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1、毕业设计译文延迟焦化单元的能源利用分析和改进摘 要这篇文章呈现了在中国的炼油厂中应用三链式的能源结构模型的延迟焦化体系能量和有效能分析。 依照能耗分析和评价的结果,潜在能耗对于节能是一个更好的改进细节步骤是一个暗示。被提议的改进被期望显着地降低能源消费和到改善经济利润那延迟焦化单元。与最初的单位相比,能源消耗改进流程减少到 37.2%, 这示范应用的策略对能耗的分析和过程体制的改进是适当的。关键字: 延迟焦化装置; 能耗分析; 有效能分析; 节能1. 介绍延迟焦化是在石油炼制工业中处理重油的主要流程之一。 它本质上是一个高温度流程包括广泛使用直接加热提高产品等级。 焦炭化过程, 作为一个有剧烈

2、热裂化和冷凝反应的组合流程, 需要消耗很多的高级能源。1重油, 像减压残渣, 裂化残渣和催化裂化油浆,等等, 经过500 剧烈热裂化和冷凝反应, 产品有干气，液化石油气，汽油，柴油的产品, 重瓦斯油，焦碳被生产。 所有强吸热焦化反应的热需求被焦化加热器提供。过热态的高温反应蒸汽在被从焦碳塔引入主分馏塔。 不同焦化产品被分开从分馏系统中以液态或气态携带走大量的低级热的低温。 对有效的焦化单元低温热的消耗而言，至关紧要的是焦化加热炉的效率的提高和低温热源的利用。在这份报告中给出的是中国炼油厂中延迟焦化反应器的能量和有效能分析因此, 一些改进和对应的最佳措施详细地被计划基为能耗的分析和程序制度的最佳

3、化的三链式结构模型 4,5.2. 延迟焦化流程的能耗分析2.1. 延迟焦化反应器的描述在被在 1996 年进入操作之内设计而且放的一个中国炼油厂的延迟焦化反应器是拿为例学习能耗的分析和进步。 展示的是简单的延迟焦化反应器流程图在图 1 被。设计的处理能力是 500Kt/a(62.5 t/h), 循环比被设计为 0.4.被处理的进料是大庆减压渣油。真实的数据从一个典型的操作日子获得的。表1 给一全部的延迟焦化单元的物料平衡。焦化产品的规格是在表 2 显示。图 1. 简单的分析延迟焦化反应器的流程图表了 (1-加热器; 2,3-焦炭塔; 4-4 四通开关 5-分馏塔; 6 气-液体分离罐; 7 蒸

4、气器; 8 热交换器; 9 冷却器的/凝结器; 10-泵).实际能源消费在 2000 年延迟焦化装置处理一吨的新鲜给料由于焦化单元本身缺少有用热源的回收器的实际能源消费缺少对整个辅助体系的能耗的综合考虑消耗高达 1500.0 MJ/吨，像是整个的炼油厂的实效性，储藏和运输制度。新鲜原料在延迟焦化装置中,预热，焦化，分馏是由一个加热器和二个焦炭塔组成的。新鲜的给料, 经与热的产品流和烟气在对流区段热交换是达到大约350被引入分馏塔底部使高温度过热反应蒸气骤冷。部分在反应蒸汽的较重的冷凝为再循环，而且在新鲜的给料中的较轻的部分同时被蒸发。对新鲜的给料浓缩的再循环较重部份的比被定为焦化单元的循环比。

5、 来自分馏塔底部的进料, 和反应蒸气冷凝下来的重油一起被灌入焦碳塔的辐射室预热,很快地热减少了温度降到 500以下。 部份在加热器管中蒸发之后而且通过了过一个 四路转换阀, 给料然后进入二个焦炭塔中的一个进行生焦反应。 在管子中注入高的压力水是为了防止焦炭沉积和延迟在管子中发生焦化反应。 从焦碳塔的顶端的被过热化的反应蒸汽气提进入分馏塔底部, 而根据它们的沸点更进一步分馏如富气，石脑油, 轻汽油 (柴油)和重瓦斯油。 三个循环泵有效地增加塔的热能源的回收。柴油的部份在汽油安定的单位被更进一步冷却而且用如吸收油,而且焦碳分馏塔充足的吸收油回返焦碳分馏塔在被柴油预先加热之后,哪一个可能被考虑如柴油

