乙烯管式裂解炉计算方法的研究及应用
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摘要
在大庆石油学院已建立的乙烯裂解炉简化二维模型的基础上，参考文献[2]所报道的裂解二维模型的特点，对反应物系有49个组分、49个反应的复杂反应系统，建立了改进的乙烯裂解炉反应管的二维工艺数学模型。用运算能力大、结构性和可读性强的FOR90语言进行编程，采用全隐式控制容积法对二维模型的物料平衡方程和热量平衡方程进行了离散化，用欠松弛技术及逐点扫描法对离散化后的线性方程组进行了求解，同时充分考虑了炉管径向扩散对裂解过程的影响。用该程序对大庆EF-111E炉两种不同原料进行了模拟计算，结果表明，本计算方法具有收敛性好、计算速度较快、且对径向温度、浓度分布等描述合理、主要计算结果与工业数据一致等优点，特别是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。为裂解炉操作工况的优化及反应管的设计提供了比较完整的数据。表明改进后的二维模型更符合实际的裂解规律。
Based on predigestion two-dimensional model about ethene pyrolyzer established by Da Qing Petroleum Institute and characters of literature reported about two-dimensional model, a promoting pyrolyzer reaction tube two-dimensional model based on 49 species and 49 reactions sophisticated system, is founded. The model uses FOR90 language, which has big calculating capacity, good construction and well being read to edit program, It uses method of controlling cubage of total hiding to calculate material and heat balances equation of such system, and uses slowly iterative technic and scan point by point to calculate linear equation after dispersing. This design consider effect of radial diffuse item on the cracking process, and calculate simulate to EF-111E pyrolyzer about two different material in Da Qing using the program. Calculating consequence, Compared with the datum in documents, shows: the algorithm according to commercial operation results has good astringency, quick rapidity of calculation, and has ration
ality to radial temperature and concentration, especially near tube wall, the current of change is ideal to radial velocity, temperature and concentration. A series of complete data for optimization of running conditions of pyrolyzer and for design of reaction tube may be supplied. This shows two-dimensional model improved has good reliability.
Based on predigestion two-dimensional model about ethene pyrolyzer established by Da Qing Petroleum Institute and characters of literature reported about two-dimensional model, a promoting pyrolyzer reaction tube two-dimensional model based on 49 species and 49 reactions sophisticated system, is founded. The model uses FOR90 language, which has big calculating capacity, good construction and well being read to edit program, It uses method of controlling cubage of total hiding to calculate material and heat balances equation of such system, and uses slowly iterative technic and scan point by point to calculate linear equation after dispersing. This design consider effect of radial diffuse item on the cracking process, and calculate simulate to EF-111E pyrolyzer about two different material in Da Qing using the program. Calculating consequence, Compared with the datum in documents, shows: the algorithm according to commercial operation results has good astringency, quick rapidity of calculation, and has ration
ality to radial temperature and concentration, especially near tube wall, the current of change is ideal to radial velocity, temperature and concentration. A series of complete data for optimization of running conditions of pyrolyzer and for design of reaction tube may be supplied. This shows two-dimensional model improved has good reliability.
引文
[1] 张红梅．轻质油热裂解制乙烯裂解炉管二维工艺数学模型[D]．黑龙江：大庆石油学院石化系，1989
[2] Sundaram K M & Froment G F. Two Dimensional Model for the Simulation of Tubular Reactors for Thermal CracKing [J]. Chem Eng Sci, 1980, 35(1): 364-371
[3] 袁晴棠．抓住机遇加速发展我国乙烯工业．北京：当代石油石化．2002(2)：1-5
[4] 许志宏，董茜．现代化工，1988，8(1)：21
[5] Patankar, S. V. m Numerical Heat Thansfer and Fluid Flow. Hemisphere Publishing Corporation, 1980.
[6] L. F. 奥尔布赖特．裂解理论和工业实践．轻烃加工出版社
[7] 邹仁鋆．“石油化工裂解原理与技术”，化学：工业出版社(1982)
[8] 石油化工译文集(第六集)，石油烃的裂解(之二)1-56页．
[9] M·J·Maddock, Hydrocarbon Processing Vol. 46, No. 6, Jone(1967).161-162页.
