entsteht viel Koks – daher ist es besser, wenn im Rohmaterial möglichst wenig Olefine enthalten sind. Wenn die Trennprozesse instabil sind, ist der Gehalt an Olefinen hoch, und die Verkohlung der Rohrleitungen erfolgt schneller. 1.2 Zersetzungstemperatur
Bei der Zersetzung von Kohlenwasserstoffen handelt es sich hauptsächlich um Kettenabbruch- und Dehydrierungsreaktionen – beides sind stark endotherme Reaktionen. Deshalb muss dem System bei hoher Temperatur genügend Wärme zugeführt werden. Aus Sicht des chemischen Gleichgewichts führt eine Erhöhung der Reaktionstemperatur dazu, dass die Gleichgewichtskonstanten der endothermen Reaktionen zunehmen. Dadurch kann die Umsetzungsrate der chemischen Reaktionen erhöht werden. Aus Sicht der Reaktionskinetik führt eine Erhöhung der Zersetzungstemperatur dazu, dass die relative Geschwindigkeit der Primärprodukte gegenüber den Sekundärprodukten zunimmt. Doch aus thermodynamischer Sicht führt eine höhere Zersetzungstemperatur dazu, dass die Zersetzung tiefer geht und die Sekundärreaktionen beschleunigt ablaufen. Dadurch erhöht sich auch die Rate der Koksbildung. 1.3 Kohlenwasserstoffdruck: Bei den Reaktionen im Zuge der Spaltung – sei es eine Dehydrogenationsreaktion oder eine Kettenabbruchreaktion – nimmt die Anzahl der Gasmoleküle zu. Eine Verringerung des Systemdrucks trägt dazu bei, die Gleichgewichtsumwandlungsrate von Ethylen zu erhöhen. Aus der Reaktionskinetikanalyse geht hervor, dass eine Senkung des Drucks die Geschwindigkeit der primären Reaktion im Vergleich zur sekundären Reaktion erhöht. Dadurch wird die Selektivität für Ethylen gesteigert und das Auftreten der sekundären Reaktionen unterdrückt – was wiederum zur Verringerung des Koksbildungsprozesses führt. 1.4 Verweilzeit Bei der Spaltungsreaktion bei einer bestimmten Temperatur ist es wichtig, dass die Reaktanten in der Hochtemperaturzone lange genug verweilen. Wenn die Verweilzeit zu kurz ist, kann die erste Spaltungsreaktion nicht vollständig ablaufen – dadurch ist die Umwandlungsrate gering und die Ethylenproduktion niedrig. Wenn die Verweilzeit zu lang ist, nimmt die Tiefe der Spaltung zu, es finden mehrere Reaktionen statt, was wiederum zur Bildung von Koks führt. Bei niedrigem Druck der Kohlenwasserstoffe hat die Verweilzeit einen weitaus größeren Einfluss auf die Selektivität der Spaltung als der Druck der Kohlenwasserstoffe selbst. Daher ist es von großer Bedeutung, eine geeignete Verweilzeit zu bestimmen, um die Selektivität für Ethylen zu erhöhen und die Betriebsdauer des Zersetzungsofens zu verlängern. Wenn die Verarbeitungsmenge festgelegt ist, kann der Durchfluss des Verdünnungsdampfs geändert werden, um die Verweildauer im Rohr zu regulieren. 1.5 Metallkatalyse Bei der thermischen Zersetzung von Kohlenwasserstoffen hat die Materialbeschaffenheit der Rohrinnenoberfläche eine katalytische Wirkung auf die Bildung von Koks. In den Eingangs- und Ausgangsbereichen der Zersetzungsöfen in Ethylenanlagen enthält das Material in der Regel Metalle wie Cr und Ni, die eine gewisse katalytische Wirkung bei der Koksbildung haben.
