مخلوط‌سازی مقدماتی کوره در تجهیزات هیدروژناسیون

مزیت هیدروژن‌رسانی در مقابل کوره این است که دما و فشار واکنش به خوبی قابل کنترل هستند. نقطه ضعف آن، الزامات بالا به مواد تشکیل‌دهنده دستگاه است.

می‌توانید به طور مشخص توضیح دهید چطور بهتر تنظیم کرد؟

کوره گرمایش ورودی هیدروژن، تجهیزات کلیدی در این تأسیسات است؛ محیط فرآیندی در لوله‌های این کوره، هیدروژن با دما و فشار بالا و همچنین مخلوط گاز و نفت است، بنابراین شرایط عملیاتی آن بسیار سختگیرانه است. ترکیب هیدروژن در کوره‌های واکنش هیدروژناسیون، به دو روش ترکیب هیدروژن قبل از کوره و ترکیب هیدروژن بعد از کوره تقسیم می‌شود؛ هر یک از این روش‌ها ویژگی‌های خاص خود را دارند. در کوره‌هایی با جریان صرفاً مایع، انتخاب سرعت جریان عمدتاً بر دو محور کاهش فشار افت و جلوگیری از تشکیل کک متمرکز است. سرعت جریان بالا است و می‌تواند به حالت توربولانس درآید، که باعث کاهش تفاوت دمای لایه روغنی شده و از گرمایش بیش از حد در نواحی خاص جلوگیری می‌کند ； همزمان می‌تواند نقش شستشو را ایفا کند و باعث شود لایه‌های جوشیده سریع‌تر جدا شوند، که برای جلوگیری از جوشیدگی مفید است. اما کاهش فشار متناسب با مجذور سرعت جریان است؛ سرعت جریان بیش از حد نه تنها مصرف انرژی پمپ را افزایش می‌دهد، بلکه ممکن است فشار تجهیزات و لوازم موجود در بالادست کوره گرمایشی را نیز بالا ببرد و در نتیجه هزینه‌های سرمایه‌ای را افزایش دهد. در مقابل، کاهش سرعت جریان، به‌ویژه زمانی که سرعت به حدی پایین می‌رسد که وضعیت جریان لایه‌ای ایجاد شود، باعث می‌شود تا تشکیل کک تقریباً اجتناب‌ناپذیر گردد. علاوه بر این، هنگامی که تعداد مسیرهای جریان دو یا بیشتر باشد، سرعت جریان پایین نیز به راحتی باعث ایجاد جریان منحرف می‌شود. به محض بروز جریان نامتعادل، چربی‌زدگی رخ می‌دهد – مقاومت افزایش می‌یابد – و چرخه مخرب جریان نامتعادل بیشتر می‌تواند به سرعت منجر به سوختن لوله کوره شود. در کوره‌های گرمایشی با هم‌آمیزی هیدروژن در مقابل کوره، هنگام انتخاب سرعت جریان در لوله‌های کوره که دارای جریان دوفازی گازی-مایعی هستند، باید به الگوی جریان نیز توجه کرد. الگوهای جریان دوفازی معمولاً به جریان موجدار، جریان کف‌دار، جریان حباب‌های بلند، جریان تنگ‌شدگی مایع، جریان مه‌دار حلقوی و جریان مه‌ای تقسیم می‌شوند. الگوی جریان علاوه بر مؤلفه‌های فازهای گازی و مایعی و خواص فیزیکی آن‌ها، عمدتاً به سرعت جریان بستگی دارد. برای جلوگیری از تشکیل کک، سرعت جریان (سرعت مخلوط) باید حداقل به اندازه‌ای باشد که بتوان جریان حلقوی مه‌آلود و جریان مه‌ای را به دست آورد. با توجه به اینکه تمایل به جامد شدن روغن در کوره‌های گرمایشی با همزدن هیدروژن در مقابل کوره بسیار زیاد است، لذا در طراحی باید اطمینان حاصل شود که حتی در حالت پردازش ۷۰٪، جریان حلقوی مه‌ای برقرار باشد. البته در عمل، اگر حجم پردازش کمتر باشد، می‌توان اقداماتی مانند افزایش نسبت هیدروژن به روغن را به کار برد تا سرعت