Mistura em frente ao forno do dispositivo de hidrogenação

A vantagem da mistura de hidrogênio em frente ao forno é que a temperatura e a pressão da reação podem ser facilmente controladas. A desvantagem é que há exigências elevadas em relação ao material do equipamento.

Pode explicar mais detalhadamente como fazer isso da melhor maneira?

O forno de aquecimento do feed de hidrogenação é um equipamento essencial no sistema. Nos tubos do forno, o meio utilizado no processo é uma mistura de hidrogênio e óleo/gás, sob condições de alta temperatura e pressão; portanto, as condições de operação são extremamente severas. A mistura de hidrogênio no forno de reação de hidrocraqueamento pode ser feita antes ou depois do forno; cada um desses métodos de mistura possui suas próprias características. Em fornos com fluxo puramente líquido, a escolha da velocidade do fluxo leva em consideração, principalmente, a redução da queda de pressão e a prevenção da formação de coque. A alta velocidade do fluxo pode levar à formação de um estado de turbulência, reduzindo assim a diferença de temperatura na camada de óleo e evitando o superaquecimento local ； Ao mesmo tempo, pode exercer uma ação de lavagem, fazendo com que a camada de carbonização se solte mais rapidamente, o que é benéfico para evitar sua formação. Mas a queda de pressão é diretamente proporcional ao quadrado da velocidade do fluxo. Uma velocidade excessiva não só aumenta o consumo energético da bomba, como também pode elevar o nível de pressão nos equipamentos e acessórios localizados a montante do forno de aquecimento, o que acaba aumentando o investimento inicial. Por outro lado, ao reduzir a velocidade do fluxo, especialmente quando ela fica baixa o suficiente para que se forme um estado de escoamento laminar, a formação de coque torna-se quase inevitável. Além disso, quando há dois ou mais canais de fluxo, baixas velocidades de fluxo também podem facilmente causar desvios no fluxo. Assim que ocorre um desvio, acontece a formação de carbonização – o que aumenta a resistência – e um ciclo vicioso de maior desvio pode rapidamente levar à queima do tubo do forno. Para fornos de aquecimento com mistura de hidrogênio em frente à chama, ao escolher a velocidade do fluxo dentro dos tubos do forno, onde ocorre o fluxo bifásico gasoso-líquido, deve-se levar em consideração também o tipo de fluxo. Os padrões de fluxo em fluxos bifásicos são geralmente divididos em fluxo ondulado, fluxo de espuma, fluxo de bolhas longas, fluxo com estruturas líquidas, fluxo em forma de anel e fluxo em forma de névoa. O tipo de fluxo depende, não apenas das componentes das fases gasosa e líquida e de suas propriedades físicas, mas principalmente da velocidade do fluxo. Para evitar a formação de coque, a velocidade do fluxo (velocidade de mistura) deve ser suficientemente alta para garantir a formação de um fluxo em forma de anel e de um fluxo em forma de névoa. Considerando que, nos fornos de aquecimento com mistura de hidrogênio perto do fogão, há uma grande tendência à formação de coque no óleo, o projeto deve garantir que, mesmo com 70% da capacidade de processamento, ainda seja possível obter um fluxo em espiral. É claro que, na prática, se a taxa de processamento for ainda menor, podem ser adotadas medidas como aumentar a proporção entre hidrogênio e óleo, a fim de garantir uma alta velocidade de fluxo. O maior desafio no processo de mistura de hidrogênio em frente ao forno é a distribuição do fluxo em fase gasosa e líquida dentro dos tubos do forno, quando se trata de grandes volumes de material a ser processado. Quanto maior a carga do equipamento, mais grave se torna esse problema. Portanto, ao projetar a mistura de hidrogênio antes da queima, é necessário realizar cálculos detalhados para obter resultados otimizados. Geralmente, os fornos de aquecimento por reação utilizam o tipo de forno de radiação bilateral com tubos horizontais. Possui as seguintes características: ① Grande flexibilidade operacional, pois os tubos horizontais permitem com mais facilidade a formação de fluxos em formato circular ou em forma de névoa, tornando assim o forno de aquecimento mais capaz de se adaptar a diversas condições operacionais ； ②A queda de pressão é pequena, pois a intensidade térmica média da radiação em ambos os lados do tubo horizontal é 1,5 vezes maior do que a intensidade térmica média da radiação em apenas um dos lados. Além disso, o comprimento horizontal do tubo é apenas 0,66 vezes maior do que no caso de radiação em um único lado. Assim, quando a velocidade do fluxo dentro do tubo é a mesma, a queda de pressão é de apenas 66% daquela observada no caso de radiação em um único lado ； ③Há menor investimento em equipamentos. Os tubos do forno de aquecimento do material a ser hidrogenado são feitos de materiais como TP321 ou TP347. Os tubos representam mais de 40% do custo total do forno. Portanto, ao reduzir o comprimento dos tubos, seu peso diminui, o que resulta em economia de investimentos. No projeto do processo de mistura de hidrogênio em frente ao forno, é necessário resolver a questão da distribuição do fluxo de material no forno de aquecimento e evitar a formação de carbonização nos tubos do forno. A vantagem da mistura de hidrogênio em frente ao forno é que o processo de troca de calor e o design do trocador de calor são simples, o coeficiente de transferência de calor é alto, a área de troca de calor é pequena, e, em caso de acidente, não é fácil que haja interrupção no fornecimento de calor. O ponto chave para a mistura de hidrogênio após o forno é ter uma quantidade suficiente de hidrogênio em circulação (relação hidrogênio/óleo) para transportar o calor, sem fazer com que a temperatura na saída do forno suba demais. Geralmente, a relação entre o hidrogênio utilizado na hidrocraqueação e o óleo é maior que 800; portanto, a quantidade de hidrogênio em ciclo é suficiente para atender às necessidades. As vantagens da mistura de hidrogênio após o forno são: ① O hidrogênio fica mais puro, sem formação de carbonização. Isso permite **aumentar significativamente a temperatura das paredes dos tubos do forno, o que reduz o tamanho do forno e economiza aço ； ②O hidrogênio é distribuído de maneira mais uniforme. Em fornos com alimentação em vários canais, desde que a resistência em cada canal seja igual, não é necessário usar válvulas de regulação para que haja uma distribuição uniforme, o que economiza investimentos ； ③Os fornos de aquecimento são fáceis de projetar; em alguns trocadores de calor, é possível usar materiais menos caros, o que permite economizar investimentos.