加热炉核算.pdf
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1、辽宁石油化工大学毕业设计（论文）用纸摘要本文综述了世界石油化工及乙烯工业的发展现状及趋势，着重介绍我国乙烯生产及裂解炉改造技术的进展，对大庆乙烯裂解炉进行了详细考核。核算裂解炉型为 SRT 型裂解炉，是现今最为常见到的一种裂解炉。在常温，1.1Kg/cm2情况下向其通入原料轻柴油。通过合理的方法进行核算后，得到了对流室的热负荷为 4.4107KJ/h，辐射室的热负荷为 5.2107KJ/h。桥墙温度为959.26，最高火焰温度为 1781.19，这些参数都为选材提供了直接的依据。裂解炉的热效率为 91.19%，为了实现节能减排，通过分析含氧量相比现实有点过高，还有热损失的 4%有很大的提升的空
2、间，所以根据以上的分析结果对热效率可能有所提高的部分进行调节与优化，首先调节炉腔负压与烧嘴风门的开度来减少烟气中的氧含量，增加保温措施来降低热量损失，凭借以上合理的方法，烟气生成量由 0.7633kmol/kg 降低到了 0.7454kmol/kg。燃料用量有明显的降低，最终得到裂解炉的热效率为 91.8%，得到了明显的提升。关键词：乙烯；裂解；裂解炉辽宁石油化工大学毕业设计（论文）用纸AbstractThis paper reviews the development status and trends of the world petrochemicalindustry and ethyl
3、ene industry,focuses on the development of Chinas ethyleneproduction and ethylene cracking furnace technological transformation ofDaqingethylene cracking furnace,a detailed examination.Calculation of cracking furnace type SRT cracking furnace,is now the mostcommon to a cracking furnace.At room tempe
4、rature,1.1Kg/cm2case to pass into theraw material of light diesel oil.Business accounting through reasonable method,the heatload of the convection chamber was 4.4107KJ/h,the heat load of the radiation chamberis 5.2107KJ/h.Bridge wall temperature is 959.26,The maximum flame temperatureis 1781.19,thes
5、e parameters are provided direct basis for material selection.Crackingfurnace thermal efficiency of 91.19%,in order to achieve energy-saving emissionreduction,through the analysis of oxygen content in reality is high,and the heat loss of4%has the very big promotion space,so the adjustment and optimi
6、zation according tothe above analysis results may improve the thermal efficiency of furnace chamber,firstadjust the negative pressure and nozzle of air door to reduce the oxygen content in fluegas,increase the insulation to reduce heat loss,by means of more reasonable,smokeproduction decreased from