6、机泵循环。 焦炭都来自于浓缩反应的焦炭被子冷却移出焦炭塔保存在顶部的起动机中。2.2. 三个联编/次要系统的区分延迟焦化反应器可能被区分为依照被Hua, et al，以及其他人计划的三联编的能源结构的模型以能源的功能和进化为基础的三个联编/次要系统被分析。 4,5,也就是能源-转变联编/次要系统，能耗联编/次要系统和节能联编/次要系统。成份 , 像焦化分馏塔,焦化塔,等等 经由能源的角色运行物质的转化和分离的属于能源-使用的联编。 成份 , 像是使成焦煤加热器，再煮器和泵，等等,实现能源的不同类型之间的转变, 属于能源-转变联编/次要系统，或者冷却目标产品流程的冷却器，凝结器,热交换器和蒸气的

7、产生器,等等,和能源-恢复的联编有密切关系。两者的能源-转变联编/次要系统和能源-恢复的次要系统, 如程序制度的附加次要系统, 主要地为能耗的次要系统服务。热力学的分析相当有用在识别一个程序的真实的无效率方面。基于三联编模型的结构, 能源和放射本能分析为所有的能源-使用的程序和被分析的被延迟的炼焦器的三个次要系统里面的设备被引导。使成焦煤加热器, 热交换器网络和蒸馏操作为一个被延迟的炼焦器的能源-使用的进步在主要的候选人位置之中。根据能源-使用的分析, 评估和进步, 能源-使用方案对于两者的部分和完全的系统, 因此, 能被将分解-协调的最佳化最佳化过策略 5,6.许多最佳化方法 , 像是捏分析

8、, 最佳化技术因为能源-转变的制度，启发方法，智化, 等等可能被用于分析和被考虑的使成焦煤系统的最佳化。2.3.4. 现有的能耗的问题能源和有效能被分析指出索引在延迟焦化装置中每处理一吨的新鲜给料的能源消费在这焦化单元中高达 1500.0MJ/吨给料。 在能源-转变的次要系统中的能源和有效能转变效率分别是84.2% 和 43.2% , 和能源和有效能恢复效率在,能源-恢复的次要系统中分别是 56.8% 和 52.0% 。总能源和放射本能用在整个的流程中总能源和有效能用分别地是1956MJ/吨给料和 871.8 MJ/吨给料。被概略说明上方的能源-使用的指标示范那使成焦煤的能源消费单位是相对地高

9、的，而且放射本能破坏主要地来自于使成焦煤加热器。低温度能源-恢复的次要系统的失败稍微大。 延迟焦化反应器的能耗问题主要体现在下列各项:(A)大量的低温度热被浪费: 低温度热从分馏塔顶蒸汽(130-65) ，塔顶循环泵(115-80) ,柴油 (150-60) 和重的轻油 (130-80) 等等被发出到冷却的水或空气和浪费的。(B) 产生系统的蒸气的不良设计:计划生产 1.0 MPa 的蒸气的延迟焦化反应器现在只能产生适当的 0.6 MPa 的蒸气这些都是由于一合理的设计和操作造成的。 以下被发现：蒸气的压力产生是最低的进入 1.0 MPa的主要蒸气网络, 0.6 MPa 的蒸气的大部分产生由于

10、缺乏适当使用者必须被在周围排放。(C) 为来自不同的循环泵的热移动的分配的不合理的设计在分馏塔: 来自最上面的循环泵和柴油的热移动循环泵在现在的操作情况之下是相对地高的。 同时, 那来自高温度的热移动重的瓦斯涂油水于循环泵和中间物循环泵太低。(D) 热交换器网络 (HEN) 的贫穷设计: 那相对地低温度新鲜的给料直接地被高温度中间物和重的轻油循环泵预先加热,而且大的温度不同引起大的有效能破坏。此外，给产生的蒸气的热交换器的区域太小, 哪一个也制造给料和重的轻油 的后来热交换器的热负荷大的。 来自对流区段的新鲜给料的高输出温度使焦化分馏塔底部温度变成太高, 这有影响力在分馏塔的整个的热平衡和全部

