CN104698027A - 用于获得渣油高温焦化反应过程中间相物质的试验装置 - Google Patents

Abstract

一种用于获得渣油高温焦化反应过程中间相物质的试验装置，置于电子称（1）上的渣油原料罐（4）的出口接有一柱塞计量泵（5），柱塞计量泵的出口接有一可控温的渣油预热管（8），渣油预热管的出口接一可控温且立式放置的焦化反应管（11）的顶端入口，焦化反应管底端出口接三通阀（14）的入口，三通阀的两出口分别接有第一接收器（15）和第二接收器（13），第一接收器和第二接收器分别有一气相放空口（16）。本发明操作简便，数据可靠，重复性好。

Description

用于获得渣油高温焦化反应过程中间相物质的试验装置

技术领域

本发明涉及渣油热加工技术领域，特别是一种用于获得渣油高温焦化反应过程中间相物质的试验装置。

背景技术

将渣油通过高温焦化反应可以获得各种焦化产物，例如焦化裂解气、焦化汽油、焦化柴油、焦化蜡油、焦炭等。为了提高渣油焦化过程中液体油收率即降低焦炭产率，避免弹丸焦出现，以及生成质量较好的针状焦、海绵焦，必须研究渣油通过高温焦化反应的生焦机理及焦炭形成规律。由此人们需要获得各种渣油中沥青质在不同升温速率、不同焦化温度条件下，某个特定时刻受热裂解产生的中间相物质又称焦炭前驱体，包括甲苯不溶-喹啉可溶物、简称TI-QS, 喹啉不溶物、简称QI，直至焦炭，以便分析推测渣油中沥青质受热升温过程的演变规律，从而对焦化过程加以优化控制，降低生焦率，获得较高的液体油收率、以及较好形态结构的焦炭。

目前国内外各公司或研究单位为了快速获得渣油焦化反应过程中间相物质的试验装置都是属于间歇式反应釜。目前对减压渣油热裂解反应生焦进行评价的测试仪器或装置分别有普通结焦测试管、内衬以干净铝套筒的静态反应系统，特定的重油热加工性能评价仪等。其中做得最好的当属中国石油大学重质油重点实验室的《重油热加工性能评价装置》。该装置研究重油热裂化及缩合反应特性规律，能实现油样的快速升温及降温，与装置相匹配的控制软件实现了反应过程的智能控制。用高温液态锡加热反应器内的油样实现快速升温；为了确保反应后残渣油包括中间相物质的快速冷却，反应器可在线移动，裸露在自然空气环境中快速冷却。重油热加工性能评价装置几乎可以模拟工业装置的快速升温过程，但由于反应釜内物质没有搅拌，是自然冷却，冷却速度仍然偏慢，反应釜内物质仍然会进行二次裂解及连串的裂解生焦缩合反应，从而与设定的反应时间的焦化反应结果有明显误差。这些间歇式反应釜评价仪器，试验物料量较小，计量误差偏大，得到的中间相物质偏少，不利于做大量的不同分析表征。

为了解决试验结果误差和获得尽可能多的研究中间相物质样品，本发明是在劣质渣油生成弹丸焦的机理研究及预防对策的研究过程中，总结发明提供了一种用于快速获得渣油高温焦化反应过程中间相物质的试验装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于获得渣油高温焦化反应过程中间相物质的试验装置，克服静态加热不均匀、在高温状态下延时取样造成的一系列试验误差，并且可以在同一起始温度即240℃的基础上有效控制升温速率、反应终温，试验样品量大，操作调节简便等特点，是目前提取高温焦化过程中间相物质、研究渣油生焦历程或机理的好装置。

本发明的目的可以通过如下技术措施来实施：

一种用于快速获得渣油高温焦化反应过程中间相物质的试验装置，置于电子称上的渣油原料罐的出口接有一柱塞计量泵，柱塞计量泵的出口接有一可控温的渣油预热管，渣油预热管的出口接一可控温且立式放置的焦化反应管的顶端入口，焦化反应管底端出口接三通阀的入口，三通阀的两出口分别接有第一接收器和第二接收器，第一接收器和第二接收器分别有一气相放空口。

