乙烯裂解炉管内流动反应历程的数值模拟(Ⅰ)二维流动反应数学模型的建立

引　言乙烯生产装置的核心部分是管式裂解炉 ,在小口径反应管内进行着湍流流体流动、传质、传热及裂解反应等过程 ,它们高度耦合在一起 ,其内部有许多十分重要的化学工程参数均不易测得 ,这就使得对管式裂解炉运行机制与规律的了解和认识及其性能的优化变得十分困难 .但是 ,乙烯工业的发展所带来的经济效益又迫使人们要了解和掌握这一复杂过程 ,优质高效地设计、操作和优化乙烯管式裂解炉 .近 10多年来 ,利用流动反应数学模型较准确地描述和模拟上述复杂过程 ,证明是管式裂解炉设计改进与优化操作行之有效的途径[1] .乙烯裂解炉反应管的工艺…     

乙烯管式裂解炉的数值模拟

对USC型乙烯管式裂解炉进行了系统的数值模拟,得到了裂解炉内详细的速度、温度及组份浓度分布情况,揭示了裂解炉内流动、传热、传质和反应等过程的基本特点. 裂解炉炉膛和反应管分别进行计算,通过管外壁温度相连接,直至吻合. 计算结果表明,炉膛内流动、组份浓度和烟气温度分布是相当不均匀的,使反应管管壁温度和热通量分布不均匀;模拟计算还得到了反应管长度方向上的温度、速度、压力和组份浓度的变化规律;在反应管径向上存在着明显的速度和温度分布,而组份浓度变化程度不如速度和温度明显.     

基于改进深度强化学习的乙烯裂解炉操作优化

乙烯裂解炉是乙烯生产的核心,对其生产操作优化的研究在提高乙烯工厂生产水平和经济效益方面具有重要意义。裂解炉中的裂解过程具有高维度、多模态和非线性的特征,传统优化方法难以实现根据工况变化的操作优化。针对上述问题,提出基于改进TD3深度强化学习算法的乙烯裂解炉操作优化,首先结合裂解过程将裂解炉一个运行周期内的操作策略视为顺序决策,利用实际生产过程数据和人工神经网络对裂解炉生产过程建模作为强化学习智能体交互的环境,然后引入多评价网络机制估计动作价值,有效缓解TD3训练缓慢和策略保守的现象,最后应用该算法求解乙烯裂解炉生产操作优化问题得到有效的优化策略,验证了所提算法的有效性。实验结果表明,所提出的操作优化策略显著提高了裂解炉主要产物的收率。     

裂解与分离(Ⅲ) 第二章 管式裂解炉

上一章的简要内容是裂解制乙烯、丙烯的反应原理和工艺问题。讨论了裂解过程中的化学反应规律,着重分析了生成乙烯的一次反应和乙烯消失和引起结焦结炭的二次反应。为了促进一次反应和抑制二次反应,操作条件要采用高温、短停留时间和低分压。并且对含氢量不同的原料控制不同的裂解深度。为此对裂解炉提出了很高的要求:必须创造裂解所需的高温条件、在极短时间内对裂解物料能供反应吸热所需的大量热量、保证烃在高温区有所要求的短停留时间。本期刊登的是第二章的前半部分,讨论管式裂解炉的操作特性,包括停留时间分布的均匀化、轴向温度分布的可控化、裂解深度和产品分配的可调化、传热的强化以及裂解炉型等问题。下期刊登第二章的后半部分,内容为管式裂解炉结构设计和最佳化、急冷和能量利用等问题。     

乙烯裂解炉技术进展

裂解炉是乙烯装置的核心,裂解炉的改进对整个乙烯装置操作的经济性有直接的影响.综述了乙烯蒸汽裂解炉的辐射段炉管、急冷锅炉、燃烧器以及控制优化系统的研究现状,讨论了裂解炉大型化的设计及其注意事项以及裂解炉规模与乙烯装置规模之间的关系.最后就结合国情选择最佳规模的裂解炉提出了自己的看法.     

γ-射线透射技术在炉管测焦方面的应用

引　言管式裂解炉是乙烯生产的关键设备 ,其运转的好坏直接影响到乙烯的质量、产量及经济效益 .通常影响裂解炉正常运转的因素很多 ,而炉管内表面结焦是其中重要因素之一 .不论采用何种原料 ,在裂解过程中都会或多或少地在炉管内表面及弯头处结焦 .一旦有焦生成 ,轻者影响炉管传热 ,增加流动阻力 ,降低烯烃收率 ,增加能耗 ;重者阻塞管路 ,烧坏炉管 ,中断生产 ,造成停炉清焦 .因此 ,如何准确测量炉管内结焦及结焦规律对乙烯生产至关重要 .γ -射线透射技术在精馏塔等方面的应用自 2 0世纪 6 0年代至今有大量文献报道[1～ 7] ,但在炉管测焦方…     

