一种重质油在加热炉出口温度下气化率的测定方法

摘要

本发明公开了一种重质油在加热炉出口温度下气化率的测定方法，包括如下步骤：将样品放入热重分析仪样品池中，设置热重分析仪的升温速率和最终温度，记录升温过程中样品连续失重数据；将连续失重数据作为纵坐标，样品池温度作为横坐标作曲线图；以不同升温速率分别进行重质油样品气化率测定，以不同的升温速率为横坐标，加热炉出口温度下对应的气化率为纵坐标，做出拟合曲线趋势图，将趋势图中拟合曲线延伸至高升温速率区，根据趋势图，即可得到重质油在加热炉出口温度下特定升温速率对应的重质油气化率。本发明的测试过程简单、快速、原料用量少、重复性好，弥补了目前重质油在加热炉出口气化率只能依靠经验和软件模拟获得的缺憾。

说明书

技术领域

本发明涉及重质油加工领域，特别是一种重质油在加热炉出口温度下气化率的测定方 法。

背景技术

随着非常规石油资源(诸如委内瑞拉超重油和加拿大油砂沥青)的开采量逐年增加， 全球原油市场上的期货商品趋向于重质化和劣质化，而全球经济的发展对轻质油品的需求 也在逐年递增，双重压力下重质油的高效加工利用已经成为能源企业面临的主要问题之一。 常减压蒸馏作为炼制企业的龙头加工手段，其运行情况直接关系到重质油的高效经济加工。 影响到常减压蒸馏装置运行好坏的关键设备之一是装置的加热炉，尤其是减压加热炉。针 对重质油，为了更好得调整操作，实施过程强化，提高装置运行效率和水平，需要针对加 工原料(重质油)对加热炉设备单元流程进行设计和优化。其中的关键问题之一就是如何 获得重质油在加热炉炉管条件下各项物性参数。

加热炉，尤其是减压炉的改造与设计造主要涉及加热炉的出口构型改造，蒸汽的注入 量调节，炉膛中加热炉管的排布等，为了设计出符合生产需求且节约能耗的加热炉，设计 单位迫切需要知道重质油在加热炉炉中诸多物化性质参数，如重质油在高温条件下的流变 特性、在高温管壁上的生焦趋势、传热特性，尤其是其在特定炉出口温度的气化程度。

气化率是重质油体系中分子量较小，沸点较低的轻组分在加热炉炉管中受热气化的程 度。加热炉出口重油的气化率不仅决定了重质气液混合相在加热炉管中的流动情况(湍流 或层流)，而且还决定了重质油减压蒸馏的拔出率。对于确定加热炉炉管热强度、传热系数 等关键设计参数，保障重质油减压深拔蒸馏生产运行具有重要的实际意义。

加热炉出口重质油的气化率大小主要和炉管出口的气压、炉出口温度和到达炉出口温 度的升温速率有关，所处炉管环境压力越小，有利于重质油液相分子的挥发，温度越高， 重质油体系分子运动越剧烈，气化率越大，而升至同样的温度，升温速率越大，液相气化 平衡未能及时形成，会造成气化率偏小。目前确定重质油在加热炉炉管出口气化率的方法 一般采用理论计算或是依靠经验获取，同时由于加热炉出口温度和升温速率都较高，在实 验室模拟难度较大，导致实测数据匮乏，限制了加热炉的精细设计和过程强化，因此，目 前迫切需要一种方法来确定特定炉出口温度和高升速率条件下重质油的气化率。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，针对目前国内重质油常减压装置加热炉 改造优化与强化设计的需求，弥补重质油在加热炉炉管出口气化率数据匮乏的问题，在基 于实验室热重分析实测实验数据的基础上，提供一种重质油在加热炉出口温度下气化率的 测定方法。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：一种重质油在加热炉出口温度下气化率 的测定方法，包括如下步骤：

(1)打开热重分析仪预热，将重质油样品加入到热重分析仪的样品池中，关闭加热外 套，并确定密闭，开启真空泵将热重分析仪的样品室进行抽气，直到压力达到设定值，然 后充入氮气，重复若干次以确保样品室内无空气残留；

(2)调节热重分析仪的样品室和天平室的氮气注入流速，使样品室和天平室内的压力 达到设定值；

(3)设置热重分析仪的升温速率和最终温度，天平校零，热重分析仪开始加热升温， 同时热重分析仪自动记录在升温过程中，样品因轻组分气化而产生的连续失重数据；

(4)将气化连续失重的数据作为纵坐标，样品池温度作为横坐标，作曲线图，即可在 曲线上获得特定升温速率条件下，不同温度下对应的重质油样品气化率；

(5)以不同的升温速率分别进行重质油样品气化率测定，以上述不同的升温速率为横 坐标，加热炉出口温度下对应的样品气化率为纵坐标，做出拟合曲线趋势图，将趋势图中 拟合曲线延伸至高升温速率区，根据趋势图，即可得到重质油在加热炉出口温度下特定升 温速率对应的重质油气化率。