Bei der Zersetzung von Kohlenwasserstoffen handelt es sich hauptsächlich um Kettenabbruch- und Dehydrierungsreaktionen – beides sind stark endotherme Reaktionen. Deshalb muss dem System bei hoher Temperatur genügend Wärme zugeführt werden. Aus Sicht des chemischen Gleichgewichts führt eine Erhöhung der Reaktionstemperatur dazu, dass die Gleichgewichtskonstanten der endothermen Reaktionen zunehmen. Dadurch kann die Umsetzungsrate der chemischen Reaktionen erhöht werden. Aus Sicht der Reaktionskinetik führt eine Erhöhung der Zersetzungstemperatur dazu, dass die relative Geschwindigkeit der Primärprodukte gegenüber den Sekundärprodukten zunimmt. Doch aus thermodynamischer Sicht führt eine höhere Zersetzungstemperatur dazu, dass die Zersetzung tiefer geht und die Sekundärreaktionen beschleunigt ablaufen. Dadurch erhöht sich auch die Rate der Koksbildung. 1.3 Kohlenwasserstoffdruck: Bei den Reaktionen im Zuge der Spaltung – sei es eine Dehydrogenationsreaktion oder eine Kettenabbruchreaktion – nimmt die Anzahl der Gasmoleküle zu. Eine Verringerung des Systemdrucks trägt dazu bei, die Gleichgewichtsumwandlungsrate von Ethylen zu erhöhen. Aus der Reaktionskinetikanalyse geht hervor, dass eine Senkung des Drucks die Geschwindigkeit der primären Reaktion im Vergleich zur sekundären Reaktion erhöht. Dadurch wird die Selektivität für Ethylen gesteigert und das Auftreten der sekundären Reaktionen unterdrückt – was wiederum zur Verringerung des Koksbildungsprozesses führt. 1.4 Verweilzeit Bei der Spaltungsreaktion bei einer bestimmten Temperatur ist es wichtig, dass die Reaktanten in der Hochtemperaturzone lange genug verweilen. Wenn die Verweilzeit zu kurz ist, kann die erste Spaltungsreaktion nicht vollständig ablaufen – dadurch ist die Umwandlungsrate gering und die Ethylenproduktion niedrig. Wenn die Verweilzeit zu lang ist, nimmt die Tiefe der Spaltung zu, es finden mehrere Reaktionen statt, was wiederum zur Bildung von Koks führt. Bei niedrigem Druck der Kohlenwasserstoffe hat die Verweilzeit einen weitaus größeren Einfluss auf die Selektivität der Spaltung als der Druck der Kohlenwasserstoffe selbst. Daher ist es von großer Bedeutung, eine geeignete Verweilzeit zu bestimmen, um die Selektivität für Ethylen zu erhöhen und die Betriebsdauer des Zersetzungsofens zu verlängern. Wenn die Verarbeitungsmenge festgelegt ist, kann der Durchfluss des Verdünnungsdampfs geändert werden, um die Verweildauer im Rohr zu regulieren. 1.5 Metallkatalyse Bei der thermischen Zersetzung von Kohlenwasserstoffen hat die Materialbeschaffenheit der Rohrinnenoberfläche eine katalytische Wirkung auf die Bildung von Koks. In den Eingangs- und Ausgangsbereichen der Zersetzungsöfen in Ethylenanlagen enthält das Material in der Regel Metalle wie Cr und Ni, die eine gewisse katalytische Wirkung bei der Koksbildung haben.