镇海乙烯裂解炉开工和运行情况探讨

简要介绍了中国石油化工股份有限公司镇海炼化分公司乙烯装置裂解炉开工情况,并以裂解炉BA-109、BA-111为例,对其运行过程中遇到的问题展开分析和探讨,总结了裂解炉开工和日常运行管理的经验教训,提出优化裂解炉原料切换、投退料操作及烧焦操作等措施,以延长裂解炉运行周期。     

基于相关积分优化方法的裂解炉优化

裂解炉是石油化工产业中重要设备,优化裂解炉运行状态对提升乙烯装置绩效至关重要。由于裂解反应机理复杂,裂解炉模型难以确定且扰动频繁,运用传统优化方法难以解决裂解炉运行优化问题。提出将相关积分优化方法应用于裂解炉运行优化,以解决裂解炉优化需要裂解炉具体模型、传统优化方法的自适应性与抗干扰性不满足裂解炉优化需求的两大问题。首先,分析影响裂解炉运行的主要操作参数,选取合适的操作变量,并构建优化目标函数;然后,采集操作变量与优化目标函数数据,建立裂解炉历史数据库。最后,基于相关积分优化方法,利用历史数据进行迭代计算以对裂解炉进行优化。仿真结果验证了相关积分优化方法在裂解炉优化中的有效性。     

裂解反应动力学模型研究概况

裂解反应动力学模型是裂解炉模拟的核心,其准确性直接影响裂解产物预测的准确性以及裂解炉先进控制水平,最终影响乙烯生产的成本.裂解反应动力学模型分为经验模型、分子反应模型和机理模型.分别介绍了三种模型的主要方法和优缺点,指出各类模型的应用方向.同时介绍了裂解反应模型未来研究方向.把裂解反应动力学模型和CFD模型结合进行模拟,计算结果的准确度将得到较大的提高,将为乙烯裂解炉的精确控制提供强有力的参考.     

乙烯裂解炉耦合模拟中湍流模型的影响分析

配备底部烧嘴和侧壁烧嘴的乙烯裂解炉应用越来越广泛,不同燃烧模式影响着炉膛内湍流流动状态,考虑到裂解炉中湍流流动与燃气喷料、燃烧和传热有较强的非线性耦合作用,为此探究不同湍流模型在裂解炉/反应器耦合模拟中的影响对于裂解炉的精确设计和优化至关重要。针对不同湍流模型对某十万吨工业乙烯裂解炉进行了耦合模拟,利用CFD数值模拟对采用标准k-ε模型、RNG k-ε和Realizable k-ε模型所建立的湍流流动模型进行评估。将三种湍流模型的模拟结果与工业数据进行比较,重点分析了裂解炉内的速度、温度、湍流能力等参数的分布情况,表明Realizable k-ε模型在火焰稳定性、反应效率等方面优于其他两种模型,且基于Realizable k-ε湍流方程的反应管模型在热通量、炉管外壁温度分布计算结果更接近实际工况。     

助燃空气对乙烯裂解炉NOx排放的影响

乙烯裂解炉内复杂物理化学过程耦合模拟与优化能够满足乙烯装置对高效率、低污染和低成本的设计和操作要求,对提高乙烯工业的竞争力具有重要意义。针对简单燃烧机理难以准确预测炉膛燃烧生成NO_x浓度分布的弊端,提出了在裂解炉使用更准确的简化GRI-Mesh 3.0机理结合涡耗散概念(EDC)模型的方法,并对Sandia Flame D的燃烧过程进行计算流体力学(CFD)模拟,验证了此耦合模型的可靠性。在已建立的燃烧模型的基础上,研究了助燃空气对降低裂解炉NO排放的影响,结果表明：在满足裂解炉热效率的情况下,空气预热温度为300~600 K、过量空气系数为1.1时降低NO的效果最佳。     

四川乙烯裂解炉开车和运行情况介绍

简要介绍了中国石油四川石化有限责任公司乙烯装置裂解炉开工情况,并根据裂解炉的实际运行情况,对其运行过程中遇到的问题展开分析。总结了裂解炉开工和日常运行管理的经验教训。在开工准备阶段对空气蒸汽吹扫、高温烘炉等过程进行优化,推进了乙烯装置的开工进度。在生产运行阶段提出优化裂解炉DCS控制、投料操作、原料在线切换等措施,以达到裂解炉安全平稳运行的目的。     