7、0.7633kmol/kg to 0.7454kmol/kg.The fuel consumption isreduced obviously,eventually get cracking furnace thermal efficiency of 91.8%,haveclear improve.Key words：Ethylene;cracking;cracking furnace辽宁石油化工大学毕业设计（论文）用纸目 录1.1.文献综述文献综述.1 11.1 世界乙烯化工的发展现状.11.2 我国乙烯化工的发展现状.21.3 裂解技术及裂解炉的发展.41.4 结焦现象及结焦抑制技术在中国
8、的发展.61.5 大庆公司在乙烯生产的突破创新.71.6 裂解炉核算的目的及其意义.82.2.核算核算.10102.1 设计任务书.102.2 核算方法.122.2.1 管式裂解炉的热负荷 QE.122.2.2 对流室热负荷 QC的计算.122.2.3 辐射室热负荷 QR的计算.142.3 燃料计算.192.3.1 裂解炉的热效率.242.3.2 桥墙温度.242.3.3 最高火焰温度.252.4 计算结果一览表.272.5 分析与讨论.282.5.1 最高火焰温度和桥墙温度.282.5.2 过剩空气系数，烟气量及热效率.282.5.3 热损耗的分析与讨论.28辽宁石油化工大学毕业设计（论文）
9、用纸3.3.改进与节能减排改进与节能减排.29294.4.分析与讨论分析与讨论.34344.1 结果对比与讨论分析.344.2 误差分析.345.5.附录附录.35356.6.谢辞谢辞.37377.7.参考文献参考文献.3838辽宁石油化工大学毕业设计（论文）用纸1大庆乙烯裂解炉考核与节能减排方案优化1.文献综述1.1 世界乙烯化工的发展现状前些年由于世界经济的不景气，经济衰退，使得涉及到和乙烯相关的耐用品产品的消费需求降低，更多的乙烯相关产品的过量。预计约 600 万吨的乙烯产能将在这种经济的背景下关停，部分将永久关停。然而乙烯的逐年增产导致了乙烯产量的过剩生产，2008 年以前乙烯装置开工
10、率一直处于较低水平，而到了 09 年乙烯产量过剩近 1500 万吨，占需求量的 13.4%1。并且这种现象还会持续下去。近些年来，在中国，印度，巴西等这些发展较快的发展中国家的陆续进步中，乙烯过剩的现象有了好转，他们已经逐渐成为乙烯需求大国和乙烯消费大国，世界乙烯工业的发展重心正向亚洲和中东地区转移，2010 年东北亚地区成为了世界乙烯需求量最大的地区，占全球乙烯市场需求比例由 2000 年的 21%增长到 25%；还有中东乙烯需求量也有大规模增长，占全球比例由 2000 年的 7%上升到 16%；北美所占比例由 2000 年的 33%降至 24%。预计 2014 年中国乙烯需求将占世界总需求
11、的 26%，中东将占世界总需求的 19%。发展中国家的乙烯需求增长，无疑将缓解全球乙烯供应过剩的局面。预计 2014 年乙烯产能过剩量占全球总需求量将下降至 8%1，并且将进一步提高乙烯利用效率。在未来 5 年世界乙烯产能还将稳定增长，新增产的量主要集中在中东和亚太地区。到 2015 年，中东产能将占全球乙烯产能的 23%，其中大部分是为了支持乙烯衍生物的出口。亚太地区（特别是中国）产能的增加主要是为了满足国内不断增加的聚乙烯和其他乙烯衍生物需求23。辽宁石油化工大学毕业设计（论文）用纸2以往通过乙烷作为乙烯原料的情况将会逐年下降液化石油气和石脑油在乙烯原料中的比例会增高4，这将会对今后的乙烯
12、发展趋势起着重大的作用，也会影响到我国乙烯工业的发展。1.2 我国乙烯化工的发展现状早些年我国目前的乙烯生产能力为 295 1 万吨每年(其中中石化总公司 240.3万吨每年，占 85)。1995 年乙烯的实际产量 236 万吨每年(中石化总公司为 203万吨每年)，在世界居第 9 位，但按每年人均水平计：日本(35.7 千克每年)，美国(57.1千克每年)，中国(2.4 千克每年)。可见我国的乙烯工业水平还是差得很远。其差距主要表现在：(1)装置规模较小。我国现有和在建的乙烯装置共 l8 套，其中 30 万吨每年的7 套，占 39，l4 万吨每年以上中小型规模 11 套，占 61，平均规模为
13、每套 24万吨每年。发达国家 30 万吨每年上的占 67以上，平均经济规模为每套 6070万吨每年。(2)加工深度不够，综合利用率低。国外乙烯装置副产品回收的价值一般可以抵消乙烯生产成本的一半上，如日本为 55。日本裂解产物的综台收率 1971 年达 90，目前水平更高。而我国大型乙烯装置裂解产物仅以碳二、碳三馏份利用为主。碳四和裂解汽油均未充分利用，碳五馏份及 C9+馏份则完全被当作燃料烧掉，综合收率仅有 60左右，回收的价值只能抵消乙烯生产成本的 1/3 左右；中型乙烯厂的综合收率仅为 40左右，回收的价值只能抵消乙烯生产成本的 20左右。(3)科学管理水平低，装置运转周期短 目前我国乙烯
