石腦油管式裂解爐數(shù)值模擬研究.pdf

1、乙烯是石油化工中最重要的基礎(chǔ)原料之一。烴類熱裂解是乙烯工業(yè)生產(chǎn)乙烯和丙烯的主要方法，而裂解爐是整個(gè)乙烯工業(yè)的核心裝置。建立裂解爐數(shù)學(xué)模型，對(duì)裂解爐內(nèi)流動(dòng)、傳熱、傳質(zhì)和反應(yīng)等過(guò)程進(jìn)行詳細(xì)、定量的研究與分析，成為裂解爐設(shè)計(jì)和優(yōu)化裂解爐操作的有效手段。
　　 在綜合考慮裂解爐裂解過(guò)程發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)、傳熱和裂解氣流動(dòng)壓力降等過(guò)程基礎(chǔ)上，建立了乙烯裂解爐穩(wěn)態(tài)操作數(shù)學(xué)模型。該模型包括管內(nèi)化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型、爐膛輻射室傳熱模型、管內(nèi)外傳熱模型

2、、裂解氣流動(dòng)壓力降模型等。對(duì)Kumar石腦油裂解過(guò)程分子動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行了系統(tǒng)研究，并根據(jù)文獻(xiàn)數(shù)據(jù)推導(dǎo)了二次反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)。分別采用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和工業(yè)數(shù)據(jù)對(duì)裂解爐穩(wěn)態(tài)操作數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了驗(yàn)證，裂解產(chǎn)物收率與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)吻合良好，表明建立的裂解爐穩(wěn)態(tài)操作數(shù)學(xué)模型是可靠的。
　　 建立了能夠描述裂解爐動(dòng)態(tài)過(guò)程的數(shù)學(xué)模型。采用本文完善了Kumar結(jié)焦動(dòng)力學(xué)模型，模擬反應(yīng)管內(nèi)的結(jié)焦過(guò)程。利用模型對(duì)國(guó)內(nèi)某一臺(tái)裂解爐進(jìn)行了動(dòng)態(tài)仿真，預(yù)測(cè)了生產(chǎn)周期及產(chǎn)品

3、收率、壓力降、停留時(shí)間、能耗和結(jié)焦速率等生產(chǎn)參數(shù)隨生產(chǎn)時(shí)間的變化規(guī)律，與工業(yè)運(yùn)行規(guī)律吻合良好。
　　 采用以上裂解爐動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型，研究了影響乙烯裂解爐操作的溫度、稀釋蒸汽比、壓力和擴(kuò)徑比等參數(shù)，定量考慮以上操作參數(shù)對(duì)產(chǎn)品收率、停留時(shí)間、耗能、結(jié)焦過(guò)程和生產(chǎn)周期等生產(chǎn)參數(shù)的影響。結(jié)果表明：(1)在相同進(jìn)料情況和一定溫度操作范圍內(nèi)，沿管長(zhǎng)不斷升高裂解氣溫度可以提高石腦油裂解深度和乙烯收率，同時(shí)裂解爐能耗增大、裂解氣停留時(shí)間縮短、結(jié)焦

4、速度增大、操作周期縮短。(2)固定石腦油流量，隨著蒸汽稀釋比的增大，石腦油裂解深度減輕、乙烯收率下降、丙烯的收率稍微上升，同時(shí)裂解爐能耗增加、裂解氣停留時(shí)間縮短、結(jié)焦速度下降、操作周期延長(zhǎng)。(3)固定總摩爾流量，隨著蒸汽稀釋比的增大，石腦油裂解深度稍有加深，乙烯收率稍有增大，丙烯的收率稍微下降；裂解爐能耗下降、裂解氣停留時(shí)間增長(zhǎng)、結(jié)焦速度下降、操作周期延長(zhǎng)。(4)固定進(jìn)料流量與組成不變，保持裂解氣沿管長(zhǎng)的溫度分布與原操作一致，隨著出口壓

5、力的增大，石腦油裂解深度減輕、乙烯收率上升、丙烯的收率稍微下降；裂解爐能耗增加、裂解氣停留時(shí)間增長(zhǎng)、結(jié)焦速度上升、操作周期縮短。(5)固定進(jìn)料流量與組成不變，保持裂解氣沿管長(zhǎng)的溫度分布與原操作一致，固定爐管出口壓力與原操作一致，隨著擴(kuò)徑比的增大，石腦油裂解深度加深、乙烯收率上升、丙烯的收率下降；爐管壓力降下降、裂解氣停留時(shí)間增長(zhǎng)、結(jié)焦速度上升、操作周期大致縮短。
　　 建立了包含原料、燃料、水蒸汽和清焦等操作成本的、符合實(shí)際生產(chǎn)

6、過(guò)程條件約束的乙烯裂解爐過(guò)程操作優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，對(duì)實(shí)際的工業(yè)裂解爐進(jìn)行操作參數(shù)優(yōu)化，可使經(jīng)濟(jì)效益提高20％以上。
　　 建立了裂解爐管自由基反應(yīng)理論和計(jì)算流體力學(xué)耦合數(shù)學(xué)模型，同時(shí)建立了針對(duì)石腦油裂解自由基反應(yīng)機(jī)理的FLUENT物性數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)裂解爐管內(nèi)所發(fā)生的流體流動(dòng)、熱量傳遞、質(zhì)量傳遞和自由基鏈反應(yīng)理論的裂解反應(yīng)等復(fù)雜過(guò)程進(jìn)行系統(tǒng)的綜合數(shù)值模擬研究。
　　 本文建立的模型可以對(duì)乙烯裂解過(guò)程進(jìn)行可靠的模擬與預(yù)測(cè)，對(duì)工業(yè)裝置