1 Eigenschaften der Rohstoffe: Die Verkohlung im Prozess der Kohlenwasserstoffspaltung entsteht hauptsächlich durch aromatische Verbindungen in den Rohstoffen sowie durch Sekundärreaktionen der Spaltgase. Je höher der Anteil an Aromaten und Olefinen in den Rohstoffen ist, desto schneller erfolgt die Koksbildung. Bei Pyrolyseverfahrensmaterialien mit einem hohen Aromatenindex stammen bei mäßiger Pyrolyse die Vorstufen für die Bildung von Koks hauptsächlich aus den Aromastoffen im Pyrolyseverfahrensmaterial. Bei intensiverer Pyrolyse stammen diese Vorstufen hauptsächlich aus den Olefinen und Doppelolen, die im Strahlungsbereich des Pyrolyseofens entstehen und durch Polymerisation, Cyclisierung sowie Dehydrogenationsreaktionen zu polycyclischen Aromastoffen werden. Bei Pyrolyseverfahrensmaterialien mit einem niedrigen Aromatenindex stammen bei mittlerer bis intensiver Pyrolyse die Vorstufen für die Bildung von Koks aus den Olefinen und Doppelolen, die im Strahlungsbereich des Pyrolyseofens entstehen, sowie aus den aromatischen und polycyclischen Aromastoffen, die durch Polymerisation, Cyclisierung sowie Dehydrogenationsreaktionen entstehen. Das Rohmaterial „geschichtetes Naphtha“ ist ein Öl mit mehreren Fraktionen. Nach dem Eintritt in die Lagerbehälter tritt dort ein starkes „Schichtungseffekt“ auf. Durch Probenentnahmen an verschiedenen Stellen desselben Nafta-Tanks wurde festgestellt, dass das Rohmaterial unmittelbar nach dem Entnehmen aus dem Tank hauptsächlich aus schweren Verbindungen besteht. Der Anteil an Aromaten ist dabei hoch, wodurch es zu Verkohlung in den Heizrohren kommen kann. 4. Olefinfaktor: Bei der Spaltung von Olefinen können Reaktionen wie Kettenbruch, Dehydrierung, Synthese von Dienen sowie Aromatisierung stattfinden. Bei hohen Temperaturen bilden sich leicht aromatische Kohlenwasserstoffe, Cycloalkane und Cycloolefine. Zudem entsteht viel Koks – daher ist es besser, wenn im Rohmaterial möglichst wenig Olefine enthalten sind. Wenn die Trennprozesse instabil sind, ist der Gehalt an Olefinen hoch, und die Verkohlung der Rohrleitungen erfolgt schneller. Die Zersetzung von Kohlenwasserstoffen bei 5 Zersetzungstemperaturen beruht hauptsächlich auf Kettenabbruch- und Dehydrierungsreaktionen – beides sind stark endotherme Reaktionen. Deshalb muss dem System bei hohen Temperaturen genügend Wärme zugeführt werden. Aus Sicht des chemischen Gleichgewichts führt eine Erhöhung der Reaktionstemperatur dazu, dass die Gleichgewichtskonstanten der endothermen Reaktionen zunehmen, wodurch die Umsetzungsrate der chemischen Reaktionen gesteigert wird. Aus Sicht der Reaktionskinetik kann eine Erhöhung der Zersetzungstemperatur dazu führen, dass die relative Geschwindigkeit des Primärprodukts gegenüber den Sekundärreaktionen zunimmt. Doch aus thermodynamischer Sicht führt eine höhere Zersetzungstemperatur zu einer größeren Zersetzungstiefe sowie zu beschleunigten Sekundärreaktionen – dadurch erhöht sich auch die Rostgeschwindigkeit. Bei der Pyrolyse von Kohlenwasserstoffen handelt es sich um Reaktionen, bei denen die Anzahl der Gasmoleküle zunimmt – egal ob es sich um Dehydrogenationsreaktionen oder Kettenabbruchreaktionen handelt. Eine Verringerung des Systemdrucks trägt dazu bei, die Gleichgewichtsumwandlungsrate von Ethylen zu erhöhen. Aus der Reaktionskinetikanalyse geht hervor, dass eine Senkung des Drucks die Geschwindigkeit der primären Reaktion im Vergleich zur sekundären Reaktion erhöht. Dadurch wird die Selektivität für Ethylen gesteigert und das Auftreten der sekundären Reaktionen unterdrückt – was wiederum zur Verringerung des Koksbildungsprozesses führt.