11、焦化体系的操作安定性(E) 符合整合和最佳化程序, 简单热综合那用其他的程序单位，蒸气和动力体系和附加的储藏延迟焦化反应器而且运输制度, 在整个的炼油厂的等等会造成能源-使用的延迟焦化系统无效率。3.焦化流程的能耗改进显然地, 焦化程序的改进才能根据最初做的程序表, 可能包括下列的程序修正: (1) 调整那操作的叁数; (2) 在程序设备之间的在互相连络方面的改变; (3) 替换其他设备的最初设备; (4) 在大小方面改变一些最初的现有的程序的设备。 基于上述的能源-使用的分析和评估, 那三分别地,次要系统被最佳化，而且一个最佳的程序表最后被计划。31区分改进的方法它是精炼程序减少被用的总能源

12、和程序的放射本能破坏的石油的能源-使用最佳化的主要焦点, 和改善能源 (放射本能) 恢复和转变效率。 基于三联编的能源和 exergoeconomic 模型, 所有的措施改善程序制度的能源-使用的情形能根据他们的功能被概述如下列的四类型 7核心能源-使用程序进步在很大的程度上决定对于能源-转变次要系统的能源-恢复次要系统和能源补给的能源恢复的边界情况。 能源使用一延迟使成焦煤程序有高级消耗的能源的典型特性, 大的程序放射本能破坏和较多的低温度盈余热生产。 在使成焦煤程序被生产的低温度热无法在单位本身里面被平衡。 几乎,80% 的能源从外面供应了到那使成焦煤单位 , 像是燃料油/瓦斯或者电力 ,

13、 等等,主要地被用预先加热给料而且水为提供重给料的严格热裂痕的吸热反应热对放射线管注射了 1,8. 因此，它对减少使成焦煤单位的能源消费增加给料的被预先加热的负荷非常重要, 降低热责任而且改善使成焦煤加热器的放射本能效率, 和有效地复原那从分别专栏加热, 连同广泛地利用里面的热洗涤槽或在单位, 等等。之外基于上述的能源和放射本能分析, 进步措施和对应的最佳能源利用方案为不同的次要系统被计划和那总计系统。32 流程改进方案321 使成焦煤技术的进步降低材料的消费和能源同时地从来源。 操作者的最佳化使再循环比，而且水的量注入 , 放射线管会降低来自来源的使成焦煤加热器的热负荷和燃料消费。 当操作者

14、使再循环被减少的比的时候从0.4 到 0.2 ，到使成焦煤加热器的放射线房子的饲养的流量从 87.5 到75 t/h 减少了。 使成焦煤加热器的热负荷减少了大约 1400个千瓦。 同时, 藉由减退水注入进入放射线管也能降低使成焦煤加热器的热负荷。3.2.2. II为减少分别程序的放射本能破坏的循环泵的热移动的最佳化:为了要减少分别程序的放射本能破坏, 在分别专栏的来自不同的循环泵的热移动的分配被最佳化。 在操作者的最佳化之后使再循环比，完全的热进入那分别专栏被减少,这使高温度热移动变成更困难。在现在的程序表情况之下, 来自不同的循环泵的热移动是以程序模拟技术的帮助调整了。 影响力那修正操作的在

15、单位的输出上的叁数或输入变化被估计过程序在相同大众的流量的前提和产品的规格上的职业者/II 的模拟软件。 对于中间物和重的循环汽油的热移动由于在被最佳化之后的 1.0 MPa 的压力被达成到最大值生产更蒸气.循环热移动在和之前在式样翻新之后在表 6 被显示.33改进能源恢复系统3.3.1. 1产生系统和热交换器网络 (HEN) 的蒸气的式样翻新. 符合第二项法律分析的原则, 高温度热在那延迟使成焦煤单位应该被找回生产较多的1.0 MPa 蒸气。 基于不同循环的热移动的调整,母鸡被将捏分析最佳化过,哪一个主要地包括给料的预热的调整。 最初的热富有的吸收油和柴油之间的交换被取消，而且富有的吸收油直