14、装置基本上是一年一大修，而国际上普遍为两年一大修，有的已达三，四年一大修，美国最长的运转周辽宁石油化工大学毕业设计（论文）用纸3期已达七年一大修。(4)收率低，消耗高。世界先进国家乙烯生产中裂解原料大多以石脑油等轻质原料为主，乙烯单程收率为 28以上；我国受原油供应的制约，裂解轻质原料仅占 50，其余 50是柴油(AGO)馏份，乙烯平均单程收率为 26；每吨乙烯消耗原料的世界先进水平在 3 吨以下，能耗低于 600 万大卡，而我国分别为 3.4 吨和 895 万大卡。我国乙烯在“九五”期间经过 19951997 年的改扩。将增 140 万吨每年能力，达到 360 万吨每年以上，到 2000 年
15、预计可能到 400500 万吨每年。燕化公司乙烯技术改造的方向是：(1)研究进一步改扩到 60 万吨每年以上的可行性。(2)研究对原料的多元化、优化、轻质化。(3)改造炉子节能并适应原料多样化(4)采用先进在线控制技术。(5)回收火炬气及采用其它能量利用技术。(6)延长运转周期到 3 年以上(7)深化综合利用，特别是对 C 和氢气的综合利用5。伴随着乙烯使用的新高峰，中国作为发展较快的国家也在其中。最近几年更是在世界乙烯需求占有量上处于举足轻重的地位，摆脱了前些年生产使用落后的局面，并且这个趋势将会越来越强，中国乙烯生产行业也在中国石化集团等公司的带动下有了长足的进步。比较典型就是 7 个大乙
16、烯项目。近年来，我国乙烯工业发展迅猛，乙烯年产量从 2000 年的 474 万吨，增至 2006 年的 941 万吨，成为仅次于美国的世界第二大乙烯生产国。但是，仍然不能满足国民经济发展的需要。有关研究表明，我国每年乙烯实际消费量和实际产量之间的缺口，2002 年为 58%，2003 年为 56%，2005 年为 53%，2006 年为 52%，缺口完全依靠进口弥补，供需矛盾突出。有专家指出，7 大乙烯项目建成后，我国乙烯产需缺口可望进一步缩小，更好地满足国民经济发展的需要。包括这 7 套在内的乙烯装置建成后，2010 年我国乙烯产能将接近 1800 万吨，乙烯实际消费量和实际产量之间的缺口有
17、望降至辽宁石油化工大学毕业设计（论文）用纸442%48%的范围。7 大乙烯项目建成后，我国乙烯工业的布局将更加优化。考虑到交通的便利性和市场需求，此前我国的乙烯项目主要分布在长三角、环渤海、珠三角等沿海、东部经济 发达地区。而武汉、新疆独山子、四川彭州等乙烯项目的开工建设，表明我国在加快东部、东北和沿海地区乙烯工业发展的同时，开始兼顾中西部地区乙烯工业的布局。这种布局适应了国家加快中西部经济发展的战略部署，对促进我国东中西部协调发展将发挥重要作用。在这些正在建设的大乙烯项目周围，都将形成配套的下游产业集群，将极大地带动当地及周边地区经济的发展。7 大乙烯项目建成后，我国乙烯装置平均规模也将进一
18、步扩大，能源资源消耗将进一步降低，技术水平将进一步提高，产品结构将更趋合理，将使我国乙烯工业提至更高的水平6。1.3 裂解技术及裂解炉的发展随之而来的问题就是优化生产提高产率。所以良好的改造和优化以乙烯生产中的核心装置裂解炉就成为了新的课题，中国石化集团公司很好的起到了带头作用，为了赶超国外先进水平并为国内乙烯裂解炉节能改造提供参考标准，中国石化集团公司依据国外先进的裂解炉标准将中国石化扬子石油化工有限公司(简称扬子石化)新区 O1 号裂解炉定为样板炉，利用多种先进的节能技术，对该炉实施改造。改造从 2012 年 2 月开始，5 月 25 日投料开车。截至 6 月 8 日，扬子石化乙烯装置样板
19、炉运行 2 周时间。运行结果显示：裂解炉排烟温度下降约 35，热效率提高约 2%，运行负荷由 90 提高到 100。样板炉运行效果良好，完全达到预期的节能指标。据悉，今后中国石化集团公司的所有裂解炉节能改造将以此为样板，乙烯装置能耗将会大大降低7。辽宁石油化工大学毕业设计（论文）用纸5在裂解炉方面，还有很多改造方法及节能措施。中国石油吉林石化公司乙烯裂解炉原采用 Linde 公司生产的 LSCC11 型炉管，改造后选用荷兰 KTI 公司生产的 GK6 型炉管6，单台裂解炉乙烯生产能力由 6 万吨每年提高到 8 万吨每年。由于受生产运行、资金等因素的制约，所以第一次改造重点放在扩能上，投用后装置