1 Eigenschaften der Rohstoffe: Die Verkohlung im Zuge der Spaltung von Kohlenwasserstoffen entsteht hauptsächlich durch die aromatischen Verbindungen in den Rohstoffen sowie durch sekundäre Reaktionen der Spaltgase. Je höher der Anteil an Aromaten und Olefinen in den Rohstoffen ist, desto schneller erfolgt die Koksbildung. 2. Aromatkomponenten: Bei Spaltungsrohstoffen mit einem hohen Aromatindex entstehen bei mäßiger Spaltung die Kerne für das Koking hauptsächlich aus den in den Spaltungsrohstoffen enthaltenen Aromaten. Bei intensiverer Spaltung stammen die Kerne für das Koking hauptsächlich aus den Olefinen und Doppelolen, die im Strahlungsbereich des Spaltungsofens entstehen, sowie aus den durch Polymerisation, Cyclisierung, Dehydrogenation und Kondensation entstandenen polycyclischen Aromaten. Bei Spaltungsrohstoffen mit einem niedrigen Aromatindex entstehen bei mittlerer bis intensiver Spaltung die Kerne für das Koking aus den Olefinen und Doppelolen, die im Strahlungsbereich des Spaltungsofens entstehen, sowie aus den durch Polymerisation, Cyclisierung, Dehydrogenation und Kondensation entstandenen cyclischen und polycyclischen Aromaten. 3. „Schichtung“ der Rohstoffe: Naphtha ist ein Öl mit mehreren Destillationsfraktionen. Im Lagerbehälter kommt es aufgrund dessen zu einer starken „Schichtung“. Durch Probenentnahmen an verschiedenen Stellen desselben Nafta-Tanks wurde festgestellt, dass das Rohmaterial unmittelbar nach dem Entnehmen aus dem Tank hauptsächlich aus schweren Verbindungen besteht. Der Anteil an Aromaten ist dabei hoch, wodurch es zu Verkohlung in den Heizrohren kommen kann. 4. Olefinfaktor: Bei der Spaltung von Olefinen können Reaktionen wie Kettenbruch, Dehydrierung, Synthese von Dienen sowie Aromatisierung stattfinden. Bei hohen Temperaturen bilden sich leicht Aromaten, Cycloalkane und Cycloolefine. Zudem entsteht viel Koks – daher ist es besser, wenn im Rohstoff möglichst wenig Olefine enthalten sind. Wenn die Trennprozesse instabil sind, ist der Gehalt an Olefinen hoch, und die Verkohlung der Rohrleitungen erfolgt schneller. 5. Zersetzungstemperatur: Bei der Zersetzung von Kohlenwasserstoffen handelt es sich hauptsächlich um Kettenabbruch- und Dehydrierungsreaktionen – beides sind stark endotherme Reaktionen. Deshalb muss dem System bei hoher Temperatur genügend Wärme zugeführt werden. Aus Sicht des chemischen Gleichgewichts führt eine Erhöhung der Reaktionstemperatur dazu, dass die Gleichgewichtskonstanten der endothermen Reaktionen zunehmen, wodurch die Umsetzungsrate der chemischen Reaktionen erhöht wird. Aus Sicht der Reaktionskinetik führt eine Erhöhung der Zersetzungstemperatur dazu, dass die relative Geschwindigkeit des Zielprodukts der ersten Reaktion gegenüber der zweiten Reaktion zunimmt. Allerdings führt eine Erhöhung der Zersetzungstemperatur aufgrund der Thermodynamik zu einer größeren Zersetzungstiefe sowie zu einer beschleunigten Ablauf der zweiten Reaktion – dadurch erhöht sich auch die Rostgeschwindigkeit. 6. Kohlenwasserstoffdruck: Bei der Zersetzung handelt es sich um eine Reaktion – sei es eine Dehydrierungsreaktion oder eine Kettenabbruchreaktion – bei der die Anzahl der Gasmoleküle zunimmt. Eine Verringerung des Systemdrucks trägt dazu bei, die Gleichgewichtsumwandlungsrate von Ethylen zu erhöhen. Aus der Reaktionskinetikanalyse geht hervor, dass eine Senkung des Drucks die Geschwindigkeit der primären Reaktion im Vergleich zur sekundären Reaktion erhöht. Dadurch wird die Selektivität für Ethylen gesteigert und das Auftreten der sekundären Reaktionen unterdrückt – was wiederum zur Verringerung des Koksbildungsprozesses führt.
