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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
26、的平衡问题，实现能源的优化平衡和企业效益最大化的双赢17。由这 2 条技术动态不难看出大庆乙烯裂解技术已经逐渐成熟并且完善，在国内也有着带头的作用，同时也制造了巨大的经济效益。另外，大庆乙烯裂解炉实现不停炉切换，大庆石化公司化工厂 9 台裂解炉实现 7 次装置不停炉平稳切换，首创国内大乙烯裂解炉对切技术，打破大乙烯裂解装置先停后投的常规切换方式，为我国大乙烯装置节能增效提供了可借鉴经验。按照国家乙烯行业裂解炉常规切换模式，需一台停炉后，另一台再进行投用，切换过程对乙烯装置安稳运行和产量影响较大。大庆石化公司化工厂每次切换平均影响乙烯产量 40 吨以上。2011 年 1 月，该厂采取提高装置急冷
27、系统负荷、稳定压缩机组负荷等措施，在保证原料不变的前提下，在乙烯裂解炉不停炉情况下，成功完成了切换。切换前，将裂解炉负荷提高，以降低切换损失，并制定了专项切换操作卡，严格按照工艺步骤操作，避免切换时温度产生大幅波动，同时提前辽宁石油化工大学毕业设计（论文）用纸8将急冷油塔液位提高，让空冷器处于随时投用的状态，并将备用炉投入蒸汽量降至最低，防止蒸汽量过大造成其它裂解炉超温。与常规停炉切换相比，采取裂解炉对切模式每次可降低对乙烯产量的影响 l0 到 18 吨，这一模式使乙烯装置在高效平稳运行的道路上迈出了关键性一步。为以后乙烯生产提供了强大的技术支持，同时也拉近了与国外先进生产技术的差距。1.6
28、裂解炉核算的目的及其意义通过以上简讯和动态，我们了解到大庆乙烯的进步，那么我们这次论文的核心就是要对大庆乙烯裂解炉进行考核。对于裂解炉的核算，其目的是能够掌握裂解炉在工作期间的相关数据，了解其在不同条件下的工作情况，使其在原料，条件及压力不同时的仍能发挥起最大功效。通过对裂解炉的核算，能够掌握乙烯裂解炉的生产效率。对于裂解炉进行优化改制，使其能达到最大的工作效率。同时裂解炉作为生产乙烯的核心设备，所以对其核算的意义非常重大。通过核算，能够了解不同条件对其的影响。从而使我们接下来裂解炉的使用达到我们预期的效果，那么我们这篇文章的主要内容就是一篇核算大庆乙烯裂解炉的热效率，不仅仅是对对流室和辐射室
29、的计算，同时还要进行桥墙温度以及最高火焰温度的计算，从而更好的为选材提供可靠的数据支持，得到结果后进行分析讨论，然后根据分析讨论的结果给出改进的意见，再次计算改进后裂解炉的热效率是不是有所提高。最终得到结论完成课题研究。下面我们将由在线采集的实际数据进行计算。辽宁石油化工大学毕业设计（论文）用纸92.核算2.1 设计任务书要求：（1）燃料计算（包括烟气组成、烟气量、最高火烟温度、酸露点等）；（2）热负荷计算、热效率计算、桥墙温度计算、燃料用量计算、热平衡计算等；（3）画出裂解炉结构图、作出全炉物料平衡、热量平衡表（图）；（4）对计算结果进行分析讨论，并提出改进措施。大庆石油化工公司乙烯裂解炉考
30、核计算：裂解气出口温度：849对流室出口温度：645烟气出口温度：128烟气中氧气含量：3.0%（体积）原料：每台炉进轻柴油：17.5（吨/小时），常温，压力 1.1Kg/cm2稀释度为：0.75，稀释蒸气温度 190，饱和雾化蒸气（为零）：温度 190，压力 3 大气压锅炉给水：15（吨/小时），进口温度 150，出口为温度 225，压力 140 大气压燃料：燃料气（mol%）H2CH4C2H6C3H859032原料：轻柴油（AGO），相对密度 0.8125（20），C/H=6.17馏程：初馏点171（）辽宁石油化工大学毕业设计（论文）用纸1010%20530%23850%27070%296
31、90%327终馏点347产物组成（mol%）H2CH4C2H2C2H6C3H4C3H6C3H8C4H6C4H810.313.60.454.260.4313.030.313.573.76C2H4C4H10C5苯甲苯二甲苯乙苯C8-C10C11+31.60.122.282.01.301.600.511.0X采用 SRT 型裂解炉辽宁石油化工大学毕业设计（论文）用纸112.2 核算方法2.2.1 管式裂解炉的热负荷 QE管式裂解炉的主体分为对流室和辐射室两大部分。对流室的任务是预热裂解原料，加热过程蒸汽，有的炉子对流室还担负加热炉给水和蒸汽过热任务。辐射室的任务主要是提供反应热，完成裂解反应。管式裂