[10] I·Lichtenstin, Chemical Engineering Progress, Vo1. 60, No. 12, 64-68.
[11] 石油化工译文集(第五集)，石油烃的裂解(之一)125-162页．
[12] 1970 11tth Automatic Control Conference of the Americon Automatic Control Council, Barry. Freedman, 608-619
[13] 石油烃的裂解(之一)．轻质油热裂解制乙烯裂解炉工艺数学模琘型．石油化学化工出版社(1976)．
[14] 罗光熹．试论RICE自由基机理在建立轻质油热裂解反应动力学模型中的作用．大庆石油学报，(1)，1979：1-23
[15] 王宗祥，党长涛，郎振飞，油田轻质油热裂解制乙烯反应动力学数学模型的初步探讨．大庆石油学报，1978．(2)：1—13
[16] 王宗祥，罗光熹，吴会清．油田轻质油热裂解制乙烯反应动力学数学模型(1)．大庆石油学报，(2)，1978：1-23
[17] 王宗祥，罗光熹，党长涛．油田轻质油热裂解制乙烯反应动力学数学模型(2)．大庆石油学报，(1)，1979：1—7
[18] 王宗祥，郝江平，谢天水．轻质油裂解炉管结焦模型的研究．石油学报(石油加工)，4(1)，1988：10-19
[19] 王宗祥，王延吉．轻质油裂解炉反应管的工艺数学模型及应．石油化工．16(11)，1987：751—758
[20] Sundaram K M & Froment G F. Two Dimensional Model for the Simulation of Tubular Reactors for Thermal CracKing [J]．Chem Eng Sci, 1979, 34(1): 117,635
[21] 高金森，张红梅．“乙烯管式裂解炉内反应历程及结焦抑制技术的研究”研究报告[R]．
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[23] Patankar,S. V. 著，张政泽，传热与流体流动的数值计算，北京：科学出版社，1992年8月
[24] Spalding, D, B., Mathematics and Computers in Simulation, 13: 267, 1981.
[25] Patankar, S. V., and D. B. Spalding, Int. J. Heat Mass Transfer, 15, 1787, 1972.
[26] Spalding, D. B., Turbulent Buoyant Convection, N. Afgan and D. B. Spalding eds., Hemisphere Publishing, Washington DC, 569, 1977.
[27] Spalding, m. B., 19th Symposium(Intern.) on Combustion., 941, 1982.
[28] 麻立志．用二维模型对影响80U型炉产率分布主要因素的模拟分析[D]．黑龙江：人庆石油学院
石化系，2003．
[29] 唐恒丹．用二维模型优化管式裂解炉操作工况[D]．黑龙江：大庆石油学院石化系，2000
[30] 石巨川．乙烷裂解炉数值模拟计算方法初探[D]．黑龙江：大庆石油学院，2001
[31] Hobler, T. (1957). Brit. Chem. Eng., 329. 或参见文献[20]．
[32] Na, T. Y., and I. S. Habib(1973). Appl. Sci. Res., A28, 302.
[33] 王宗祥、王延吉、郝江平，1986年第五次全国乙烯行业生产技术年会论文．或石油化工，[11]，751(1987)．
[34] 石油炼制设计数据图表集[M]．上海：上海工业出版社，1978．
[35] 石油烃的裂解(之一)．轻质油热裂解制乙烯裂解炉工艺数学模型．石油化学化工出版社(1976)．
[36] PatanKar. S. V著，张政译，传热与流体流动的数值计算，北京：科学出版社，1992年8月
[37] 郭宽良．数值计算传热学，安微科学技术出版社，1987
[38] 邵华开，陈仁华．计算方法(M)．石油化工出版社，1995
[39] 陈甘棠．化学反应工程．化学工业出版社
[40] 吴指南．基本有机化工工艺学．化学工业出版社
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[17] 王宗祥，罗光熹，党长涛．油田轻质油热裂解制乙烯反应动力学数学模型(2)．大庆石油学报，(1)，1979：1—7
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