20、出现了裂解炉排烟温度偏高，热效率下降的现象。为了提高装置竞争力，对扩能改造后裂解炉存在的问题进行了分析，并进行了第二次改造，主要解决烟气偏高，烟管堵塞的问题。最终提高了裂解炉的热效率8，为乙烯的优化生产做出了贡献。在国内外，有更多的先进的控制系统应用乙烯生产中裂解炉的改造，而降低裂解炉的能耗是降低乙烯生产成本的重要途径之一。随着节能降耗任务的日趋紧迫，相关企业近年来积极开展裂解炉节能降耗的攻关，采取一系列措施，收到可喜的效果。其中，采用先进控制技术，优化裂解炉操作，能够提高乙烯、丙烯收率，使乙烯装置生产能耗明显下降911。比较典型的例子就是平均 COT 温度控制器的出现，它更好的解决了 COT
21、 温度的问题。裂解炉炉管平均 COT 温度是裂解炉最关键的被控变量。它经常受到干燥器切换、燃料变化和原料组分变化等干扰的影响，且有些因素是随机的、不可控的。设计炉管平均 COT 温度先进控制器，以增强控制回路的抗扰动能力，缩短其对设定值变化的动态响应过程，并提高控制精度。对烃进料流量(也反映了 DS 流量)、炉膛温度等可测的干 扰变量采用前馈调节，以消除或减弱其对 COT 的影响12。近些年来，伴随着对乙烯生产越来越多重视，其中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上的经济性有着直接的影响。今后裂解炉的发展趋势为:裂解炉的大型化;新型炉管的应用；新高温合金材料的应用；不同型式的
22、急冷锅炉的应用；新型燃烧器的应用；抑制结焦技术13。辽宁石油化工大学毕业设计（论文）用纸61.4 结焦现象及结焦抑制技术在中国的发展我们也拿出一些例子来看看现在对裂解炉研究的进展，乙烯在裂解的过程中，因为发生二次反应，会伴有结焦反应和焦碳沉积。结焦会增加管壁热阻，降低传热系数，为维持管内物料的正常温度，必然要提高炉管外壁的温度，导致炉管的温度过高，甚至产生局部过热的现象。焦碳沉积会使炉管内径变小，在处理量不变的情况下，物料在炉内的停留时间缩短，系统压力增加，导致裂解乙烯的收率明显下降，选择性降低，甚至堵塞管道，生产厂家只得停车清焦，频繁的停车清焦会影响裂解炉炉管的寿命，增加生产成本。而且还变向
23、的降低了生产效率，所以如何解决结焦就成为裂解炉改进的方面之一。当中重要的一个环节就是结焦抑制剂的开发与应用14，有更多的专家投入到了结焦抑制剂的研究与开发过程中去了。国内在结焦领域也有所突破，中国石化与天华化工机械及自动化研究设计院合作开发了一种具有新型结构的急冷锅炉，其分布器为一带有倒锥形过渡段的圆柱体，内部有多分支均匀分布的裂解气输送通道。具有这种结构的急冷锅炉，裂解气停留时间短，冷却迅速，有效抑制了裂解气的二次反应，从而减缓了急冷锅炉结焦15，提高了裂解炉运转的周期。1.5 大庆公司在乙烯生产的突破创新说完了国内许多裂解炉技术的亮点，下面我们来谈谈本文重点涉及的大庆石化公司在乙烯裂解方面
24、的各项突破，让我们关注 2 条技术动态：一，中国石油大庆石化公司 1.2 兆吨每年乙烯改扩建工程项目新建 600 千吨每年乙烯装置于2012 年 10 月 5 日投产，生产出合格乙烯产品。中国寰球丁程公司作为项目牵头单位，与大庆石化一起联合其他单位进行攻关，完成了 T 艺包设计、基础设计和辽宁石油化工大学毕业设计（论文）用纸7EP C 总承包。大庆石化发挥乙烯装置操作运行的优势，全过程跟踪审查把关，将操作经验融人设计优化中，并负责装置投料开车。在成套技术研发中，寰球公司先后成功完成乙烯裂解技术和前脱丙烷前加氢分离 T 艺技术等研发工作，掌握多项关键技术，并实现主要设备材料国产化，形成了具有自主
25、知识产权的大型乙烯装置工业化成套技术16。二，中国石油大庆石化公司新建合成气装置是大庆石化200 千吨每年丁辛醇改扩建项目的重要组成部分，以重油或裂解焦油为原料，采用美国 GE 公司的激冷 T 艺流程，生产高质量的羰基合成原料气。装置设计生产能力为 22818 兆每小时，年设计操作时间为 8000 小时，具有流程简洁、投资少和占地小等优点。装置正式投产后，将为 200 千吨每年丁辛醇装置提供合成气原料。由于焦油价格比重油低，且重油可作为炼油原料进一步深加 T。大庆石化 1.2 兆吨每年乙烯装置开 T 后将产生大量裂解焦油，新建合成气装置开工投产后，既可降低装置运行成本，又可解决大乙烯扩能后物料
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