32、解炉的热负荷包括对流室热负荷QC和辐射室热负荷 QR两部分，其符号为 QE，单位为 KJ/h，即：QE=QC+QRKJ/h(2.1)2.2.2 对流室热负荷 QC的计算以上述大庆乙烯的采样为基准进行计算，对流段加热的物料有原料烃、稀释蒸汽和锅炉给水，没有化学反应，只是上述三种进料升温所需热量。若 Q1、Q2、Q3分别表示原料烃、稀释水蒸汽和锅炉给水所需要的热量，则：Q1HMWM(HMmHMa)（2.2）Q2H汽W汽（H汽mH汽b）（2.3）Q3H水W水（H水dH水d）（2.4）QCQ1Q2Q3（2.5）原料石脑油由 128液体预热到 645气体吸收的热量 Q1由公式（2.2）Q1WM(H645
33、H128)WM17500Kg/h石油化工工艺计算图标查的如下柴油热焓H6452071.08KJ/kgH128557.392KJ/kg辽宁石油化工大学毕业设计（论文）用纸12Q1=17500（2071.08-557.392）26139540 KJ/h稀释蒸气温度 190，饱和状态加热到 645，3Kg/cm2饱和状态所吸收的热量 Q2由公式（2.3）Q2W汽（H645H190）W汽0.75 17500=13125 Kg/h查表 190，3.0 kg/cm2饱和水蒸气热焓：H190=2844.68 KJ/kg查表 645，3.0kg/cm2过热水蒸汽热焓：H645=3803.955 KJ/kg所以
34、Q2=W汽（3803.955-2844.68）=12590484.38 KJ/h锅炉给水由 150加热到 225所需的热量 Q3由公式（2.4）Q3W水（H225H150）W水15000Kg/h根据水的性质查表得 225，140Kg/cm2大气压和 150，140 Kg/cm2大气压时水的热焓值为：H225970.09KJ/kgH150640.782KJ/kgQ315000（970.09-640.782）4939620 KJ/h所以预热段（对流段）热负荷 QC由公式（2.5）QCQ1Q2Q3（2.5）QC 26139540+12590484.38+4939620=43669644.38 KJ/
35、h2.2.3 辐射室热负荷 QR的计算原料烃从辐射室入口温度 Tm上升到 Tn，并进行裂解反应，所以 QR等于原料烃和稀释蒸汽升温的热量和裂解反应热之和，则：辽宁石油化工大学毕业设计（论文）用纸13Q4WM(H849H645)（2.6）Q5WM（H裂）849(2.7)Q6W汽（H849H645）(2.8)QRQ4Q5Q6(2.9)石脑油由 645加热到 849所吸收的显热 Q4：由公式（2.6）Q4WM(H849H645)由石油化工工艺计算图表进行估读得H645=2020.872KJ/kgH849=2866.04KJ/kgQ4=17500（2866.04-2020.872）=14790440K
36、J/h石脑油在 849时的反应热 Q5由公式（2.7）Q5WM（H裂）849原料：轻柴油（AGO），相对密度 0.8125(20),C/H=6.17馏程：初馏点171（）10%20530%23850%27070%29690%327终馏点347由题目已经给出 C/H=6.17可以计算出氢含量：1/（1+6.17）100%=13.95%辽宁石油化工大学毕业设计（论文）用纸14馏分油裂解原料主要由饱和烷烃，芳香烃，环烷烃，组成其生成热：Hr（827）=2.32621400-150Wf(H2)=-1610.89KJ/kg根据氢守恒进行猜算:表 1-1各物质氢含量表产物H2CH4C2H2C2H4C2H6
37、C3H4摩尔含量10.313.60.4531.64.260.43氢含量%1257.714.32010产物C3H6C3H8C4H6C4H8C4H10C5+摩尔含量13.030.313.573.760.1218.57氢含量%14.318.211.114.317.25Y根据氢守恒计算表 1-113.95=11.83+0.1857YY=11.42根据上面的计算结果猜组成可能为以下情况表 1-2猜想产物及其组成产物C5H8C6H6C7H8C8H10C9H12摩尔含量14.21.41.210.77氢含量%11.767.698.79.4310由表 1-2 我们可以得出摩尔含量的表格并将其转换为质量百分比辽宁