16、接地进入分别专栏。给给料预热的被修正的程序表在图 2 被显示,在那里给料第一被柴油预先加热。 重轻油 的高温度热, 然后, 能被解救产生较多的蒸气。1.0MPa的大约 8.5 t/h 蒸气在母鸡的最佳化和蒸气的渠道之后被产生。1.0 MPa的较多的 4.5 t/h 蒸气被输出到主要的蒸气网络从那对使成焦煤单位作翻新改进由于蒸气通气的除去。3.3.2. II加热和其他的安装整合增加热输出并且降低热冷却损失。 在那里在被延迟的炼焦器中存在大量的低温度热, 和它难以找明理的使用者在单位本身里面平衡它。 来自分馏塔的在头上蒸汽的冷却曲线经过职业者/II 的模拟软件表示在头上蒸汽的潜热主要地在 105

17、和 55 之间，大约3610个千瓦。 目前，所有的低温度热被发出晾干制的或冷却水。 In this optimization, the low-temperature heat from overhead vapors, top pumparound, diesel and heavy gas oil of the fractionating column are all recovered and used to preheat the fresh water in a water treatment plant through a closed recycling medium water

18、 system. 关闭再循环媒体水的程序表在图 3 被显示。 一个加热器和一个冷却器应该在这一个再循环程序表被增加维持热恢复制度的稳定操作。 被找回的年度平均的低温度热是大约 5115个千瓦。3.3.3. III热-移动提高技术的申请:因为母鸡广泛地在被延迟的炼焦器的这式样翻新最佳化被应用，热-移动的提高技术,加热交换器最佳的设计技术和最佳的综合软件。 可提高的管, 像是横过缩成皱纹的管和低的鳍管, 等等被用于那更新或者崭新增加热交换器和蒸气的产生器如此当做提高热移动并且降低那投资花费。3.4改进能源转化系统在能源-转变的次要系统的进步主要地被讲到能源-转变装置的式样翻新 , 像是使成焦煤加热

19、器，泵, 等等。基于最佳的程序叁数, 效率的重要的进步对使成焦煤加热器是可能的如果解救能源的测量如此的当做应用先进的燃烧技术，减退过度空气系数，采用低的氧内容行动。此外, 一些低温度热滑落如此的如燃烧空气和给水预热在这被延迟的炼焦器能源被介绍-使用式样翻新为更进一步减退烟洞-被拒绝温度而且改良加热器效率的瓦斯。当烟洞-被拒绝温度的瓦斯被降低到 170, 大约800个千瓦较多的热可能有效地被找回。 当加热器的过度空气系数被减少到 1.25 的时候，大约 500 千瓦燃料能被解救。 同时, 相关的电力储蓄措施 , 像是频率控制,等等能用来为可乐移动和其他的程序泵减少来自高压力水力的泵的力量损失3.

20、5. 能源消费和主要的经济指标1.0 MPa压力下更多的蒸气被输出，更多的低温热被回收通过以上提级的延迟焦化反应器的改进，在能量消耗方面引起了显著的下降。能源消费和主要的经济评价指标作为这个能源-使用更新的评估指标 , 像是在延迟焦化反应器投资和利润那展示在表 8中 。我们能从表 8 见到一个可观的能源消费减少被完成通过焦化单元的改进 ,能源使用改进的回收期少于 3 年。4. 结论在现有的延迟焦化反应器的研究当中的分析和评价能源利在这篇当中揭示了能量利用，转化，回收方面的改进用的评估在这一张纸学习了揭露在那里在三个次要系统中对于改进能源-使用有很大的潜能，并且能量利用系统改进的核心，次要系统对

21、总系统最佳化是决定性的。 重要地改良程序效率是可能的对那延迟焦化单元在分析经过实现那对应的解救能源的措施被计划依照能源-使用特性单位和热移动从有效地利用来自高温度的热重的轻油 生产较多的 1.0 MPa 蒸气, 和再使用低温度从使成焦煤程序加热预先加热来自一个水处理的淡水。和延迟焦化体系相对低的资金投资相比，经济利润显著的增加。改良的改良焦化体系的能源消耗减少了 37.2%,证明三联编的分析和最佳策略被提供的对于能源使用流程系统改进是有效的。感谢对Major State Basic Research Development Program(G2000026307), the Natural S

