การผสมส่วนผสมหน้าเตาของอุปกรณ์เติมไฮโดรเจน

ข้อดีของการผสมไฮโดรเจนที่หน้าเตาก็คือ สามารถควบคุมอุณหภูมิและความดันในการเกิดปฏิกิริยาได้ดี ข้อเสียก็คือต้องการวัสดุของอุปกรณ์ที่มีคุณภาพสูง

ช่วยอธิบายให้ละเอียดหน่อยได้ไหมว่าจะปรับให้ดีขึ้นได้อย่างไร?

เตาทำความร้อนสำหรับวัตถุดิบไฮโดรเจนเป็นอุปกรณ์สำคัญในโรงงาน โดยมีก๊าซไฮโดรเจนและส่วนผสมของน้ำมันกับก๊าซที่มีอุณหภูมิและความดันสูงไหลผ่านท่อเตา ดังนั้นเงื่อนไขการทำงานจึงค่อนข้างเข้มงวดมาก การผสมไฮโดรเจนในเตาปฏิกิริยาไฮโดรจีไนซิสแบ่งออกเป็นการผสมไฮโดรเจนก่อนเตา และการผสมไฮโดรเจนหลังเตา โดยวิธีการผสมไฮโดรเจนทั้งสองแบบนี้มีลักษณะเฉพาะของตนเอง ในเตาที่มีการไหลของของเหลวเพียงอย่างเดียว การเลือกความเร็วของกระแสน้ำนั้น จะพิจารณาจากสองปัจจัยหลัก ได้แก่ การลดความดันที่เกิดขึ้น และการป้องกันไม่ให้เกิดการตกตะกอนของสารต่างๆ อัตราการไหลสูง ทำให้เกิดสภาวะกระแสน้ำวุ่นได้ ซึ่งจะช่วยลดความแตกต่างของอุณหภูมิของชั้นน้ำมัน และป้องกันไม่ให้เกิดการร้อนเกินในบริเวณใดบริเ ； ในขณะเดียวกันยังช่วยล้างทำความสะอาดได้อีกด้วย ทำให้ชั้นที่เกิดการจับตัวแข็งหลุดออกไปได้เร็ว ซึ่งช่วยป้องกันไม่ให้เกิดการจับตัวแข็งได้เป็น แต่ความดันที่ลดลงนั้นจะเพิ่มขึ้นตามกำลังสองของอัตราการไหล อัตราการไหลที่สูงเกินไปไม่เพียงแต่จะเพิ่มการใช้พลังงานของปั๊มเท่านั้น แต่ยังอาจทำให้ความดันในอุปกรณ์และชิ้นส่วนต่างๆ ที่อยู่ด้านบนของเตาหลอมเพิ่มขึ้น ส่งผลให้ต้องลงทุนเพิ่มขึ้นด้วย ในทางกลับกัน หากลดความเร็วของกระแสลง โดยเฉพาะเมื่อความเร็วต่ำจนเกิดสภาวะกระแสไหลแบบชั้นๆ การเกิดการจับตัวของสารก็แทบจะหลีกเลี่ยงไม่ได้ นอกจากนี้ เมื่อมีทางไหลมากกว่าสองทาง อัตราการไหลที่ต่ำก็ยิ่งทำให้เกิดการเบี่ยงเบนของกระแสได้ง่าย เมื่อเกิดการไหลเบี่ยง ก็จะนำไปสู่การเกิดคราบตะกอน ซึ่งทำให้แรงต้านเพิ่มขึ้น และก่อให้เกิดวัฏจักรอันเลวร้ายของการไหลเบี่ยงมากขึ้นเรื่อยๆ ซึ่งอาจส่งผลให้ท่อเผาไหม้ได้ในเวลาอันรวดเร็ว สำหรับเตาอบที่มีการผสมไฮโดรเจนก่อนเข้าสู่เตา ในท่อเตาที่มีการไหลของสารในสถานะก๊าซและของเหลวนั้น นอกจากจะต้องเลือกความเร็วของกระแสไหลแล้ว ยังต้องคำนึงถึงรูปแบบการไหลด้วยเช่นกัน รูปแบบการไหลของของไหลสองฟาซ์นั้น โดยทั่วไปแล้วแบ่งออกเป็น การไหลแบบคลื่น การไหลแบบฟอง การไหลแบบฟองขนาดใหญ่ การไหลแบบมีจุดของเหลว การไหลแบบมีหมอก และการไหลแบบมีหมอกหนา รูปแบบการไหลนั้น นอกจากจะขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของสองเฟส คือ ก๊าซและของเหลว รวมถึงคุณสมบัติทางฟิสิกส์ของพวกมันแล้ว ยังขึ้นอยู่กับความเร็วของกระแสไหลเป็ เพื่อหลีกเลี่ยงการเกิดคราบตะกอน อัตราการไหล (อัตราการผสม) ควรมีค่าต่ำพอที่จะสามารถสร้างกระแสลมแบบวงกลมและกระแสลมแบบหมอกได้ เนื่องจากมีแนวโน้มที่น้ำมันภายในเตาหลอมจะเกิดการจับตัวเป็นคราบเมื่อมีการผสมไฮโดรเจนเข้าไป ดังนั้นในการออกแบบจึงควรให้มั่นใจว่าแม้จะมีปริมาณวัสดุที่ต้องประมวลผลถึง 70% ก็ยังสามารถรักษาสภาพการไหลแบบวงกลมไว้ได้ แน่นอนว่าในการปฏิบัติจริง หากปริมาณของวัสดุที่ต้องประมวลผลน้อยเกินไป ก็สามารถใช้วิธีเพิ่มอัตราส่วนของไฮโดรเจนต่อน้ำมัน เพื่อให้ได้อัตราการไหลที่สูงขึ้นได้เช่นกัน