Eigenschaften der Rohstoffe und Tiefe der Zersetzung: Entstehen hauptsächlich durch die aromatischen Verbindungen in den Rohstoffen sowie durch Sekundärprodukte der Reaktionen der Zersetzungsgase. Je höher der Anteil an Aromaten in den Rohstoffen ist, desto schneller erfolgt die Koksbildung. Bei der Spaltung von Leichtkohlenwachsen sind die Hauptstoffe, aus denen Koks entsteht, Produkte sekundärer Reaktionen. Bei der Spaltung von Schwerölrohstoffen hingegen sind es die Aromaten im Rohstoff, insbesondere die Aromaten mit Seitenketten, die als Hauptstoffe für die Koksbildung dienen. Gleichzeitig steigt die Zersetzungstiefe, die Aktivkomponenten der Kokingbildung nehmen zu, sekundäre Reaktionen werden intensiver und das Koken verschlimmert sich ebenfalls. Durch das Einbringen von Verdünnungsdampf kann der Druck der Kohlenwasserstoffe verringert werden. Dadurch wird die Polykondensationsreaktion gehemmt, wodurch das Ausmaß der Koksbildung verringert wird. Zudem kann die Verweilzeit verkürzt werden, wodurch sekundäre Reaktionen eingeschränkt werden und somit auch die Geschwindigkeit der Koksbildung verringert wird. Außerdem hat Wasserdampf eine oxidierende Wirkung auf Fe und Ni – dadurch kann die katalytische Kohlenbildung gehemmt werden. Die verkürzte Verweildauer und die niedrigere Zersetzungstemperatur verringern das Auftreten von Sekundärreaktionen und tragen dazu bei, die Verkohnungsgeschwindigkeit zu senken. Doch um die Verweildauer zu verkürzen, muss in der Regel die Strömungsgeschwindigkeit erhöht oder der Durchmesser der Rohre verringert werden, außerdem muss die Temperatur der Rohre erhöht werden. Dadurch wird die Geschwindigkeit der Stoffübertragung im Bereich der Koksbildung gesteigert. Wenn die Geschwindigkeit der Koksbildungsschritte geringer ist als die Geschwindigkeit der Stoffübertragung, wird der Koksbildungsvorgang von der Reaktionsgeschwindigkeit bestimmt. Umgekehrt wird der Vorgang dann von der Stoffübertragung bestimmt. In der Regel wird die Geschwindigkeit des Kokingens bei der Hochtemperaturspaltung durch den Stoffaustauschprozess bestimmt. Wenn die Verweildauer verkürzt wird, hat das einerseits den positiven Effekt, dass die Konzentration der Substanzen, aus denen Koks entsteht, abnimmt und somit auch die Geschwindigkeit des Kokingens verringert wird. Andererseits führt eine verkürzte Verweildauer dazu, dass der Stoffaustausch verstärkt wird – was wiederum eine Erhöhung der Kokingegeschwindigkeit zur Folge hat. Dennoch überwiegt der positive Effekt. Deshalb entwickeln sich die Spaltungstechnologien in den letzten Jahren in Richtung hoher Temperaturen sowie kurzer Verweildauern und niedriger Kohlenwasserstoffdrücke. Nach dem Mechanismus der Koking verkürzt das Koken die Verweildauer – dadurch kann die Kokingbildung in den Rohrleitungen des Pyrolyseofens verringert werden. Zudem wird dadurch die Entfernung von Kohlenstoffablagerungen oder deren Vorstufen während des Pyrolyseprozesses beschleunigt. In der Industrie werden zur Unterdrückung des Kokings hauptsächlich drei Methoden eingesetzt oder weiterentwickelt: die Verbesserung der Qualität der Pyrolyserohstoffe, die Behandlung der Oberfläche der Rohrleitungen sowie die Verwendung von Kokinghemmstoffen. Verbesserung der Qualität der Zerkleinerungsrohstoffe. Zerkleinerungsrohstoffe. Leichte, hochwertige Pyrolyserohstoffe führen nicht nur zu einer hohen Produktion von Trienen (Ethylen, Propylen und Dienen), sondern verringern auch das Verkohlen, verlängern die Betriebsdauer und senken den Energie- sowie Materialverbrauch. Um den Gehalt an Aromaten zu verringern, kann man diese durch Aromatextraktion entfernen. Oder man kann Olefine usw. durch Hydrogenergie in gesättigte Kohlenwasserstoffe umwandeln. Beides dient dazu, das Verkohlen zu verringern. Zunächst sollten die geeigneten Kohlenwasserstoffe ausgewählt werden – Aromate können dabei in Cycloalkane umgewandelt werden. Auf diese Weise lässt sich das Verkohlen effektiv reduzieren. Die Behandlung der Oberfläche der Rohre erfolgt, da diese aktive Zentren enthalten. Durch die Behandlung der Rohroberfläche können diese katalytisch aktiven Zentren verringert oder bedeckt werden, wodurch eine Verringerung oder Beseitigung des katalytischen Kokingeffekts erreicht wird. Zu den Oberflächenbehandlungstechniken gehören das Erzeugen einer Glas- oder Keramikschicht auf der Innenwand der Oferröhre sowie das Erzeugen einer Legierschicht. Das Beschichtungsmaterial sollte folgende Eigenschaften aufweisen: a) Es darf keine Stoffe enthalten, die der Zersetzung Reaktionen schaden können; b) Es muss hohen Temperaturen standhalten und unter diesen Bedingungen keine schädlichen physikalischen oder chemischen Veränderungen erleiden – es muss also bei hohen Temperaturen sowie unter thermischen Belastungen stabil bleiben. d) Die Verarbeitungstemperatur der Oberflächenbeschichtung sollte unter der höchsten Temperatur liegen, die das Metall aushalten kann, damit der Bearbeitungsprozess keinen Schaden an den Rohren verursacht.
