[發明專利]一種乙烯裂解爐出口裂解混合產物真實溫度的軟測量方法

有效

• 申請號: 201210492965.8
• 申請日: 2012-11-27
• 公開（公告）號: CN102998013A
• 公開（公告）日: 2013-03-27
• 發明（設計）人: 邱彤;王杭州;張磊;陳丙珍;趙勁松
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01K3/08
• 分類號: G01K3/08
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 賈玉健

1.一種乙烯裂解爐出口裂解混合產物真實溫度的軟測量方法，其特征在于，包括以下步驟：

第一步，獲取裂解爐爐管參數，裂解爐爐管的種類有KBR?SC-1型、SW型、SRT型或USC型，具體的參數包括輻射段爐管的管程、內徑、外徑、材質、導熱系數、絕熱段保溫材料材質和導熱系數；

第二步，獲取裂解原料信息，裂解原料的種類分為循環乙丙烷、油田液化氣、油田輕烴、拔頭油、石腦油、輕柴油和加氫尾油，在實際生產中也會將兩種以上裂解原料混合之后作為裂解原料來使用，對于任何一種裂解原料，采用原料組成表示，方法包括PONIA、ASTM和詳細族組成；

第三步，計算裂解爐管出口裂解產物組成，根據裂解過程模型，包括質量平衡方程、動量平衡方程、能量平衡方程，計算輻射段出口裂解產物組成分布；

裂解過程模型包括質量平衡方程、動量平衡方程、能量平衡方程^[2-10]，如式(1)~(3)所示，

質量平衡方程

對給定的一套描述裂解反應動力學的反應動力學方程組，任何一種反應物質沿管長的變化可表示為：

dNmdL=SVΣiυimri=fN(T,P,Nm)---(1)]]>

其中N_m為組分物質m的摩爾流率(mol/s),L為反應管長(m)，S為反應管內實際流通面積(m²)，V為油氣體積流率(m³/s)，υ_im是反應計量系數，反應速率r_i(kmol/s²)與反應油氣溫度、壓力（T、P）相關，反應模型使用Kumar模型，

動量平衡方程

計算式為：

dPdL=-9.89067f·E(L)·G219.62ρ·Di=fP(T,P,Nm)---(2)]]>

其中f為范氏摩擦系數f=0.01227+0.7543Re0.38]]>

E(L)為L處微元段的當量折算系數，G為反應油氣總質量流量(kg/m²s)，D_i為反應管實際流通內徑(m)，ρ為反應油氣密度(kg/m³)，Re為雷諾準數，

能量平衡方程

根據煙氣沿爐管的溫度分布T_g(L)采用二次曲線分別，能量平衡方程以得到dT/dL的表達式，

輻射室傳熱：

dTdL=kπDo(Tw(L)-T)-ΣmΔHfm0·dNmdLΣmCpm·Nm+CpH2ONH2O---(3)]]>

其中σ為絕對黑體輻射常數(5.7×10^-8W/m²□K⁴)，α為有效吸收因素，A_cp為當量冷平面面積(m²)，A_s為對流傳熱有效面積(m²)，F為總交換因素，T_w(L)為反應爐管管壁溫度(K)，k為總傳熱系數(kW/m□K)，D_o為反應管外徑(m)，C_pm為組分m的等壓熱容(kJ/mol)，為水的熱容(kJ/mol)，為水的摩爾流率(mol/s)，為組分m的標準生成熱(kJ/mol)，

第四步，計算裂解爐管內結焦厚度，根據裂解產物中小分子不飽和烴、芳烴的含量以及運行時間計算絕熱段爐管內結焦厚度；

結焦過程是復雜的動態反應過程，目前結論小分子不飽和烴、芳烴是主要的結焦母體，根據其標定數據，建立結焦動力學模型，結焦速率方程如式(4)，

rc=A1e-E1RTc1+A2e-E2RT(c2+1.493c3+0.781c4)+A3e-E3RTc5]]>

(4)]]>

+A4e-E4RTc6+A5e-E5RT(c7+0.385c8)+A6e-E6RTc9]]>

其中c_i為氣相中結焦母體濃度，1為乙炔；2為乙烯；3為丙烯；4為1-丁烯；5為丁二烯；6為苯；7為甲苯；8為二甲苯；9為苯乙烯，

在確定了結焦速率后，在單位時間Δt內反應管路每一微元段的平均焦層厚度增量即為：

Δδc=rc·Δtρc×103---(5)]]>

相應的每一微元段的新流通內徑為：

D_{i_new}＝D_{i_old}-2·Δδ_c????(6)

對于裂解爐全周期模擬的擬穩態假設，從清潔管開始，在給定的原料參數和入口操作參數下，每模擬一段時間的裂解情況后，結焦母體濃度由裂解反應算出，然后根據結焦模型更新反應爐管各微元段內的焦層厚度，再進行下一個擬穩態計算，如此循環直至整個周期模擬結束，

第五步，計算測控點的溫度與裂解混合產物真實溫度的差值，計算出裂解爐出口裂解混合產物真實溫度，

輸入設備參數、原料性質、操作條件以及相關的物性參數，由于絕熱段的測溫點接近輻射段出口，認為絕熱段測溫點管內的焦層厚度與輻射段出口處相同，計算出裂解通道絕熱段出口內部的焦層厚度，計算DCS控制系統中測量點的COT與裂解爐裂解通道絕熱段出口混合裂解產物真實溫度的溫度差，

溫度差由熱傳導和對流換熱兩部分組成，溫差表達式如下：

ΔCOT=λisolation(COT-Tisolation_o)ln(ro+dislationro)[(ln(riri-dcoke)λcoke+ln(rori)λtube)+1αmixture(ri-dcoke)]]]>

其中各符號的意義如下：a_mixture：裂解爐管內混合氣體與管壁間的對流換熱系數(W/m²K)；λ_isolation：保溫材料導熱系數(W/mK)；λ_coke：裂解爐管內焦體的導熱系數(W/mK)；λ_tube：裂解爐管金屬壁的導熱系數(W/mK)；COT：DCS系統控制的管外采樣點的溫度(℃)；T_{isolation_o}：保溫材料外側的溫度(℃)；d_coke：裂解爐管內結焦厚度(m)；d_isolation：保溫材料的厚度(m)；r_i：裂解爐管的內徑(m)；r_o：裂解爐管的外徑(m)。