Vor dem Ofen der Wasserstoffierungsanlage – Mischung

Der Vorteil der Hydrierung vor dem Ofen besteht darin, dass die Reaktionstemperatur und der Reaktionsdruck gut gesteuert werden können. Der Nachteil ist, dass hohe Anforderungen an das Material der Geräte gestellt werden.

Können Sie genauer erklären, wie man es gut einstellen kann?

Der Heizofen für das Wasserstoffzufuhrmaterial ist eine entscheidende Anlagekomponente. In den Rohren dieses Ofens befindet sich ein Prozessmedium in Form von hochtemperiertem, hochdruckigem Wasserstoff sowie einer Mischung aus Öl und Gas. Die Betriebsbedingungen sind daher äußerst anspruchsvoll. Die Mischung von Wasserstoff im Heizofen der Hydrokrackungsreaktion erfolgt entweder vor dem Ofen oder nach dem Ofen. Beide Methoden der Wasserstoffschaltung haben ihre eigenen Eigenschaften. In Öfen mit reinem Flüssigkeitsstrom wird bei der Auswahl der Strömungsgeschwindigkeit hauptsächlich darauf geachtet, den Druckabfall zu verringern und Koksbildung zu vermeiden. Hohe Strömungsgeschwindigkeit kann zu einem turbulenten Zustand führen, wodurch die Temperaturdifferenz der Ölschicht verringert wird und ein lokales Überhitzen vermieden wird ； Gleichzeitig kann es eine reinigende Wirkung entfalten, wodurch die Verkohlungsschicht schneller abfällt, was der Vermeidung von Verkohlung zugutekommt. Doch der Druckabfall ist proportional zum Quadrat der Strömungsgeschwindigkeit. Eine zu hohe Strömungsgeschwindigkeit erhöht nicht nur den Stromverbrauch der Pumpe, sondern kann auch dazu führen, dass die Druckbedingungen in den Geräten und Komponenten oberhalb des Heizofens ansteigen – was wiederum die Anfangsinvestitionen erhöht. Umgekehrt führt eine Verringerung der Strömungsgeschwindigkeit – insbesondere wenn diese so niedrig ist, dass ein laminarer Strömungszustand entsteht – dazu, dass das Verkohlen fast unvermeidlich wird. Außerdem kann bei mehr als zwei Strömungswegen bereits bei niedriger Strömungsgeschwindigkeit leicht eine Abweichung der Strömung entstehen. Sobald es zu einer Abweichung des Strömungsverlaufs kommt, tritt Verkohlung auf – der Widerstand steigt – und ein Teufelskreis aus weiteren Abweichungen kann schnell dazu führen, dass die Oferröhre durchbrennt. Bei Heizöfen mit Vormischung von Wasserstoff vor dem Ofen muss bei der Auswahl der Strömungsgeschwindigkeit im Rohr mit gasförmig-flüssigem Doppelfluss auch auf die Strömungsform Rücksicht genommen werden. Die Strömungsformen von Zwei-Phasen-Strömen werden im Allgemeinen in wellenförmige Strömung, Schaumströmung, langsame Schaumströmung, Flüssigkeitsdrosselung, ringförmige Nebelströmung und nebelartige Strömung eingeteilt. Die Strömungsform hängt nicht nur von den Komponenten der gasförmigen und flüssigen Phase sowie deren physikalischen Eigenschaften ab, sondern vor allem von der Strömungsgeschwindigkeit. Um Verkohlung zu vermeiden, muss die Strömungsgeschwindigkeit (Mischströmungsgeschwindigkeit) mindestens so hoch sein, dass ein ringförmiger Nebelstrom sowie ein nebliger Strom entstehen können. Angesichts der hohen Neigung von Ölen in Heizöfen mit Vorheizung durch Wasserstoff zur Koksbildung muss bei der Konstruktion gewährleistet werden, dass auch bei einer Verarbeitungsleistung von 70 % ein Zirkulationsstrom erreicht