e) Die Beschichtung muss fest an der Rohrwand haften – ohne Lücken – und somit alle katalytisch aktiven Stellen auf der Rohroberfläche vollständig bedecken. Das Hinzufügen von Kokskatalysatoren ist bereits eine gängige Methode, um die Koksbildung zu verringern. Zu den frühen Koksbildungshemmern gehörten Schwefelverbindungen, Alkalimetallsalze sowie Phosphorverbindungen. Unter Zersetzungszuständen reagieren die bei der Zersetzung von Sulfiden entstehenden Schwefelwasserstoffgruppen mit der Metalloberfläche. Dadurch entstehen Schwefel-Eisen-Verbindungen, die die Oberfläche der Oferröhren abdichten. Dies verhindert sowohl das Anhaften von Koks als auch die katalytischen Koksbildungsprozesse von Fe und Ni. Alkalimetalle können die Wasser-Gas-Reaktion von Kohle katalysieren, wodurch Kohle kontinuierlich in CO und CO2 umgewandelt wird. Dadurch wird die Menge an Koksablagerungen verringert, was wiederum dazu beiträgt, das Verkohlen zu verhindern. Zudem haben Alkaliumsalze die Eigenschaft, die Rohre zu bedecken, ihre Reaktivität zu verringern sowie die katalytische Kohlentstehung zu hemmen. Phosphide zerfallen unter Zersetzungsbedingungen. Die Zerfallsprodukte bilden auf der Metalloberfläche eine dichte Phosphidenschicht, die die katalytischen Kokingreaktionen auf der Metalloberfläche hemmen kann. Gleichzeitig können Phosphide die Struktur des Koks verändern, wodurch der Koks lockerer wird und leichter entfernt werden kann. Gute Inhibitoren sollten folgende Funktionen haben [8]: a) Oberflächenverdünnung. Es kommt zu einer Reaktion mit der Metalloberfläche der Rohre, wodurch diese veredelt werden und eine katalytische Verkohlung unterbunden wird. In der Anfangsphase des Betriebs der Anlage ist die Kokingreaktion hauptsächlich eine metallkatalysierte Kokingreaktion. Zu diesem Zeitpunkt ist auch die Geschwindigkeit des Kockens am höchsten. Durch das Hinzufügen von Passiviermitteln kann die Kokingreaktion effektiv unterdrückt werden; b) Inhibierende Wirkung auf die Polymerisation. Durch das Hinzufügen von Additiven können freie Radikale beseitigt oder unterdrückt werden. Zudem kann die Bildung von Koks verringert werden, indem die Reaktionsabläufe der Freien Radikale verändert oder gestoppt werden; c) Vergasung. Passende Zusatzstoffe können die Gaserhitzungsreaktion des Koks beschleunigen, um so die Menge an Koks, der sich bildet, zu verringern; d) Modifizierungseffekt des Koks. Einige Zusatzstoffe können die physikalischen Eigenschaften des Kokses verändern – dadurch wird die Struktur des Kokses lockerer und brüchiger. Dadurch fällt es leichter, den Koks von den Wänden der Oferröhren zu entfernen. e) Dispergierende Wirkung. Die Zerstäubung der Teerpartikel verhindert, dass sie an den Wänden der Rohre haften bleiben, sodass sie vom schnellen Luftstrom mitgenommen werden. Dadurch wird das Verkohlen verringert. Die Katalyse des Verkohlungsprozesses erfolgt hauptsächlich durch Gold. f) Korrosionsschutzfunktion. Erhöhung der Korrosionsbeständigkeit der Rohre – zumindest soll es zu keiner Korrosion der Rohre kommen; g) Geringe Umweltbelastung. Es hat keinen Einfluss auf die Trennung und Verarbeitung der nachgelagerten Produkte.
