乙烯裂解爐裂解反應(yīng)數(shù)值模擬及工況優(yōu)化試驗(yàn)研究.pdf

1、SL-Ⅱ型裂解爐是中國(guó)石化與魯姆斯公司合作開(kāi)發(fā)的10萬(wàn)噸/年大型乙烯裂解爐，隨著對(duì)石化產(chǎn)品，尤其是乙烯及其下游產(chǎn)品需求量的逐年增加，乙烯設(shè)備大型化已成為趨勢(shì)，SL-Ⅱ型裂解爐已獲得了廣泛應(yīng)用。揚(yáng)子石化烯烴廠裝備四臺(tái)SL-Ⅱ型裂解爐，然而在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)了諸多問(wèn)題，如橫跨溫度高、管壁溫差大、爐管扭曲變形壽命短等。出現(xiàn)的這些問(wèn)題多發(fā)生在裂解爐膛燃燒側(cè)，這也是其它烯烴廠裂解爐普遍存在的問(wèn)題。 本文通過(guò)裂解爐爐膛冷態(tài)流動(dòng)特性試驗(yàn)及數(shù)值模

2、擬研究，裂解爐膛流動(dòng)、燃燒、傳熱模型與分子反應(yīng)模型相耦合的數(shù)值模擬研究，裂解爐變工況調(diào)整的模擬研究及其工業(yè)試驗(yàn)驗(yàn)證，系統(tǒng)地研究了裂解爐操作工況參數(shù)變化對(duì)管壁溫度、熱效率、橫跨溫度的影響，為裂解爐操作工況優(yōu)化提供理論指導(dǎo)與依據(jù)。 對(duì)裂解爐原型進(jìn)行了冷態(tài)?；⒗肞IV技術(shù)進(jìn)行了冷態(tài)模型內(nèi)速度場(chǎng)的拍攝，展現(xiàn)了裂解爐內(nèi)氣體流動(dòng)模式。并對(duì)裂解爐冷態(tài)氣體流動(dòng)場(chǎng)進(jìn)行了模擬計(jì)算，與冷態(tài)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了比較驗(yàn)證，模擬計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)數(shù)據(jù)基本吻合，

3、從而可以在冷態(tài)計(jì)算的基礎(chǔ)上擴(kuò)展到進(jìn)行燃燒、傳熱等熱態(tài)的計(jì)算。 采用關(guān)聯(lián)式對(duì)石油烴的平均分子量進(jìn)行了估算，并與文獻(xiàn)和實(shí)際裂解爐石油烴物性數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較，誤差較小，可以滿足工程應(yīng)用。裂解爐反應(yīng)管內(nèi)裂解反應(yīng)模型采用分子反應(yīng)模型，應(yīng)用隨機(jī)搜索算法對(duì)分子反應(yīng)模型的一次反應(yīng)選擇性系數(shù)進(jìn)行了調(diào)整，使模型計(jì)算的裂解反應(yīng)吸熱量與實(shí)際相符，并且裂解反應(yīng)產(chǎn)物收率預(yù)測(cè)值與裂解爐實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)接近。 分別對(duì)裂解爐爐膛及反應(yīng)管進(jìn)行了建模，并將裂解爐燃燒、

4、流動(dòng)、傳熱過(guò)程與管內(nèi)裂解反應(yīng)通過(guò)編程以熱邊界條件的方式進(jìn)行了耦合計(jì)算。按照現(xiàn)運(yùn)行裂解爐工藝參數(shù)進(jìn)行了模擬計(jì)算，并與裂解爐可測(cè)量進(jìn)行了比較驗(yàn)證，通過(guò)管壁溫度、裂解產(chǎn)物收率、燃燒效率等重要結(jié)果的比較，兩者基本吻合。表明了所建立的爐內(nèi)流動(dòng)、燃燒、傳熱與管內(nèi)裂解反應(yīng)模型基本符合實(shí)際，為變工況下裂解爐的模擬計(jì)算創(chuàng)造了條件。 對(duì)裂解爐變工況參數(shù)進(jìn)行了模擬計(jì)算，研究底部燒嘴燃?xì)庳?fù)荷、排煙中過(guò)剩氧含量及原料油負(fù)荷等重要的參數(shù)變化對(duì)裂解爐管壁溫度

5、、橫跨溫度、熱效率及裂解產(chǎn)物收率的影響及規(guī)律，得出了合理的操作工況。結(jié)果表明，裂解爐底部燒嘴燃?xì)庳?fù)荷比例以86％較為合適；而氧含量應(yīng)控制在一定范圍內(nèi)，管壁溫差才會(huì)減小，石腦油裂解爐氧含量在1.6％～2.4％范圍內(nèi)為宜，重質(zhì)油裂解爐為2.8％～3.7％；石腦油裂解爐原料油負(fù)荷在42t/h～43.5t/h為宜，重質(zhì)油裂解爐原料油負(fù)荷則為41t/h～42.5t/h。 根據(jù)模擬計(jì)算結(jié)果，對(duì)揚(yáng)子石化烯烴廠SL-Ⅱ型裂解爐進(jìn)行了操作工況的調(diào)