22、cientific Foundation of China (20076018) 和 the Guangdong Provincial Natural Science Foundation of China (990638) 的财政支持表示真诚的感谢.重油热裂化仿真工艺的计算机辅助工具摘 要本文介绍了重油热裂化仿真工艺计算机辅助工具的开发模型。讨论了在盘管反应器中，石油蒸馏残余物的典型双平推流反应器。反应器模型由两个径向平推流，气体和另一液体组成，在盘管中以不同的速度通过。假设反应速率控制相平衡。因为热解反应、压力下降、汽化连续的发生，因此，液体滞留量有所下降。获得的模型利用中型实验工厂数据为

23、基础的试探综合分析方法和pseudokinetic方案，对获得的原料为进料进行研究。通过工业例子的研究为我们提供了协调热解和焦化对蒸馏残余物改质动力学问题的前景。关键词：延迟焦化；平推流反应器；热解；热裂化；焦化前 言在蒸馏残余物中，金属和沥青分子的出现对催化工艺的应用是一个比较严重的问题。在这个领域中，已经取得了很大的进展，但是大多数工艺都局限于脱沥青油、轻汽油的空气残余物，和空气或真空残余物与真空汽油的混合物（L e Page ,Chatila ,Davidson,1990）。热裂化依然是重要的操作，因为严重的焦化表征了大分子烃类馏分热改质情况，在有焦碳沉积的盘管反应器和浸泡装置之间，实际

24、情况与转化率是分离的，正如延迟焦化工艺那样。延迟焦化工艺的图解见表1。原料通常采用真空蒸馏残余物，尽管有时也使用空气残余物和倾析油。在分馏塔底部，原料与回流混合以后，经过加热炉，在这里残余物的反应开始了。通过仔细设计炉管的传热速率和采用较大面积满足容量比，使反应延迟进行直至进入焦化塔，因此尽可能的抑制了加热炉中的焦碳沉积。产品被分馏，送入炼厂的其他装置进一步处理。这个工艺是半连续的，因为在塔底缩合反应引起了焦碳的积累，当焦碳到达一定数量时，进行反焦化。从加热炉分流器到径向塔的产品，进行检测和预加热。将塔从操作中除移出，卸料，用水急冷，引流，清洗。在装置中，加热炉是最重要的、最昂贵的设备，通常加

25、热炉是一个几何体，有两个辐射室和一个单独的对流区相连。在辐射室里，炉管被水平放置在管壁附近。炉管之间有较宽的倾角，提高了热量的角分布，在另一侧与U形带相连接，与另一侧的抽油机相对，因此便于清洗。正因为如此，并不是所有的加热炉炉管的总长度都进行热交换，暴露在辐射室或对流室中。The dead ends 增加了压力降和浸泡体积，都需要考虑到。最新的方法是在辐射段中心通过布置炉管进一步改进热量分布，采用双向火焰（Barros,Bernardo,Chan和Bria.1997）。进料向下流，与燃料气体方向相反，所以将引起最大的壁温，限制设计。这一贡献问蒸馏残余物的热解提出了反应反应器的构造结构，由16l

26、ump动力学方案和双平推流反应器组成，而双平推流反应器由两个径向双平推流的气体和液体以不同的速率轴向的穿过。这种构造是比较重要的，因为热解反应主要发生在液相中，对各相中的停留时间的考虑是很有必要的。根据非等温条件下在复合几何反应器中，石油蒸馏残余物的缓和热解对这种结构进行估价。这种延迟焦化加热炉模型的应用提供了比较有用的研究例子，不仅对此工艺技术的确定有必要性，而且对工艺技术的复合作用也有很大前景。然后，可能去探究设计参数的重要性，并得到原料进入浸泡反应器条件下的预测信息。1. 工艺模型2.1原料性质石油蒸馏残余物的热解和焦化模型有这样的特征，原料组成具有相当的不确定性。复杂的分析技术对 th

27、e charge 结构特性的描述所做的贡献是微不足道的，它们只能提供平均参数。这里特性程序采用Dente,Bozza no 和Bussani(1997),Bozzano et al.(1998)和MeGreavySugaya(1998)开发，他们预测了分子量、沸点，和原料的一些结构特性，也就是最初的沸点，硫含量，平均分子量和密度。复合Altgelt和Boduszynski(1994)方法的普遍结果是很难再现的。当复杂的分析不能获得时，这种方法是很容易实现的，事实上也是如此。2.2产品特性从ASTM D-86到D-1160蒸馏的物质平衡给出了总的联合effluent，见表1-3。少量的2C4=和

