[发明专利]加氢反应流出物多相流NH4Cl盐结晶速率的预测方法

说明书

技术领域

本发明涉及管道或管束类设备易结晶组分在多相流体系中的结晶速率预测方法， 具体地说是涉及一种加氢反应流出物多相流NH₄Cl盐结晶速率的预测方法。

背景技术

我国原油资源紧缺，近年来随着经济的发展，对各类油品的需求量日益增加，国内 原油进口量已超过70％，进口的原油类型以高硫、高氮、高酸、含氯等腐蚀性极强的劣质原 油为主。自20世纪90年代中期开始，中国石化、中国石油、中国海油等下属多家石化企业纷 纷开展了针对劣质原油炼制的扩能改造。此后，加氢反应流出物换热器、空冷器及相联管道 普遍出现了NH₄Cl和NH₄HS盐的结晶沉积堵管、铵盐结晶吸湿潮解引起管束内壁的垢下腐蚀 泄漏穿孔等诸多流动腐蚀失效事故，酿成了多起火灾、爆炸等重大安全事故，不仅造成了非 常惨重的经济损失，而且社会负面影响极大。

NH₄Cl、NH₄HS盐结晶、沉积后产生的管道或换热管束类设备堵塞、垢下腐蚀，是我国 许多石化企业炼制劣质原油过程中高风险设备普遍出现的最典型流动腐蚀失效形式，具有 明显的局部性、突发性与风险性特点，是制约劣质原油炼制关键装置长周期安全运行的重 要因素。特别是2013年5月份，受胜利油田高有机氯原油加工的影响，扬子石化、金陵石化、 长岭石化等十多家炼化企业的加氢精制系统接连发生了换热器、空冷器铵盐堵塞、管束泄 漏事故，严重影响了企业的安全生产和经济效益。因此，如何定量的计算和预测NH₄Cl和 NH₄HS铵盐的结晶温度和结晶速率，并在此基础上进行多相流铵盐结晶沉积的主动性防控 一直是学术界及工程界关注的焦点问题之一。目前，现有关于铵盐结晶的研究多集中在建 立简化热力学模型的基础上，估算铵盐的结晶温度，无法做到铵盐结晶速率的准确预测，更 无法定量研究铵盐的垢下腐蚀特性，以及垢下腐蚀后管束类设备的流动腐蚀失效风险。鉴 于劣质原油炼制过程中，炼化系统具备介质组成复杂、原油炼制品种及运行工况多变的特 点，铵盐的结晶沉积过程与多相流动过程中的流动场、温度场、浓度场密切相关，属于多物 理场耦合作用的结果。因此，现有技术发明存在的局限性主要在于：无法建立科学的铵盐结 晶反应的动力学计算模型，难以实现多相流体系中铵盐结晶温度、结晶位置及结晶速率的 定量预测。

发明内容

为准确把握加氢反应流出物换热器、空冷器及相联管道内NH₄Cl盐的结晶速率，本 发明的目的在于提供一种加氢反应流出物多相流NH₄Cl盐结晶速率的预测方法，满足两个 方面的功能，一是建立多相流体系NH₄Cl盐的结晶平衡曲线，判定NH₄Cl盐初始结晶的温度， 为洗涤NH₄Cl盐的工艺注水点位置选择提供决策依据；二是提出了NH₄Cl盐结晶速率的预测 方法，适用于判定某个温度点或温度段内NH₄Cl盐的结晶速率，为洗涤NH₄Cl盐的工艺注水量 控制提供依据，降低或消除NH₄Cl盐结晶沉积堵塞管道或管束的风险。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种加氢反应流出物多相流NH₄Cl盐结晶速率的预测方法，包括多相流NH₄Cl盐结 晶平衡曲线的绘制方法和NH₄Cl盐结晶速率的预测方法；

1)多相流NH₄Cl盐结晶平衡曲线的绘制方法，包括如下步骤：

步骤1.1)根据加氢反应流出物的多相流动过程，建立NH₃与HCl反应生成NH₄Cl盐的 相态平衡模型，确定多相流体系NH₄Cl盐反应过程的吉布斯函数；

步骤1.2)根据加氢反应流出物的多相流动过程，进行NH₄Cl盐的结晶反应热力学建模，当反应温度达到平衡时，令吉布斯函数一端等于零，获得气相中NH₃与HCl分压的乘积随温度变化的函数关系，即：