e) Die Beschichtung muss fest an der Rohrwand haften – ohne Lücken – und somit alle katalytisch aktiven Stellen auf der Rohroberfläche vollständig bedecken. Das Hinzufügen von Kokskatalysatoren ist bereits eine gängige Methode, um die Koksbildung zu verringern. Zu den frühen Koksbildungshemmern gehörten Schwefelverbindungen, Alkalimetallsalze sowie Phosphorverbindungen. Unter Zersetzungszuständen reagieren die bei der Zersetzung von Sulfiden entstehenden Schwefelwasserstoffgruppen mit der Metalloberfläche. Dadurch entstehen Schwefel-Eisen-Verbindungen, die die Oberfläche der Oferröhren abdichten. Dies verhindert sowohl das Anhaften von Koks als auch die katalytischen Koksbildungsprozesse von Fe und Ni. Alkalimetalle können die Wasser-Gas-Reaktion von Kohle katalysieren, wodurch Kohle kontinuierlich in CO und CO2 umgewandelt wird. Dadurch wird die Menge an Koksablagerungen verringert, was wiederum dazu beiträgt, das Verkohlen zu verhindern. Zudem haben Alkaliumsalze die Eigenschaft, die Rohre zu bedecken, ihre Reaktivität zu verringern sowie die katalytische Kohlentstehung zu hemmen. Phosphide zerfallen unter Zersetzungsbedingungen. Die Zerfallsprodukte bilden auf der Metalloberfläche eine dichte Phosphidenschicht, die die katalytischen Kokingreaktionen auf der Metalloberfläche hemmen kann. Gleichzeitig können Phosphide die Struktur des Koks verändern, wodurch der Koks lockerer wird und leichter entfernt werden kann. Gute Inhibitoren sollten folgende Funktionen haben [8]: a) Oberflächenverdünnung. Es kommt zu einer Reaktion mit der Metalloberfläche der Rohre, wodurch diese veredelt werden und eine katalytische Verkohlung unterbunden wird. In der Anfangsphase des Betriebs der Anlage ist die Kokingreaktion hauptsächlich eine metallkatalysierte Kokingreaktion. Zu diesem Zeitpunkt ist auch die Geschwindigkeit des Kockens am höchsten. Durch das Hinzufügen von Passiviermitteln kann die Kokingreaktion effektiv unterdrückt werden; b) Inhibierende Wirkung auf die Polymerisation. Durch das Hinzufügen von Additiven können freie Radikale beseitigt oder unterdrückt werden. Zudem kann die Bildung von Koks verringert werden, indem die Reaktionsabläufe der Freien Radikale verändert oder gestoppt werden; c) Vergasung. Passende Zusatzstoffe können die Gaserhitzungsreaktion des Koks beschleunigen, um so die Menge an Koks, der sich bildet, zu verringern; d) Modifizierungseffekt des Koks. Einige Zusatzstoffe können die physikalischen Eigenschaften des Kokses verändern – dadurch wird die Struktur des Kokses lockerer und brüchiger. Dadurch fällt es leichter, den Koks von den Wänden der Oferröhren zu entfernen. e) Dispergierende Wirkung. Die Zerstäubung der Teerpartikel verhindert, dass sie an den Wänden der Rohre haften bleiben, sodass sie vom schnellen Luftstrom mitgenommen werden. Dadurch wird das Verkohlen verringert. Die Katalyse des Verkohlungsprozesses erfolgt hauptsächlich durch Gold. f) Korrosionsschutzfunktion. Erhöhung der Korrosionsbeständigkeit der Rohre – zumindest soll es zu keiner Korrosion der Rohre kommen; g) Geringe Umweltbelastung. Es hat keinen Einfluss auf die Trennung und Verarbeitung der nachgelagerten Produkte.