上述中，柱塞计量泵出口与渣油预热管入口之间装有一压力表。

上述中，渣油预热管的出口安装有第一测温热电偶，焦化反应管的出口安装有第二测温热电偶。

上述中，渣油预热管被置于管状可控温的第一加热炉内。

上述中，焦化反应管被置于管状可控温的第二加热炉内。

上述中，渣油预热管水平放置。

上述中，渣油原料罐的外周安装有加热保温套。

上述中，电子称与渣油原料罐之间设置有绝热支撑板。

在本发明中，在柱塞计量泵出口后与高温焦化反应管前设有一条可控温的渣油预热管，保证进入高温焦化反应管之前的渣油温度维持在240±3℃同一起始温度，也保证物料在进入高温反应管前能维持原物料的化学性质不变（公认低于245℃时可忽略渣油热裂解反应）。

将渣油原料罐放在电子秤上，与柱塞计量泵一起共同构成一个进料计量系统，通过调节柱塞计量泵行程可以控制柱塞计量泵流量，从而控制渣油在高温反应管的停留时间，即可核算出所控制的升温速率，从而实现反应管内的升温速率可控。

高温焦化反应管安装在管状控温第二加热炉里面，高温焦化反应管出口连接处设有测温热电偶，实时检测焦化反应终端温度，并且将检测到的焦化反应终端温度信号与管状控温的第二加热炉的加热电流调节参数耦合起来，根据焦化反应终端温度高低随时调节管状控温第二加热炉的加热电流，实现焦化反应终端温度（第二热电偶所显示的温度值）可控。

渣油呈流动状态，克服静态加热不均匀问题；渣油不是自下而上、而是自上而下流经高温反应管进行焦化反应，保证反应物中的气（焦化裂解产生的低碳烃类或氢气）、液（未反应或已反应但没有达到该烃类沸点仍保持液相）、固（缩合生焦物）三相物质以接近于活塞流的形态快速平行向下流动，降低各相物质密度差造成的滑落效应，防止生成的中间相物质及焦炭残留在反应管管内壁。

本发明的试验装置属于连续性试验，已经较好地克服间歇式试验由起始到正常阶段的误差。本试验装置在高温焦化反应管后安装2个样品接收器,在试验开始取样前试验样品进入第一接收器；当试验进入正常后才开始取样，样品进入第二接收器；当认为试验样品量足够后，停止取样后将试验物料再次转入第一接收器，并正常停止试验。这样的试验完全不受取样前后波动的影响。

试验装置的两个接收器内装入的冷却剂是直馏柴油，化学性质稳定安全，与高温焦化反应管出来的焦化反应产物直接混合，实现最快速的冷却，避免高温的焦化反应产物继续裂解缩合，保证获得的试验样品与试验信息真实可靠。

减压渣油是石油中性质最差的重质油，本试验装置可以不经任何改造，就可以适应于催化裂化油浆、乙烯焦油、煤焦油等重质油的焦化实验，快速获得不同条件下的高温焦化过程中间相物质或反应产物。

本发明技术方案合理，采取上述措施后，由电子称、渣油罐、柱塞计量泵、可控温预热管、可控温高温焦化反应管、直冷接收器等构成一个用于快速获得渣油高温焦化反应过程中间相物质的试验装置，既可以克服试验过程中静态受热不均匀问题、保证采样前后条件不变，又保证在同一起始温度240℃进行不同升温速率、不同焦化反应终温条件下快速获得的焦化反应过程中间相物质，考察各种渣油在不同升温速率、不同反应终温条件下生焦物形态变化及生焦历程。高温焦化试验重复性好，数据较为可信。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式

参照图1，本发明提供的用于获得渣油高温焦化反应过程中间相物质的试验装置，置于电子称1上的渣油原料罐4的出口接有一柱塞计量泵5，电子称1与渣油原料罐4之间设置有绝热支撑板2，渣油原料罐4的外周安装有加热保温套3，柱塞计量泵5的出口接有一可控温的渣油预热管8，渣油预热管8水平放置，渣油预热管8被置于管状可控温的第一加热炉7内，渣油预热管8的出口接一可控温且立式放置的焦化反应管11的顶端入口，焦化反应管11被置于管状可控温的第二加热炉10内，焦化反应管11底端出口接三通阀14的入口，三通阀14的两出口分别接有第一接收器15和第二接收器13，第一接收器15和第二接收器13分别有一气相放空口16。在柱塞计量泵5出口与渣油预热管8入口之间装有一压力表6；渣油预热管8的出口安装有第一测温热电偶9，焦化反应管11的出口安装有第二测温热电偶12。