38、石油化工大学毕业设计（论文）用纸15表 1-3 产物摩尔含量及质量含量产物H2CH4C2H2C2H4C2H6C3H4C3H6C3H8摩尔含量10.313.60.4531.64.260.4313.030.31质量含量0.575.990.3224.343.520.4715.060.38产物C4H6C4H8C4H10C5H8C6H6C7H8C8H10C9H12摩尔含量3.573.760.1214.21.41.210.77质量含量5.35.790.1936.5733.042.922.54Hp（827)=2.32622500.25-228.59Wp(H2)需要求得 WP表 1-4各产物质量含量及氢含量产
39、物H2CH4C2H2C2H4C2H6C3H4质量含量0.575.990.3224.343.520.47氢含量1257.714.32010产物C3H6C3H8C4H6C4H8C4H10C5+质量含量15.20.385.35.790.1938.07氢含量14.318.211.114.317.25X根据表 1-413.95=9.45+0.3807XX=11.8Hp（827)=-458.5KJ/kg辽宁石油化工大学毕业设计（论文）用纸16表 1-5 产物各组分的Hf（827）产物/数据Wi/w%Hf（827）WiHf（827）H20.5700CH45.99-5652.45-338.58C2H63.52
40、-3550.58-124.98C2H424.341346.12327.65C2H20.328541.4827.33C3H80.38-2951.84-11.22C3H615.06-17.88-2.69C3H40.474316.8020.29C4H100.19-2696.43-5.12C4H85.79-459.3-26.59C4H65.32721.55144.24C5+38.07-458.5-174.55总计100-164.14辽宁石油化工大学毕业设计（论文）用纸17表 1-6 各产物的焓变产物/数据相对分子质量WiCpiWiCpiTH220.5730.381.90CH4165.9976.066.
41、26C2H6303.52128.473.32C2H42824.3498.6418.86C2H2260.3269.690.19C3H8440.38183.510.35C3H64215.06150.5511.88C3H4400.47121.020.32C4H10580.19237.150.17C4H8565.79204.974.66C4H6545.3177.733.84C5H86826.57231.1419.87C6H6783219.171.85C7H8923.04276.731.35C8H101062.92326.511.98C9H121202.54373.931.74总计10078.54T=8
42、49-827=22H产物=78.54KJ/hH（849）=H裂（827）+H产物-H原料=1446.75+78.54-105.65辽宁石油化工大学毕业设计（论文）用纸18=1419.64KJ/hQ5=Wm（H裂（849）=175001419.64=24843700KJ/h解释水蒸汽由 645加热到 849，所需显热 Q6由公式（2.8）Q6=W汽（H（849）-H（645）W汽=0.7517500=13125kg/hH（645）=3803.955KJ/kgH（849）=4724.224KJ/kgQ6=13125（4724.224-3803.955）=12078530.63KJ/h2.燃料计算以
43、 100mol 燃料计算基准（mol%）H2CH4C2H6C3H859032由上表将 mol%换算为 m%计算过程如下：C%=（1290+243+362）/（52+9016+330+244）100%=75.18%H%=（52+490+36+28）/（52+9016+330+244）100%=24.82%辽宁石油化工大学毕业设计（论文）用纸19表 1-7 C,H 耗氧分子表组分组分重量组分公斤分子数理论用氧公斤分子燃烧产物CO2公斤分子H2OC75.186.276.276.27H24.8212.416.2112.41合计10012.486.2712.41设空气过剩系数为实际每 100kg 燃料所
44、需氧量为 12.48 kmol所需空气量为 12.48（1/0.21）=59.43 kmol空气带入 N259.430.79=46.95 kmol燃料的物化蒸汽带入的水分为 0表 1-8烟气中各物质量组分CO2O2N2H2O合计数据6.2712.48-12.4846.9512.416.2+59.43由表 1-8 列等式（12.48-12.48）/（6.2+59.43）100%=3%12.48-12.48=1.7829+0.18612.666=10.6971=1.18辽宁石油化工大学毕业设计（论文）用纸20表 1-9 烟气组成组分公斤分子数含量CO26.278.21%O22.24642.94%N