جریان بالا حفظ شود. بزرگترین چالش در هم‌آمیزی هیدروژن در مقابل کوره، مشکل توزیع جریان دوفازی گاز و مایع در لوله‌های کوره در دستگاه‌هایی با ظرفیت بالا است؛ هرچه بار دستگاه بیشتر باشد، این مشکل نیز بیشتر مشهود می‌شود. بنابراین، هنگام طراحی فرآیند مخلوط‌سازی هیدروژن در مقابل کوره، باید محاسبات دقیقی انجام شود تا بهترین نتیجه حاصل گردد. معمولاً در کوره‌های گرمایش واکنشی، از نوع کوره‌های تابشی دوطرفه با لوله‌های افقی استفاده می‌شود. ویژگی‌های زیر را دارد: ① انعطاف‌پذیری عملیاتی بالا؛ زیرا لوله‌های افقی نسبت به لوله‌های عمودی، به راحتی می‌توانند در حالت جریان حلقوی یا مه‌ای قرار بگیرند، بنابراین کوره‌های گرمایشی می‌توانند به راحتی با شرایط عملیاتی مختلف سازگار شوند ； ②کاهش فشار کم است؛ زیرا شدت حرارتی متوسط تابش از هر دو سمت لوله‌های افقی، ۱.۵ برابر شدت حرارتی متوسط تابش از یک سمت است. در نتیجه، طول افقی لوله‌ها تنها ۰.۶۶ برابر طول لوله‌هایی است که تابش فقط از یک سمت صورت می‌گیرد. بنابراین، حتی در صورت یکسان بودن سرعت جریان در داخل لوله، کاهش فشار تنها ۶۶٪ از مورد تابش یک‌سمته خواهد بود ； ③سرمایه‌گذاری برای تجهیزات کم است؛ لوله‌های مورد استفاده در بخاری‌های گرمایش مواد ورودی به واکنش هیدروژناسیون، از جنس TP321 یا TP347 ساخته شده‌اند. سهم لوله‌ها از کل هزینه‌های ساخت بخاری، بیش از ۴۰ درصد است؛ بنابراین با کوتاه‌تر شدن لوله‌ها، وزن آن‌ها کاهش یافته و هزینه‌ها نیز صرفه‌جویی می‌شود. در طراحی فرآیند مخلوط‌سازی هیدروژن در مقابل کوره، باید به طراحی توزیع جریان مواد در کوره و جلوگیری از تشکیل زغال در لوله‌های کوره پرداخت. مزایای هم‌آمیزی هیدروژن در مقابل کوره، سادگی فرآیند انتقال حرارت و طراحی انتقال‌کننده‌های حرارتی، ضریب انتقال حرارت بالا، وسعت کم منطقه انتقال حرارت، و در شرایط حوادث، عدم احتمال قطع جریان در کوره گرمایشی است. نکته کلیدی در هم‌آمیزی هیدروژن پشت کوره، داشتن میزان کافی گردش هیدروژن (نسبت هیدروژن به روغن) برای انتقال گرما است، بدون آنکه باعث افزایش بیش از حد دمای خروجی کوره شود. معمولاً نسبت هیدروژن به روغن در فرآیند هیدروژن‌زدایی بیشتر از ۸۰۰ است، بنابراین مقدار هیدروژن مورد نیاز برآورده می‌شود. مزایای ترکیب هیدروژن در پشت کوره عبارتند از: ۱. هیدروژن خالص‌تر است و باعث تشکیل کک نمی‌شود؛ بنابراین می‌توان دمای دیواره لوله‌های کوره را به طور قابل توجهی افزایش داد، که منجر به کوچک‌تر شدن حجم کوره و صرفه‌جویی در مصرف فولاد می‌گردد ； ②هیدروژن به طور یکنواخت توزیع می‌شود؛ در کوره‌هایی با ورودی چندگانه، تا زمانی که مقاومت هر مسیر یکسان باشد، نیازی به استفاده از شیرهای تنظیمی نیست و توزیع خودکار و یکنواختی صورت می‌گیرد که منجر به صرفه‌جویی در هزینه‌ها می‌شود ； ③کوره‌های گرمایشی طراحی آسانی دارند؛ در برخی از انتقال‌دهندگان حرارت، می‌توان بسته به شرایط، از مواد با کیفیت کمتری استفاده کرد تا هزینه‌ها کاهش یابد.