工业二氯乙烷裂解炉炉膛燃烧及炉管内裂解反应的耦合数值建模方法

摘要

本发明提供一种工业二氯乙烷裂解炉炉膛燃烧及炉管内裂解反应的耦合数值建模方法，此方法在建模中将二氯乙烷裂解炉分成炉膛模型与炉管模型，并分别对炉膛炉管划分网格。炉膛以炉管模型给出的管外壁温度作为边界条件，利用燃烧模型，流动模型，传热模型计算出炉膛烟气温度，速度，组分浓度等重要炉膛参数分布；炉管则以炉膛计算出的炉管热通量为边界条件，利用管内裂解反应模型，考虑管内质量守恒，动量守恒，能量守恒关系计算出沿着管长方向的过程气温度，压力，浓度分布，从而有利分析当前操作条件下，二氯乙烷裂解转化率，选择性，单耗等重要经济指标，有利于指导现场工艺优化。且此建模方法适用于各类高温裂解炉，有着广泛的适应性。

主权项

一种工业二氯乙烷裂解炉炉膛及炉管耦合数值建模方法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤1：确定待模拟二氯乙烷裂解炉炉膛炉管尺寸，针对炉膛和炉管进行网格划分；根据工艺参数确定边界条件,包括：侧壁烧嘴的燃气进口流量，进风口流量以及反应管入口气体流量和温度,炉墙热损失系数，炉膛烟气出口压力与炉管裂解气出口压力； 步骤2：建立炉膛模型： 步骤2.1：炉膛内烟气流动模型采用基于雷诺平均方程的标准k‑ε双方程模型建立封闭模型； 步骤2.2：炉膛内燃料气采用一级串联燃烧反应模型，燃烧时流动模型采用有限速率/涡耗散模型； 步骤2.3：炉膛内辐射传热模型采用离散坐标模型，炉膛烟气采用多灰气加权模型计算其辐射特性； 步骤3：建立炉管模型: 步骤3.1：炉管内二氯乙烷裂解反应采用一级串联反应模型，裂解反应动力学符合阿伦利乌斯公式； 步骤3.2:确定炉管模型中气体密度、热容、粘度、导热系数和扩散系数计算公式的参数； 步骤4：基于炉膛与炉管存在严重热量耦合关系及步骤1中所获取 的初始条件和边界条件，炉管外壁温度和炉管热通量作为炉膛模型与炉管模型数值求解时相互的迭代耦合变量，进行炉膛及炉管模型的循环迭代，直至模型收敛，得到模型涉及各参数。