提高生焦反应焦化炉给热方法的研究.docVIP

§1.5 提高生焦反应焦化炉给热方法的研究 摘要：通过引入生焦反应焦化炉给热及生焦反应给热比的概念，本文提出在确保焦化炉管不发生严重结焦的条件下，同时优化焦化炉注气及炉出口温度,适当提高炉出口重油热转化深度,降低焦炭塔因生焦反应而导致的温降，从而达到提高延迟焦化工艺液收的目的。 关键词 焦化炉，生焦反应焦化炉给热，生焦反应给热比，注汽比，重油炉出口热转化深度 引 言 重油的热转化反应深度直接与反应温度有关，有资料表明[1]焦化温度升高5.6℃，瓦斯油收率可增加1.1%。焦炭塔内重油生焦反应所需要的热量来自于焦化炉，我国焦化工业装置一般仅以控制炉出口温度作为提高生焦反应温度的手段，通过引入生焦反应焦化炉给热及生焦反应给热比概念，本文提出在确保焦化炉管不发生严重结焦的条件下，同时优化焦化炉注气及炉出口温度，适当提高炉出口重油热转化深度,降低焦炭塔因生焦反应而导致的温降，从而达到提高延迟焦化工艺液收的目的。 1．生焦反应焦化炉给热的计算 重油分子在高温下会自发地产生自由基，自由基再以不同的方式参与反应：一方面发生裂化（吸热）反应，大分子裂化成小分子；另一方面原料分子缩合（放热）成更大的大分子，从热效应的角度，热转化反应是个吸热过程。图－1是反应时间为1小时，不同反应温度下特例重油热转化反应主要产品收率的实验数据，表明将焦炭塔内泡沫层温度控制在460℃上下是必要的。 焦化炉炉出口温度与焦炭塔内生焦反应吸热量共同决定了焦炭塔内泡沫层温度：炉出口温度越高，焦炭塔内生焦反应吸热量越小，焦炭塔内泡沫层温度越高。为了进一步降低焦炭产率, 仅以控制炉出口温度作为提高焦炭塔内泡沫层温度的手段是不够的，实际上，焦炭塔内生焦反应所需要的所有热量全部来自于焦化炉。每kg辐射进料在焦化炉管中的吸热量Q可用下式表示： (1) HI、Ho分别为辐射进料在进出口处的焓值，kJ/kg；实验表明,重油热化反应温度超过430℃即有明显的裂化反应产生，鉴于各个生产企业辐射进料的温度不同，为了便于比较，定义单位质量焦化进料从430℃升至设定炉出口温度所需要的热量为生焦反应焦化炉给热，用QCoking表示: （2） 式中QT,QE,QR分别为管内介质升温、汽化及反应所用热量，kJ/kg ；H430为管内介质温度为430℃截面上的焓值，kJ/kg 。考虑到不同装置焦化炉出口状态的差异，进一步定义： （3） 为生焦反应给热比，以比较不同工况焦化炉提供给焦炭塔内生焦反应的热量，式中，QCoking,Q0Coking分别为任意工况及基准工况生焦反应焦化炉给热。 炉管截面焓值与截面油品馏分分布、温度、压力及汽化率有关：不同炉管截面油品馏分分布的变化由重油热裂解产物分布模型［2］求得，压力的变化由Beggs-Brill两相流压降关联式［3］计算；汽化率与温度及压力之间的关系采用Ｈadden-Ｇrayson相平衡常数图拟合式描述［4］，热焓与温度及压力之间的关系采用纳尔逊焓图拟合式[5]描述。重油热化反应初期是一个强吸热过程，尽管重油在炉管内停留时间不长，反应深度不高，焦化炉管内的反应吸热不能忽略。采用纳尔逊焓图拟合式描述焦化炉管内介质焓温关系时,必须考虑反应过程的热效应。 由盖氏定律知，反应过程的热效应，只与反应的始终状态有关，而与反应途径无关。因此反应热可以利用原料及反应物的生成热或燃烧热求得。如采用生成热来计算反应热（生成热的基准取827℃）计算方法如下[6,7] QＲ＝ΔＨo-ΔＨi (4) 式中ΔＨo，ΔＨi为任意计算管段出口及进口物料的生成热。如镏份I质量分数为Ｗi，则混合油品的生成热（ΔＨf）m可由下式求得： (5) 原料及产物的生成热可以由含氢量来估算，减压渣油的生成热为： ΔＨ827f=-360.08WHf+3642.69 kJ/kg (6) 式中，ＷＨf为渣油的含氢量，m％；裂化馏出油的生成热为： 　　ΔH 827,i,p＝-628.05W H,i,p＋8164.65 kJ/kg （7） 式中 WH,i,p为裂解油的含氢量，m％；裂解油含氢量与特性因数和分子平均沸点之间的关系如下[8]: 　 WH,i,p＝-16.6677+0.7472 K1.2275+25.5798/ tmv0.1037 （8） 式中，Ｋ为特性因数；tmv为分子平均沸点，℃。 裂解气在827℃时的生成热可根据