28、1，3 C4=在色谱分析仪中的分布比C4组分要多。原料和产品的TBP蒸馏平衡被分成50的间隔，其他温度依靠产品的特性分类（沸程）？2.3动力学低温下蒸馏残余物的热解通常假定为液相现象，因为液相中活性分子浓度很高。反应假定按照第一顺序进行，16-lump方案见表2和下面的方程式?这里c是组分的质量分数，h是滞留量，w是质量流率，D代表SPGR或MW。 符号L和T分别指液体和总的物流。Bria和Filgueiras(1982)的实验数据决定了动力学参数，他们观察了工厂中真空蒸馏残余物的热裂解。总的流程由原料罐，泵，预热器，盘管反应器，冷却器和反应罐按照表3的顺序组成。各种原油经过处理，在不同温度下

29、的四种物流已经被报道了。2.4停留时间假定液体中的反应控制过程的转化率。各相之间存在热力学平衡。然而，气相通过盘管的速度比粘（滞）的、重的液体快的多，所以这一相的滞留量与馏分中根据两相的流率和密度计算的滞留量不同。这一点要求具有合适的相互关系（比如Dukler Wicks和Cleveland,1964；Beggs 和Brill,，1973；Agrawal Gregory 和Govier,1973）。处理水平和垂直上升物流时，优选Hughmark方法，本文也选用这种方法。当物流状态是气泡流、气团流或环状流时，这种方法特别有效。当反应进行以后，随着盘管中汽化的增加，物流状态自然就改变了。以水平物流

30、为例，静态热量对压力降的贡献可以用下式计算？物流状态可以由Griffith和Wallis（1961）提供的图表进行估算，压力降根据Dukier et al (1964)计算。根据Redlich-Kwong状态方程对相平衡进行预测，有soave(1972)进行修正。闪蒸计算采用Rachford和Rice软件进行修正。物理性质由表3提供的方法进行估算。超临界对液相密度的贡献是：假定为理想混合物，采用API技术数据（1988）的扩大因数。每一组分和系统中拟组分的物理性质都可以由这种方法计算，因此总的液体或气体性质能够采用近似混合的方法计算。因此，反应器模型有由两个径向平推流，气体和另一液体组成，在盘

31、管中以不同的速度通过（在等温条件下，特别是以中间实验工厂为例）假定反应速率控制各相的平衡。因为盘管中的热解反应和压力下降、汽化的连续发生，因此液体的滞留量有所下降。2.5能量平衡对于工业盘管反应器，炉管壁温可以有API推荐的实验530号文件（1988）进行估算，给定热通量，焓可以由修正的BWR方程（Lee和Kesler,1975）进行计算，采用-129温度下的饱和液体作为参考状态。假定产物在-204（ASTM D-86）温度下的沸腾，产生800J/g的反应热。结果与讨论由五种不同真空残余物热解反应生成的小分子气体（H2-C4）和石脑油（C5-204）的组成几乎与原料和转化程度是独立的（见表4）

32、。因此，表4表明了平均值。对于小分子汽油组成和质量与转化率也是独立的。（见表5，6），但是不同原料之间，比重有较小的变化存在（表7）。如果产品的质量是一个比较重要的问题时，这一区别需要研究。因此，在下游浸泡反应器中，当转化率和质量是加工过程中主要限定条件时，盘管反应器对于准备步骤是比较重要的。盘管模型给出了合适的设计参数，比如制冷量，蒸汽，压力降和总转化率。因此，较小的变量如表7所列出的可以被忽略，假定为表5中的平均值。如果运动的常数很小,是由减少的转化引起的。当温度增加时,热分解反应速率增加, 但是停留时间下降是因为蒸发作用。第一效果是较高的并且计算好的运动常数显示一个单调趋势的增加由于操作温度。然而,当温度被提高时, 转变逐渐地增加到一较小的范围。高螺旋转化被基本上限定通过在压力常数方面可利用的反应器长度。健全的计算平衡的方法是必要的。集中难题时常在生产少量超临界汽油的热分解反应的入口的附近发生。在能引起在泡沫压力大的变化的汽油得数量数量方面的小的改变。这样的问题可以被避免如果混合物( 过冷却或不是)的情况在正 确的计反射算程序之前被选择。非极性的碳氢化合物在