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

1、SL-Ⅱ型裂解爐是中國石化與魯姆斯公司合作開發(fā)的10萬噸/年大型乙烯裂解爐，隨著對石化產(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，SL-Ⅱ型裂解爐已獲得了廣泛應(yīng)用。揚子石化烯烴廠裝備四臺SL-Ⅱ型裂解爐，然而在運行過程中出現(xiàn)了諸多問題，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題。 本文通過裂解爐爐膛冷態(tài)流動特性試驗及數(shù)值模

2、擬研究，裂解爐膛流動、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)試驗驗證，系統(tǒng)地研究了裂解爐操作工況參數(shù)變化對管壁溫度、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)。 對裂解爐原型進行了冷態(tài)?；?，并利用PIV技術(shù)進行了冷態(tài)模型內(nèi)速度場的拍攝，展現(xiàn)了裂解爐內(nèi)氣體流動模式。并對裂解爐冷態(tài)氣體流動場進行了模擬計算，與冷態(tài)試驗結(jié)果進行了比較驗證，模擬計算結(jié)果與試驗數(shù)據(jù)基本吻合，

3、從而可以在冷態(tài)計算的基礎(chǔ)上擴展到進行燃燒、傳熱等熱態(tài)的計算。 采用關(guān)聯(lián)式對石油烴的平均分子量進行了估算，并與文獻和實際裂解爐石油烴物性數(shù)據(jù)進行了比較，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)用隨機搜索算法對分子反應(yīng)模型的一次反應(yīng)選擇性系數(shù)進行了調(diào)整，使模型計算的裂解反應(yīng)吸熱量與實際相符，并且裂解反應(yīng)產(chǎn)物收率預(yù)測值與裂解爐實測數(shù)據(jù)接近。 分別對裂解爐爐膛及反應(yīng)管進行了建模，并將裂解爐燃燒、

4、流動、傳熱過程與管內(nèi)裂解反應(yīng)通過編程以熱邊界條件的方式進行了耦合計算。按照現(xiàn)運行裂解爐工藝參數(shù)進行了模擬計算，并與裂解爐可測量進行了比較驗證，通過管壁溫度、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、燃燒、傳熱與管內(nèi)裂解反應(yīng)模型基本符合實際，為變工況下裂解爐的模擬計算創(chuàng)造了條件。 對裂解爐變工況參數(shù)進行了模擬計算，研究底部燒嘴燃氣負荷、排煙中過剩氧含量及原料油負荷等重要的參數(shù)變化對裂解爐管壁溫度

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，裂解爐底部燒嘴燃氣負荷比例以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荷在42t/h～43.5t/h為宜，重質(zhì)油裂解爐原料油負荷則為41t/h～42.5t/h。 根據(jù)模擬計算結(jié)果，對揚子石化烯烴廠SL-Ⅱ型裂解爐進行了操作工況的調(diào)