الخلط أمام فرن جهاز الهيدروجينة

ميزة خلط الهيدروجين أمام المفاعل هي إمكانية التحكم بشكل جيد في درجة حرارة التفاعل وضغطه. العيب هو أنه يتطلب مواد عالية الجودة للأجهزة.

هل يمكنك شرح كيفية التعديل بالتفصيل؟

فرن تسخين مدخلات الهيدروجين هو جهاز أساسي داخل المنشأة، حيث يتكون الوسط العامل داخل أنابيب الفرن من هيدروجين وخليط من النفط والغاز على درجات حرارة وضغوط عالية، مما يجعل ظروف التشغيل صعبة للغاية. ينقسم خلط الهيدروجين في فرن تفكك الهيدروجين إلى خلط الهيدروجين قبل الفرن وخلط الهيدروجين بعد الفرن، ولكل طريقة من طرق الخلط خصائصها الخاصة. في الأفران ذات التدفق السائل البحت، يتم اختيار سرعة التدفق بشكل أساسي بهدف تقليل الضغط وتجنب تكون الكتل الصلبة. معدل التدفق مرتفع، مما يمكّن الوصول إلى حالة تيار مضطرب، ويقلل من فرق درجات الحرارة في طبقة الزيت، ويمنع الاحتراق المحلي ； كما يمكنه أن يؤدي وظيفة الغسل، مما يسرع تساقط طبقة الاحتراق، وهو أمر مفيد لتجنب التكتل. لكن الانخفاض في الضغط يتناسب طرديًا مع مربع سرعة التدفق؛ فالسرعة المرتفعة جدًا لا تزيد من استهلاك الطاقة لدى الضخ فحسب، بل قد تؤدي أيضًا إلى ارتفاع مستوى الضغط في المعدات والمكونات الواقعة أعلى فرن التسخين، مما يزيد من التكاليف الأولية. على العكس، فإن خفض سرعة التدفق، وخاصة عندما تصبح منخفضة لدرجة أن يحدث حالة تدفق طبقي، يجعل تكوّن الرواسب أمرًا لا مفر منه تقريبًا. بالإضافة إلى ذلك، عندما يكون هناك مساران أو أكثر، فإن السرعة المنخفضة تؤدي بسهولة إلى حدوث انحراف في مسار التدفق. متى ظهر تيار جانبي، فإن ذلك يؤدي إلى التكلس – وزيادة المقاومة – مما يخلق دورة مفرغة من التيارات الجانبية التي قد تؤدي بسرعة إلى احتراق أنابيب الفرن. بالنسبة لأفران التسخين بالهيدروجين أمام الموقد، في أنابيب الفرن ذات التدفق الثنائي الحالة (غازي-سائل)، يجب مراعاة نمط التدفق أثناء اختيار سرعة التدفق. ينقسم أنماط تدفق الوسطين عمومًا إلى تدفق متموج، وتدفق رغوي، وتدفق فقاعات طويلة، وتدفق سائل مضغوط، وتدفق ضبابي دائري، وتدفق ضبابي. يعتمد نمط التدفق، بالإضافة إلى مكونات الطورين الغازي والسائل وخصائصهما الفيزيائية، بشكل أساسي على سرعة التدفق. لتجنب التكتل، يجب ألا تقل سرعة التدفق (سرعة الخليط) عن الحد الأدنى الذي يضمن تكوّن تيار دائري من الضباب وتيار ضبابي. نظراً للميل الكبير لتكوّن القطع في المواد النفطية داخل فرن التسخين الذي يتم فيه خلط الهيدروجين أمام الفرن، فيجب أن يضمن التصميم تحقيق تدفق دائري مشبع حتى عند معالجة 70% من الكمية. بالطبع، في التطبيق العملي، إذا كان معدل المعالجة منخفضًا أكثر، يمكن اتخاذ تدابير مثل زيادة نسبة الهيدروجين إلى الزيت لضمان سرعة تدفق عالية. أكبر مشكلة في خلط الهيدروجين أمام