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管式裂解炉二维模型的改进及工业应用

作　者: 蒋云超
导　师: 张红梅；武兴彬
学　校: 大庆石油学院
专　业: 化学工程与工艺
关键词: 乙烯裂解炉模拟数学模型稀释比优化结焦
分类号: TQ221.211
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
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内容摘要

大庆石油学院张红梅在王宗祥等建立的轻烃、轻质油热裂解制乙烯一维工艺模型的基础上,将常用的有限差分法适当地用于二维模型的计算方法中,建立了能较完整描述裂解过程的一个简化二维工艺数学模型。此模型是根据小型裂解实验装置所得数据以及从大庆石化总厂EF-111E 裂解炉等各种途径采集到的工艺数据,建立动力学模型,再结合流体流动、物料平衡、热量平衡模型等建立以轻质油为裂解原料制乙烯的裂解炉管二维工艺数学模型。由于此二维数学模型包含了49 个组分,49 个反应方程式,因此通过若干个参数的调整,可用于组成能分辨清楚的所有轻烃,轻质油热裂解动力学计算,其通用性较强。同时,它还可以对管内流体的径向温度、速度、浓度分布、管内边界层、管壁和管外烟气的传热过程以及温度分布进行完整的计算描述,从而为裂解炉优化操作、裂解反应过程机理的研究,裂解炉管的初步设计、分析提供了参考数据。用该模型对包括结焦过程在内的,反应物系内有49 个组分,包括49 个反应计量式的复杂系统进行了模拟,取得了良好的效果。它包括了裂解炉膛内的传热计算,可以与管内的传热计算联解求得管壁温度与传热强度,即对裂解反应炉管内、外两侧的整个传热过程进行了全面的描述,通过计算能得出比较全面的可供设计参考的重要数据。但在大量应用研究过程中也发现,该模型也有自己的不足,因此为使二维模型的计算结果能更好地描述裂解炉管内的工艺过程,在总结已有ZW 模型优缺点基础上,对原有的二维工艺数学模型的计算方法进行了改进.本文重点应用改进后的二维工艺数学模型对大庆乙烯装置的EF111E 和EF111J 裂解炉进行计算,得出炉管内流体流动、传热、浓度分布和温度分布情况等信息,模拟出管内裂解反应历程。通过计算,寻找出EF111J 炉的投料量、稀释比、管压降和结焦机理对裂解炉产物中乙烯+丙烯主产品的收率和运行周期的影响规律,给出了优化的操作条件,对工业生产提供理论指导。通过与EF111E 炉的对比,指出了EF111J炉的优点及存在的问题,提出改进的措施,为新型裂解炉的设计和优化乙烯裂解炉操作条件提供了可信的理论依据,并为今后裂解炉的发展指明方向。运算结果也以令人信服的证据说明,改进后的二维模型软件可以用来指导生产和进行新型国产裂解炉设计。

全文目录

前言  6-7
第一章文献综述  7-9
第二章二维数学模型简介  9-23
  2.1 二维模型的特点  9-10
  2.2 二维模型的推导  10-13
    2.2.1 二维模型的推导条件  10-11
    2.2.2 二维模型的推导  11-13
  2.3 二维模型的离散化  13-18
    2.3.1 计算方法简介  13-14
    2.3.2 物料衡算式的离散化  14-16
    2.3.3 热量衡算式的离散化  16-18
  2.4 二维模型的求解过程  18-19
  2.5 二维模型的其它计算方法、公式  19-23
第三章裂解炉出口产物的采样和分析  23-28
  3.1 采样系统的建立  23-24
  3.2 样品分析及数据处理  24
  3.3 工业裂解炉上的应用  24-28
第四章裂解炉管内流动及裂解反应历程研究  28-39
  4.1 流体流动状况  28-29
  4.2 传热状况  29-31
  4.3 裂解反应状况  31-32
  4.4 轴向压力分布  32-33
  4.5 轴向乙烯收率  33
  4.6 结焦机理及影响因素  33-34
  4.7 裂解温度对反应及产物收率的影响  34-38
  4.8 小结  38-39
第五章 EF111J炉的模拟计算结果及分析  39-41
  5.1 EF111J炉管内流体流动状况  39
  5.2 EF111J炉管内传热状况  39-40
  5.3 EF111J炉管内裂解反应状况  40
  5.4 EF111J炉管内压力及压力降  40-41
第六章 EF111J炉操作参数优化及未来裂解炉设计发展方向  41-44
  6.1 炉出口温度的优化  41
  6.2 稀释比的优化  41-43
  6.3 裂解炉设计发展方向  43-44
结论  44-45
符号说明  45-47
致谢  47-48
附录  48-50
参考文献  50-51
大庆石油学院工程硕士专业学位论文摘要  51-62

管式裂解炉二维模型的改进及工业应用

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