45、255.40172.58%H2O12.4116.27%合计76.3274每 100kg 燃料所需氧量为12.481.18=14.7264 kmol所需空气量 14.7264（1/0.21）=70.13kmol故实际空气用氧量 0.7013kmol/kg烟气生成量 0.7633kmol/kg烟气体积 0.763322.4=17.1m3/kg烟气平均分子量M=（6.2744+322.2464+2855.401+1812.41）/76.33=27.81烟气重度=27.81/22.4=1.24kg/m3裂解炉全炉热平衡H入=H出设 B 燃料用量H入=B（Q低然+H空+H燃+H雾）B（Q低燃+H空+H燃
46、+H雾）=QE+BHt2+Q损+Q化损燃料的低发热值辽宁石油化工大学毕业设计（论文）用纸21Q低燃=4.184（81CP+246HP-26(QP-SP)-6W）=4.184（8175.18+24624.82）=51025.1352KJ/kg空气带入的热焓值空气温度设为 25Cp=29.145KJ/（kmol）H空=N空Cpt=0.701329.14525=510.98KJ/kg燃料带入的热焓值温度同样设为 25Cp=1.842KJ/（kg）H燃=11.84225=46.06KJ/kg雾化蒸汽带进的热焓 H雾=0裂解炉的热损失Q损Q化损Q损取燃料发热量的 3%Q化损取燃料发热量的 1%Q损+Q化
47、损=0.0451025.1352B=2041.01B烟气带走的热焓Ht2由烟气的组成知道烟气中主要含有氧气，二氧化碳，氮气，水蒸气。在裂解炉内条件下，可以认为烟气是理想气体，故烟气的热焓等于其中各组分的热焓之和若热焓的零点为 0的气态辽宁石油化工大学毕业设计（论文）用纸22表 1-10 烟气出口温度 128各物质 Cpi组成Mikg/kmolCpiMiCpiCO20.062738.652.42O20.022529.730.669N20.55429.3116.238H2O0.124133.914.208由表 1-10 得出合计 23.575Ht2=12823.575=3012.48KJ/kg由上
48、面的 Q 值的计算可得如下Q1=26139540KJ/hQ2=12590484.38KJ/hQ3=4939620KJ/hQ4=14790440KJ/hQ5=24843700KJ/hQ6=12078530.63KJ/h则 QE=95382315.01KJ/h由守恒原理51025.1352B+510.98B+0+46.06B=QE+2041.01B+3012.48BB=2050kg/h2.3.1 裂解炉的热效率=95382315.01/（205051025.1352）100%=91.19%辽宁石油化工大学毕业设计（论文）用纸232.3.2 桥墙温度燃料带入的热焓及发热量51582.1752BQR=
49、14790440+24843700+12078530.63=51712670.63KJ/kg取辐射室损失为燃烧发热量的 2%，燃烧不完全取燃料发热量的 1%Q辐损+Q化损=0.03205051025.1352=3138045.81551582.1752B=3138045.815+BHtp+51712670.63Htp=24825.72815KJ/h运用试差法设 tp=950表 1-11950各物质 Cpi组成miCpimiCpiCO20.0627503.13O20.022533.050.74N20.55431.0517.20H2O0.124138.284.75由表 1-11 得出合计 25.8
50、2tp=24825.72815/25.82=961.49不相符故重新假设设 tp=960辽宁石油化工大学毕业设计（论文）用纸24表 1-12960各物质 Cpi组成miCpimiCpiCO20.062750.083.14O20.022533.140.75N20.55431.1317.25H2O0.124138.374.76由表 1-12 得出合计 25.9tp=24825.72815/25.9=958.52与假设温度相近则可取 tp=（960+958.52）/2=959.262.3.3 最高火焰温度Htmax=Q低燃+H燃+H空+H雾由上面数据带入取 0.96Htmax=48984.12979