wird. Natürlich kann man in der Praxis, wenn die Verarbeitungsmenge noch geringer ist, Maßnahmen wie eine Erhöhung des Wasserstoff-Öl-Verhältnisses ergreifen, um einen hohen Durchfluss zu gewährleisten. Das größte Problem bei der Hydrierung vor dem Ofen ist die Verteilung des Mediums in Form von Gas- und Flüssigphase innerhalb der Rohre des Apparats bei hohen Durchflussmengen. Je höher die Belastung des Apparats, desto ausgeprägter wird dieses Problem. Daher muss bei der Planung der Vorheizung mit Wasserstoff sorgfältig berechnet werden, um optimale Ergebnisse zu erzielen. In der Regel werden für Reaktionsheizöfen Heizkörper vom Typ horizontaler Rohre mit doppelter Strahlung verwendet. Es weist die folgenden Eigenschaften auf: ① Hohe Betriebsflexibilität – da bei horizontalen Rohren leichter ein ringförmiger oder nebliger Strömungszustand erreicht werden kann, können Heizöfen besser an verschiedene Betriebsbedingungen angepasst werden ； ②Der Druckabfall ist gering, da die durchschnittliche Wärmestärke bei der beidseitigen Strahlung in den horizontalen Rohren 1,5-mal so hoch ist wie bei der einseitigen Strahlung. Zudem beträgt die horizontale Länge der Rohre nur 0,66-mal so viel wie bei der einseitigen Strahlung. Somit beträgt der Druckabfall bei gleicher Fließgeschwindigkeit im Rohr nur 66 % des Wertes bei der einseitigen Strahlung ； ③Die Anlagekosten sind gering. Die Rohre der Erhitzungsanlagen für die Hydrierungsreaktionen bestehen aus dem Material TP321 oder TP347. Die Rohre machen mehr als 40 Prozent der gesamten Anlagekosten aus. Dadurch werden die Rohre leichter, was wiederum zu Kosteneinsparungen führt. Bei der Konzeption des Prozesses zur Mischung von Wasserstoff vor dem Ofen muss die Verteilung der Ströme im Heizofen berücksichtigt werden, um ein Verkohlen der Ofenrohre zu vermeiden. Der Vorteil der Hydrung vor dem Ofen besteht darin, dass der Wärmetauschprozess sowie die Konstruktion des Wärmetauschers einfach sind, der Wärmeübergangskoeffizient hoch ist und die Wärmetauschoberfläche klein ist. Im Falle eines Unfalls kann der Heizofen daher nicht so leicht vom Betrieb ausgeschlossen werden. Der Schlüssel zur Mischung von Wasserstoff hinter dem Ofen besteht darin, eine ausreichende Menge an Wasserstoff zu haben, um die Wärme zu transportieren – ohne dass dadurch die Temperatur am Ausgang des Wasserstofferhitzers zu hoch wird. In der Regel liegt das Verhältnis von Wasserstoff zu Öl bei der Hydrokracking-Verarbeitung bei über 800, wodurch die Menge an zirkulierendem Wasserstoff ausreicht. Die Vorteile der Hydrung hinter dem Ofen sind: ① Das Wasserstoffgas ist reiner und bildet keine Koksablagerungen. Dadurch kann die Wandtemperatur der Heizrohre erheblich erhöht werden. Dadurch wird das Volumen des Heizofens verringert, was wiederum zu einer Ersparnis an Stahl führt ； ②Wasserstoff ist relativ gleichmäßig verteilt. In Heizöfen mit mehreren Zuführungsleitungen wird die Verteilung automatisch gleichmäßig, solange der Widerstand in allen Leitungen gleich ist – es sind daher keine Regelventile erforderlich, was wiederum Investitionen spart ； ③Öfen sind einfach zu konstruieren; bei einigen Wärmeaustauschern kann je nach Situation das verwendete Material reduziert werden, wodurch Investitionen eingespart werden.