1 Eigenschaften der Rohstoffe: Die Verkohlung im Zuge der Spaltung von Kohlenwasserstoffen entsteht hauptsächlich durch die aromatischen Verbindungen in den Rohstoffen sowie durch sekundäre Reaktionen der Spaltgase. Je höher der Anteil an Aromaten und Olefinen in den Rohstoffen ist, desto schneller erfolgt die Koksbildung. 2. Aromatkomponenten: Bei Spaltungsrohstoffen mit einem hohen Aromatindex entstehen bei mäßiger Spaltung die Kerne für das Koking hauptsächlich aus den in den Spaltungsrohstoffen enthaltenen Aromaten. Bei intensiverer Spaltung stammen die Kerne für das Koking hauptsächlich aus den Olefinen und Doppelolen, die im Strahlungsbereich des Spaltungsofens entstehen, sowie aus den durch Polymerisation, Cyclisierung, Dehydrogenation und Kondensation entstandenen polycyclischen Aromaten. Bei Spaltungsrohstoffen mit einem niedrigen Aromatindex entstehen bei mittlerer bis intensiver Spaltung die Kerne für das Koking aus den Olefinen und Doppelolen, die im Strahlungsbereich des Spaltungsofens entstehen, sowie aus den durch Polymerisation, Cyclisierung, Dehydrogenation und Kondensation entstandenen cyclischen und polycyclischen Aromaten. 3. „Schichtung“ der Rohstoffe: Naphtha ist ein Öl mit mehreren Destillationsfraktionen. Im Lagerbehälter kommt es aufgrund dessen zu einer starken „Schichtung“. Durch Probenentnahmen an verschiedenen Stellen desselben Nafta-Tanks wurde festgestellt, dass das Rohmaterial unmittelbar nach dem Entnehmen aus dem Tank hauptsächlich aus schweren Verbindungen besteht. Der Anteil an Aromaten ist dabei hoch, wodurch es zu Verkohlung in den Heizrohren kommen kann. 4. Olefinfaktor: Bei der Spaltung von Olefinen können Reaktionen wie Kettenbruch, Dehydrierung, Synthese von Dienen sowie Aromatisierung stattfinden. Bei hohen Temperaturen bilden sich leicht Aromaten, Cycloalkane und Cycloolefine. Zudem entsteht viel Koks – daher ist es besser, wenn im Rohstoff möglichst wenig Olefine enthalten sind. Wenn die Trennprozesse instabil sind, ist der Gehalt an Olefinen hoch, und die Verkohlung der Rohrleitungen erfolgt schneller. 5. Zersetzungstemperatur: Bei der Zersetzung von Kohlenwasserstoffen handelt es sich hauptsächlich um Kettenabbruch- und Dehydrierungsreaktionen – beides sind stark endotherme Reaktionen. Deshalb muss dem System bei hoher Temperatur genügend Wärme zugeführt werden. Aus Sicht des chemischen Gleichgewichts führt eine Erhöhung der Reaktionstemperatur dazu, dass die Gleichgewichtskonstanten der endothermen Reaktionen zunehmen, wodurch die Umsetzungsrate der chemischen Reaktionen erhöht wird. Aus Sicht der Reaktionskinetik führt eine Erhöhung der Zersetzungstemperatur dazu, dass die relative Geschwindigkeit des Zielprodukts der ersten Reaktion gegenüber der zweiten Reaktion zunimmt. Allerdings führt eine Erhöhung der Zersetzungstemperatur aufgrund der Thermodynamik zu einer größeren Zersetzungstiefe sowie zu einer beschleunigten Ablauf der zweiten Reaktion – dadurch erhöht sich auch die Rostgeschwindigkeit. 6. Kohlenwasserstoffdruck: Bei der Zersetzung handelt es sich um eine Reaktion – sei es eine Dehydrierungsreaktion oder eine Kettenabbruchreaktion – bei der die Anzahl der Gasmoleküle zunimmt. Eine Verringerung des Systemdrucks trägt dazu bei, die Gleichgewichtsumwandlungsrate von Ethylen zu erhöhen. Aus der Reaktionskinetikanalyse geht hervor, dass eine Senkung des Drucks die Geschwindigkeit der primären Reaktion im Vergleich zur sekundären Reaktion erhöht. Dadurch wird die Selektivität für Ethylen gesteigert und das Auftreten der sekundären Reaktionen unterdrückt – was wiederum zur Verringerung des Koksbildungsprozesses führt.
1. Eigenschaften der Rohstoffe 2. Zersetzungstemperatur 3. Kohlenwasserstoffdruck 4. Verweilzeit 5. Metallkatalysator
Meine Herren, was ist der Unterschied zwischen Koksbildung und Kohlenbildung? Wie erkennt man, ob in der Zersetzungsöfen Koks entsteht oder Kohlenstoff? ？ ？ Weiß das jemand! ! ! ! Ich flehe! !