优选的，所述步骤(1)中预热的时间为两小时。

优选的，所述步骤(1)中重质油样品用量为5mg。

优选的，所述步骤(2)中压力的设定值为0.05MPa。

优选的，所述步骤(3)中设置热重分析仪的最终温度为600℃。

优选的，所述步骤(5)中不同的升温速率分别为10℃/min、15℃/min、20℃/min、 25℃/min、30℃/min、35℃/min、40℃/min、45℃/min、50℃/min。

优选的，所述步骤(5)中拟合曲线根据最小二乘法原理获取。

本发明的有益效果是，本方法通过热重分析仪对重质油进行气化率测定，在不同升温 速率的基础上得到加热炉出口温度下重质油的气化率，在基于实验室热重分析实测实验数 据的基础上，选用适宜的数学模型建立了在加热炉出口温度下不同升温速率对应的气化率 变化趋势，获得了相应的拟合曲线，通过对拟合曲线趋势的延长，得到处于高升温速率下 的重质油在加热炉出口温度下的气化率，为加热炉设计与优化改造提供关键的气化率数据。 重质油与常规原油结构组成和物化性质差异较大，依靠软件计算模拟或是经验数据得到的 重质油在加热炉出口气化率数据可信度较低，导致设计单位在设计时留有相当大的余量， 不利于过程强化，增加了炼化装置高效经济安全加工重质油的困难。本发明避免了因升至 同样温度时，升温速率较慢，测试仪器难以模拟炉管高升温速率下气液相非平衡状态，造 成常规气化率测定方法很难准确测定重质油气化率的困扰，提供了一种较为简便有效的方 法，获得了可信度较高的气化率数据，填补了处于高升升温速率和高加热炉出口温度苛刻 条件下重质油气化率数据的空白。本发明的测试过程简单、快速、原料用量少、重复性好， 弥补了目前重质油在加热炉出口气化率只能依靠经验和软件模拟获得的缺憾。

附图说明

图1是在0.05MPa下，升温速率为30℃/min过程中重质油样品气化率与温度的对应关系 图；

图2是在0.05MPa下，450℃条件下重质油气化率随升温速率变化趋势图；

图3是在0.05MPa下，400℃条件下重质油气化率随升温速率变化趋势图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

一种重质油在加热炉出口温度下气化率的测定方法，包括如下步骤：

(1)打开热重分析仪预热两小时，将重质油样品5mg加入到热重分析仪的样品池中， 关闭加热外套，并确定密闭，开启真空泵将热重分析仪的样品室进行抽气至0.05MPa，直 到压力达到设定值，然后充入氮气，重复若干次以确保样品室内无空气残留；

(2)调节热重分析仪的样品室和天平室的氮气注入流速，使样品室和天平室内的压力 达到0.05MPa；本发明的测试过程简单、快速、原料用量少、重复性好，弥补了目前重质 油在加热炉出口气化率只能依靠经验和软件模拟获得的缺憾。

(3)设置热重分析仪的升温速率30℃/min和最终温度600℃，天平校零，热重分析仪 开始加热升温，同时热重分析仪自动记录在升温过程中，样品因轻组分气化而产生的连续 失重数据；

(4)将气化连续失重的数据作为纵坐标，样品池温度作为横坐标，作曲线图，如图1 所示，即可在曲线上获得特定升温速率条件下，不同温度下对应的重质油样品气化率；

(5)以10℃/min、15℃/min、20℃/min、25℃/min、30℃/min、35℃/min、40℃/min、 45℃/min、50℃/min的升温速率分别进行重质油样品气化率测定，以上述不同的升温速率 为横坐标，加热炉出口温度下对应的样品气化率为纵坐标，根据最小二乘法原理做出拟合 曲线趋势图，将趋势图中拟合曲线延伸至高升温速率区，根据趋势图，即可得到重质油在 加热炉出口温度下特定升温速率对应的重质油气化率。

实施例一

在0.05MPa条件下，以10℃/min、15℃/min、20℃/min、25℃/min、30℃/min、 35℃/min、40℃/min、45℃/min、50℃/min为升温速率，测得450℃对应的重质油气化率， 选用指数函数(y＝174.63*exp(-x/700.78)-123.18)进行拟合，得到拟合曲线趋势图，如图2 所示。加热炉进口温度为360℃，炉管设计要求从重质油进入加热炉管到加热炉管出口的停 留时间为40s，为使炉出口温度达到450℃，升温速率需要达到135℃/min，通过图2中的 趋势曲线，可得对应升温速率135℃/min的重质油气化率为22.4％。

实施例二

在0.05MPa条件下，以10℃/min、15℃/min、20℃/min、25℃/min、30℃/min、 35℃/min、40℃/min、45℃/min、50℃/min为升温速率，测得400℃对应的重质油气化率， 选用指数函数(y＝-470.46*exp(-X/-1523.73)+510.81)进行拟合，得到拟合曲线趋势图，如 图3所示。加热炉进口温度为360℃，炉管设计要求从重质油进入加热炉管到加热炉管出口 的停留时间为40s，为使炉出口温度达到400℃，升温速率需要达到60℃/min，通过图3中 的趋势曲线，可得对应升温速率60℃/min的重质油气化率为18.8％。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范 围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理 解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和 范围。