管式裂解炉二维模型两种不同计算方法的对比

用两种不同的求解方法建立了乙烯裂解炉的二维工艺数学模型。该模型包括有49个组分、49个反应的复杂分子反应体系,通过对轴向和径向流体流动、传热及管壁处结焦反应等过程的描述,可以较完整地模拟轻烃裂解炉管内的流体流动、反应、传热、结焦等过程。用此两种方法和一维模型分别对大庆W型轻烃炉的同一工况进行了模拟计算。结果表明,两种计算方法对径向温度、速度和浓度分布描述比一维模型更加符合工业炉裂解的实际情况,在靠近管壁处径向速度、温度以及浓度的变化趋势与工业实际相吻合,其它主要计算结果与工业数据和一维模型的计算结果一致,两种计算方法各有优缺点,适用于不同目的的计算。     

乙烯裂解炉燃烧器技术进展

综述了乙烯裂解炉燃烧器技术开发的最新进展情况,介绍了燃烧器布置优化、底部燃烧器和侧壁燃烧器等新技术以及CFD模拟技术在燃烧器设计和操作等方面的应用情况,这些新技术的成功应用将降低裂解炉烟气中NOx的排放,提高燃烧器的效率和裂解炉的操作稳定性.     

优化操作 提高GK-Ⅵ型裂解炉的生产能力

介绍了中国石化齐鲁石化股份有限公司烯烃厂乙烯装置GK-Ⅵ型裂解炉工艺流程以及采用的先进技术.并从工艺的角度,详细阐述了通过改进流程、缩短裂解炉切换时间、合理分配燃料气负荷、平均分布炉管各组原料流量、提高裂解炉辐射段炉管出口温度、改进烧焦程序等方法,优化GK-Ⅵ型裂解炉的操作,从而延长其运行周期及有效运行时间,为乙烯装置节能降耗,提高乙烯收率和高负荷运行,创造了良好的基础.     

优化裂解炉操作 降低乙烯装置能耗

裂解炉是乙烯装置的能耗大户,其能耗占装置总能耗的80%以上。通过优化裂解炉操作,提高裂解收率、延长裂解炉的运行周期,可使乙烯能耗明显下降。     

乙烯裂解装置结焦抑制技术

目前,世界上大多数厂商几乎都采用立式管式炉热裂解各种烃类来制取乙烯。烃类在裂解过程中,由于发生聚合、缩合等二次反应,因此不可避免地会在裂解炉管内壁和急冷锅炉管内壁上生成焦垢。其结焦速度随着裂解深度的加深、烃分压的增加以     

基于甲烷收率在线测量技术的乙烯裂解炉闭环优化方法

由于缺乏裂解产物收率绝对量信息,现有的乙烯裂解炉优化策略需要依靠裂解反应模型对裂解产物分布进行预测并依此进行开环优化计算,其优化结果完全依赖于裂解反应机理模型的精度.本文通过改进乙烯裂解炉裂解气取样系统实现了甲烷质量收率这一关键参数指标的在线测量,并在此基础上进一步提出一种裂解炉闭环优化运行新方法.该方法针对乙烯和丙烯收率和(简称“双烯”收率)最大这一优化目标,根据甲烷收率和双烯/甲烷比(烯甲比)的在线测量数据迭代求解获得最优炉管出口温度(COT).该方法采用闭环迭代寻优的方式,能够有效克服灵敏度函数的非线性以及在线分析仪表本身的测量误差,具有良好的鲁棒性;另一方面,由于不需要借助任何裂解原料与裂解反应模型,从而大大减少了裂解炉优化系统实施的投资,因此具有很好的工业应用前景.     

乙烯裂解炉的优化操作标定

介绍了乙烯裂解炉产物含量标定的目的、意义及方法,以某100kt／a乙烯裂解炉操作优化为实例,对该裂解炉在不同工艺条件下的含量进行标定,根据标定结果对操作条件进行了优化。结果表明一,将操作条件调整后,裂解温度从815℃降低至805℃,裂解炉双烯的质量分数提高0．84个百分点。     

乙烯裂解炉耦合模拟中湍流模型的影响分析

配备底部烧嘴和侧壁烧嘴的乙烯裂解炉应用越来越广泛，不同燃烧模式影响着炉膛内湍流流动状态，考虑到裂解炉中湍流流动与燃气喷料、燃烧和传热有较强的非线性耦合作用，为此探究不同湍流模型在裂解炉/反应器耦合模拟中的影响对于裂解炉的精确设计和优化至关重要。针对不同湍流模型对某十万吨工业乙烯裂解炉进行了耦合模拟，利用CFD数值模拟对采用标准k-ε模型、RNG k-ε和Realizable k-ε模型所建立的湍流流动模型进行评估。将三种湍流模型的模拟结果与工业数据进行比较，重点分析了裂解炉内的速度、温度、湍流能力等参数的分布情况，表明Realizable k-ε模型在火焰稳定性、反应效率等方面优于其他两种模型，且基于Realizable k-ε湍流方程的反应管模型在热通量、炉管外壁温度分布计算结果更接近实际工况。