【摘 要】
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我国是石油进口大国,近年来进口原油的品质趋向重质化和劣质化,在加氢精制和加氢裂化等油品深度加工过程中生成大量易结晶气体组分,造成加氢反应流出物系统产生铵盐结晶沉积腐蚀,严重危害冷换设备及管道的运行安全。尽管石化企业大多采用注水的方式降低腐蚀风险,但由于缺乏注水对铵盐结晶风险的影响规律研究,且未充分考虑喷雾雾化和易结晶组分吸收效率之间的关联关系,导致实际注水防护效果不佳,因铵盐结晶腐蚀导致的失效事故
【基金项目】
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国家自然科学基金联合基金重点项目(U1909216); 国家自然科学基金面上项目(51876194,52176048);
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我国是石油进口大国,近年来进口原油的品质趋向重质化和劣质化,在加氢精制和加氢裂化等油品深度加工过程中生成大量易结晶气体组分,造成加氢反应流出物系统产生铵盐结晶沉积腐蚀,严重危害冷换设备及管道的运行安全。尽管石化企业大多采用注水的方式降低腐蚀风险,但由于缺乏注水对铵盐结晶风险的影响规律研究,且未充分考虑喷雾雾化和易结晶组分吸收效率之间的关联关系,导致实际注水防护效果不佳,因铵盐结晶腐蚀导致的失效事故仍不断发生。因此,开展注水雾化及易结晶组分吸收特性研究,明确喷雾雾化与易结晶组分的吸收机理,通过改变雾化参数提高易结晶组分的注水吸收效率,对降低反应流出物设备管道的腐蚀风险至关重要。本文以某石化企业蜡油加氢反应流出物注水管道为研究对象,构建了油-气-水三相环境下的注水计算方法,并以此开展加氢反应流出物系统注水特性研究。搭建了竖直管道逆流喷雾注水雾化实验装置,并对不同变量下的雾化特性进行分析,提出了逆流喷雾雾化数值模拟方法。构建了高温高压条件下的注水雾化及易结晶组分吸收的数值模型,对吸收特性的影响因素进行了数值模拟研究。本文的主要研究内容及结论如下:(1)通过对加氢反应流出物系统的工艺过程及油品性质的分析,构建了基于油-气-水交互状态的反应流出物系统注水计算方法,确定了反应流出物的主要风险为NH4Cl铵盐结晶。开展了工艺注水对铵盐结晶风险的影响规律研究,发现注水量提高后可有效降低易结晶组分的气相分压和铵盐结晶温度。此外,采用多点注水、90°弯管加喷嘴以及逆流注水的方式可有效提高气液交互传质效果。(2)设计并构建了常温常压状态下的竖直管道逆流雾化实验装置,采用图像自适应识别技术和后处理技术,对注水雾化及液滴破碎过程进行了分析,通过调整注水流量、孔口直径及风速进行变量实验研究,并采用喷雾贯穿距离、雾化锥角、喷雾覆盖率及液滴粒径等参数对雾化效果进行了分析,确定了喷雾停留时间和剪切应力是影响液滴破碎和雾化的关键因素。(3)构建了连续相和离散相之间的耦合计算模型,对氨气吸收速率的计算方法进行了研究,构建了竖直管道内逆流喷雾雾化的数值模拟方法,通过与高温高压工况下的实验结果对比进行了验证。提出了高温高压状态下的气体吸收数值模拟方法,并通过与气体吸收实验结果比对验证了计算方法的准确性。(4)开展了实际工况下的喷雾雾化与气体吸收特性的数值模拟研究,采用流速场、温度场、浓度场及离散相分布等流场特性对气体吸收的影响进行了分析,明确了连续相和离散相的流场特性与气体吸收过程的关联过程。研究了注水质量流量、原料油的氮含量、液滴粒径、雾化锥角和加工负荷对总传质速率和吸收特性的影响,发现易结晶组分浓度梯度、颗粒表面积、气液两相接触时间是影响吸收过程的关键因素。
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