    操作时：

准备阶段：如附图所示，第一接收器和第二接收器分别装好直馏柴油，渣油原料罐装入要试验的渣油，实验前测定渣油的黏温曲线，按渣油粘度在800-1000mm²/s设定预热及保温温度，渣油预热管出口温度和焦化反应管出口温度均按240℃给设定值；三通阀出口指向第一接收器。

试验取样前阶段：启动柱塞计量泵（0-500ml/h,视试验升温速率要求调节）,贯通试验流程；待渣油流量符合试验要求后，根据试验要求的反应终温，调整高温焦化反应管出口端温度设定值（渣油高温焦化反应管状可控温加热炉电流自动耦合匹配），使高温焦化反应管出口端温度逐步达到试验要求的反应温度值；检查升温速率、反应终温是否符合试验要求；若符合，做好采样准备；若未符合，继续调整，直至符合试验要求为止。试验取样前阶段的出料进入第一接收器。

试验取样阶段：将三通阀出口指向转向第二接收器；维持各操作参数不变，直至样品量满足分析表征的需求量为止。

试验取样后阶段：将三通阀出口指向转向第一接收器；停止电加热；改用柴油做进料，清洗预热管及高温焦化反应管；柴油清洗结束后，停止全部试验操作；拆下更换高温焦化反应管烧焦，待下次试验使用；清除第一接收器内的物料，装入新柴油以备下次试验。将第二接收器取下，把焦化反应产物与直馏柴油构成的混合物用布氏漏斗过滤、甲苯淋洗，滤纸上所得样品即为高温焦化反应过程中间相物质，供分析表征和研究生焦形态和生焦历程。

整个试验过程中要做好数据记录，以备做重复平行试验或检查核对分析试验结果。

附表为性质很差的索鲁士混合减压渣油试验数据。其它种类渣油、乙烯焦油、煤基渣油的焦化实验也得到类似的记录表格，此处从略。

由表1可见，尽管流量、反应终温都有明显变化，但每组试验过程的参数（流量、温度、升温速率）以及中间相物质的收率都能很好重复平行，说明高温焦化反应试验条件稳定，能够更好地满足较快获得渣油高温焦化反应过程中间相物质的试验要求。

表一：

表1 索鲁士混合减压渣油试验条件记录

Claims (8)

1.一种用于获得渣油高温焦化反应过程中间相物质的试验装置，其特征在于，置于电子称上的渣油原料罐的出口接有一柱塞计量泵，柱塞计量泵的出口接有一可控温的渣油预热管，渣油预热管的出口接一可控温且立式放置的焦化反应管的顶端入口，焦化反应管底端出口接三通阀的入口，三通阀的两出口分别接有第一接收器和第二接收器，第一接收器和第二接收器分别有一气相放空口。

2.根据权利要求1所述的用于获得渣油高温焦化反应过程中间相物质的试验装置，其特征在于，柱塞计量泵出口与渣油预热管入口之间装有一压力表。

3.根据权利要求1所述的用于获得渣油高温焦化反应过程中间相物质的试验装置，其特征在于，渣油预热管的出口安装有第一测温热电偶，焦化反应管的出口安装有第二测温热电偶。

4.根据权利要求1所述的用于获得渣油高温焦化反应过程中间相物质的试验装置，其特征在于，渣油预热管被置于管状可控温的第一加热炉内。

5.根据权利要求1所述的用于获得渣油高温焦化反应过程中间相物质的试验装置，其特征在于，焦化反应管被置于管状可控温的第二加热炉内。

6.根据权利要求1或4所述的用于获得渣油高温焦化反应过程中间相物质的试验装置，其特征在于，渣油预热管水平放置。

7.根据权利要求1所述的用于获得渣油高温焦化反应过程中间相物质的试验装置，其特征在于，渣油原料罐的外周安装有加热保温套。

8.根据权利要求1所述的用于获得渣油高温焦化反应过程中间相物质的试验装置，其特征在于，电子称与渣油原料罐之间设置有绝热支撑板。