ปัญหาใหญ่ที่สุดในการผสมไฮโดรเจนหน้าเตาคือปัญหาการแบ่งส่วนของสถานะก๊าซและของเหลวภายในท่อเตา ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อมีปริมาณการประมวลผลสูง ยิ่งโหลดของเครื่องจักรสูงเท่าไร ปัญหานี้ก็ยิ่งรุนแรงขึ้นเท่านั้น ดังนั้น ในการออกแบบระบบผสมไฮโดรเจนก่อนนำไปใช้ในเตา จึงจำเป็นต้องคำนวณอย่างรอบคอบ เพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่ดีที่สุด โดยทั่วไปแล้ว เตาที่ใช้สำหรับการให้ความร้อนในกระบวนการเคมี มักจะใช้รูปแบบเตาที่มีท่อแนวนอนและมีการแผ่รังสีจากทั้งสองด้าน มีลักษณะเด่นดังนี้: ① มีความยืดหยุ่นในการทำงานสูง เนื่องจากท่อแนวนอนสามารถสร้างกระแสไหลแบบวงกลมหรือกระแสไหลแบบหมอกได้ง่ายกว่าท่อแนวตั้ง ดังนั้นเตาอบจึงสามารถปรับตัวให้เข้ากับสภาพการทำงานที่หลากหลายได้ง่ายขึ้น ； ②แรงดันที่เกิดขึ้นนั้นต่ำ เนื่องจากความเข้มของความร้อนที่เกิดจากการแผ่รังสีจากทั้งสองด้านของท่อในแนวนอนนั้น มีค่าเท่ากับ 1.5 เท่าของความเข้มของความร้อนที่เกิดจากการแผ่รังสีจากด้านเดียว ดังนั้น ความยาวของท่อในแนวนอนจึงมีค่าเพียง 0.66 เท่าของความยาวเมื่อมีการแผ่รังสีจากด้านเดียวเท่านั้น ดังนั้น เมื่ออัตราการไหลของของเหลวภายในท่อเท่ากัน แรงดันที่เกิดขึ้นก็จะมีค่าเพียง 66% ของแรงดันเมื่อมีการแผ่รังสีจากด้านเดียวเท่านั้น ； ③มีค่าใช้จ่ายในการลงทุนด้านอุปกรณ์น้อย โดยท่อไอน้ำสำหรับการให้ความร้อนกับวัตถุดิบในกระบวนการฮาโดรเจนเนชันนั้น ทำจากวัสดุ TP321 หรือ TP347 ซึ่งท่อไอน้ำเหล่านี้มีสัดส่วนของค่าใช้จ่ายในการลงทุนทั้งหมดมากกว่า 40% ดังนั้น หากท่อไอน้ำมีขนาดเล็กลง น้ำหนักก็จะลดลง และช่วยประหยัดค่าใช้จ่ายได้ ในการออกแบบกระบวนการผสมไฮโดรเจนหน้าเตา จำเป็นต้องแก้ไขปัญหาเรื่องการจัดการการไหลของวัสดุในเตาอบ รวมถึงการป้องกันไม่ให้ท่อเตาเกิดการสะสมของคราบตะกอนด้วย ข้อดีของการผสมไฮโดรเจนที่หน้าเตาคือ กระบวนการถ่ายเทความร้อนและการออกแบบเครื่องถ่ายเทความร้อนมีความเรียบง่าย มีค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนสูง และมีพื้นที่สำหรับการถ่ายเทความร้อนน้อย ดังนั้นในกรณีที่เกิดอุบัติเหตุ เตาหลอมก็จะไม่ง่ายต่อการหยุดทำงาน สิ่งสำคัญในการผสมไฮโดรเจนหลังเตาคือต้องมีปริมาณไฮโดรเจนที่เพียงพอในการหมุนเวียน (อัตราส่วนไฮโดรเจนต่อน้ำมัน) เพื่อนำพาความร้อน โดยไม่ทำให้อุณหภูมิที่ออกมาจากเตาสูงเกินไป โดยทั่วไป อัตราส่วนของน้ำมันที่ได้จากการแยกไฮโดรเจนจะมากกว่า 800 ดังนั้นปริมาณไฮโดรเจนที่ใช้ในการหมุนเวียนจึงเพียงพอต่อความต้องการ ข้อดีของการผสมไฮโดรเจนหลังเตาคือ: ① ไฮโดรเจนมีความบริสุทธิ์สูง จึงไม่เกิดการตกตะกอน ดังนั้นจึงสามารถ**เพิ่มอุณหภูมิผนังของท่อเตาได้อย่างมีประสิทธิภาพ ทำให้ขนาดของเตาลดลง และช่วยประหยัดวัสดุเหล็กได้ ； ②ก๊าซไฮโดรเจนมีการกระจายตัวที่สม่ำเสมอ สำหรับเตาหลอมที่มีการป้อนวัตถุดิบหลายทาง ตราบใดที่แรงต้านในแต่ละทางเท่ากัน ก็ไม่จำเป็นต้องใช้วาล์วควบคุม เพราะก๊าซจะถูกกระจายอย่างสม่ำเสมอโดยอัตโนมัติ ซึ่งช่วยลดต้นทุนการลงทุนได้ ； ③เตาอบสำหรับการให้ความร้อนนั้นออกแบบได้ง่าย ส่วนเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนบางชนิดก็สามารถเลือกใช้วัสดุที่มีคุณสมบัติดีน้อยลงได้ ซึ่งจะช่วยประห