水素化装置炉前混合

炉前での水素混合の利点は、反応温度と反応圧力を容易に制御できることです。欠点は、装置の材質に高い要求があることです。

具体的にどう調整すればいいか教えてもらえますか？

水素供給加熱炉はプラント内の重要な設備であり、その炉管内のプロセス媒体は高温・高圧の水素と石油ガスの混合物で、運転条件は非常に厳しいものです。水素化分解反応用加熱炉の水素混合には、炉前での水素混合と炉後での水素混合があり、これら2つの方法にはそれぞれ特徴がある。 単純な液相流の炉内において、流速の選定は主に圧力損失の低減とコークの発生防止という2つの観点から考慮される。流速が高くなると乱流状態になり、オイルフィルムの温度差が低下し、局所的な過熱を防ぐことができる；同時に洗浄作用も果たし、チャー層を早く剥がすことで、コーキングの発生を防ぐのに役立つ。しかし、圧力降下は流速の二乗に比例し、過度に高い流速はポンプの電力消費を増加させるだけでなく、加熱炉の上流にある機器や部品の耐圧レベルを上げて初期投資を増大させる可能性があります。逆に、流速を下げると、特に層流状態になるほど流速が低くなると、コークスの生成はほぼ避けられない。また、2つ以上の流路がある場合、低流速では偏流が容易に発生します。偏流が発生すると、コークス化が起こり——抵抗が増加し——さらに偏流が進むという悪循環が、すぐに炉管の焼き切れを引き起こす可能性がある。炉前で水素を混合する加熱炉においては、気液二相流の炉管内で流速を選定する際には、流動形態も考慮しなければならない。二相流の流動形態は、一般的に波状流、泡状流、長泡流、液節流、環霧流、および霧状流に分類される。流れの形態は、気液両相の成分やその物理的性質に依存するだけでなく、主に流速に依存する。コークの発生を防ぐため、流速（混合流速）は、環状ミスト流およびミスト状流が得られる最低レベルでなければならない。炉内での水素混合により加熱炉内の油品の焦燥化傾向が非常に大きくなることを考慮し、設計時には処理量が70％の場合でも環状霧流が得られるようにしなければならない。もちろん、実際の運用においては、処理量がさらに少ない場合は、水素と油の比率を上げるなどの措置を講じて、高い流速を確保することもできる。 炉前での水素混合における最大の課題は、大量処理が可能な装置の炉管内において気液二相流の分布が生じる問題であり、装置の負荷が大きくなるほどこの問題は顕著になる。したがって、炉前での水素混合を設計する際には十分に検討し、最適な結果を得る必要があり、一般的な反応加熱炉では水平管式の両面放射炉が採用されている。以下のような特徴がある：①操作の柔軟性が高く、水平管の方が垂直管よりも環状流や霧状流の流れを得やすいため、加熱炉はさまざまな運転条件に容易に適応できる；②圧力損失は小さく、水平管における両面放射の平均熱強度は単面放射の平均熱強度の1.5倍であるため、その炉管の水平長さは単面放射の場合の0.66倍となり、管内の流速が同じであっても、圧力損失は単面放射の場合の66％に過ぎない；③設備投資が少なく、水素化反応用の給料加熱炉の炉管はすべてTP321またはTP347材質を使用しており、炉管は全体の設備投資の40％以上を占める。そのため、炉管を短くすることで重量が軽減され、投資が節約される。炉前混素プロセスの設計においては、加熱炉内の物質流動の配分設計と、炉管の焦付きを防ぐことが必ず解決されなければならない。炉前混入水素の利点は、熱交換プロセスおよび熱交換器の設計が簡単で、伝熱係数が高く、熱交換面積が小さいこと、そして事故時に加熱炉の流量が途絶えにくいことです。 炉後での水素混合の鍵は、十分な水素循環量（水素・油比）を確保して熱を運び、水素加熱炉の出口温度が過度に上昇しないようにすることです。一般的に、水素化分解における水素油比は800以上であるため、循環水素量は要求を満たすことができる。炉後混入水素の利点は、①水素が比較的純粋でコークス化しないため、加熱炉管の壁温を大幅に上昇させることができ、その結果加熱炉の体積が縮小し、鋼材の節約につながることです；②水素は比較的均一であり、複数のルートから原料が供給される加熱炉では、各ルートの抵抗が等しい限り、調整弁を使わなくても自動的に均一に分配されるため、投資を節約できる；③加熱炉は設計が容易で、一部の熱交換器では状況に応じて材質を低減し、投資を節約できる。