المفاعل هي مشكلة توزيع التدفق الغازي والسائل داخل أنابيب المفاعل ذات السعة الكبيرة، وكلما زاد حمل المفاعل، ازدادت حدة هذه المشكلة. لذلك، يجب أخذ الاعتبارات الكاملة عند تصميم عملية خلط الهيدروجين أمام المفاعل، من أجل الحصول على نتائج مثالية. وعادةً ما تستخدم أفران التسخين للتفاعلات نوع الفرن ذو الأنابيب الأفقية والإشعاع من الجانبين. لها الخصائص التالية: ① مرونة عالية في العمل، حيث أن الأنابيب الأفقية تسمح بتكوين تيارات دائرية أو ضبابية بشكل أسهل من الأنابيب العمودية، ولذلك فإن فرن التسخين يمكنه التكيف بسهولة مع ظروف التشغيل المختلفة ； ②انخفاض الضغط صغير، وذلك لأن الشدة الحرارية المتوسطة للإشعاع على كلا الجانبين في الأنابيب الأفقية تساوي 1.5 ضعف الشدة الحرارية المتوسطة للإشعاع على جانب واحد، كما أن الطول الأفقي لأنابيب الفرن يساوي 0.66 ضعف الطول في حالة الإشعاع من جانب واحد فقط؛ وبالتالي، عندما تكون سرعة التدفق داخل الأنابيب متساوية، فإن انخفاض الضغط يكون 66% فقط من قيمته في حالة الإشعاع من جانب واحد ； ③انخفاض تكلفة الاستثمار في المعدات، حيث يتم استخدام مواد TP321 أو TP347 في أنابيب التسخين الخاصة بعملية التحويل الهيدروجيني، وتشكل أنابيب التسخين أكثر من 40% من إجمالي تكلفة المفاعل. لذلك، فإن تقليل طول الأنابيب يؤدي إلى تخفيف الوزن وبالتالي توفير التكاليف. يجب أن يتضمن تصميم عملية خلط الهيدروجين أمام المفرن حلولًا لتصميم توزيع التدفق داخل المفرن، بالإضافة إلى تجنب تكوّن الكربون على جدران أنابيب المفرن. من مزايا خلط الهيدروجين أمام المفرغ أن عملية تبادل الحرارة وتصميم المبادل الحراري بسيطان، كما أن معامل نقل الحرارة مرتفع ومساحة التبادل الحراري صغيرة، وفي حالات الحوادث، لا يكون من السهل توقف تدفق الحرارة في المفرغ. المفتاح في خلط الهيدروجين خلف المفاعل هو وجود كمية كافية من تدفق الهيدروجين (نسبة الهيدروجين إلى الزيت) لنقل الحرارة، دون أن يؤدي ذلك إلى ارتفاع درجة حرارة مخرجات المفاعل بشكل مفرط. عادةً ما يكون معامل نسبة زيت الهيدروكراكينغ إلى الهيدروجين أكبر من 800، ولذلك فإن كمية الهيدروجين المستخدمة في الدورة تكون كافية لتلبية المتطلبات. من مزايا خلط الهيدروجين خلف الفرن: ① نقاء الهيدروجين العالي، مما يمنع تكوّن الجُمر، وبالتالي يمكن **رفع درجة حرارة جدران أنابيب الفرن بشكل فعّال، مما يؤدي إلى تقليل حجم الفرن وبالتالي توفير المعادن ； ②الهيدروجين موزع بشكل متساوٍ، وفي أفران التسخين ذات المداخل المتعددة، طالما كانت مقاومة كل مدخل متساوية، فلا حاجة إلى صمامات تنظيم لتحقيق توزيع متساوٍ تلقائيًا، مما يوفر التكاليف ； ③يسهل تصميم أفران التسخين، ويمكن في بعض مبادلات الحرارة تقليل نوع المواد المستخدمة حسب الظروف، مما يوفر التكاليف.