重质油结焦倾向评价装置及重质油结焦倾向评价方法

摘要

一种重质油结焦倾向评价装置，该装置包括样品油容器、计量泵、反应气氛控制器、管状反应腔、结焦物收集板、加热板、压力控制系统、废油收集器、加热自控系统；样品油容器的出口接有计量泵，计量泵的出口接有管状反应腔，反应腔底部设有结焦物收集板，加热器安装在结焦物收集板底下且与加热自控系统相连接，管状反应腔出口接入废油收集器。本发明还提供一种重质油结焦倾向评价方法，通过直接模拟原料油通过加热炉的结焦过程，可快速评价原料油结焦趋势，试验过程直观，检测时间短，试验费用低，设备投资小，操作简便，可在普通的实验室范围进行，试验结果具有良好的区分性和重复性。

说明书

技术领域

本发明涉及石油加工领域，属于实验室评价重质油焦化反应的试验方法和装置。

背景技术

随着石油重质化趋势的不断加深，原料的变重变劣给石油炼制及加工带来很大的困难，如延迟焦化、渣油加氢处理、加氢裂化等装置的某些设备(如管线、加热炉管、换热器、裂解炉等)极易形成焦垢，使加热炉热效率降低，换热器换热效率下降，管线堵塞，裂解炉使用周期缩短，严重影响了工业装置的正常生产，增加了装置的能耗及维修费用，使装置的经济效益得不到充分发挥。通过测定原料油结焦的趋势(即结焦指数)，可以了解原料油的结焦性能，也可根据结焦指数设计原油结焦前在管路的停留时间。对装置的设计改造，长周期运行都有着重要指导意义。

目前对重质油热裂解反应结焦的趋势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，小型固定床反应器试验装置、小型固定流化床试验装置、特定的重油热加工性能评价仪等。这些实验评价装置普遍存在以下缺点：①结构复杂，维修保养需专业人员；②开停工麻烦；③实验周期长；④实验需要大量样品；⑤操作人员多；⑥实验数据难以直接与生产装置对接；⑦投资费用高。

迈瑞尔实验设备(上海)有限公司在中国专利CN202256219U中公开了一种简易静态检测延迟焦化反应过程中的生焦指数的设备。油被送入反应管后，反应器中加热棒的结焦量的变化导致输出电加热功率变化，通过对功率的测定来间接的对结焦情况进行判定。中国专利CN201154950Y和CN201080471Y分别公开了两种用于评价焦化反应过程中减垢、减焦效果的试验装置，经过24小时循环热反应后，通过反应管反应前后的增重来判定减压渣油在反应管里热裂解生焦的收率情况，但整个试验过程耗时长，且每次测定需将整个反应管卸下清洗吹干称重，操作不便捷。

发明内容

本发明的目的是提供一种计量准确、操作简便、直接、经济并与工业装置运行有着良好相关性的快速测定重质油焦化反应中原料油结焦倾向的方法及装置。试验过程通过直观模拟沉积物的结焦过程来检测原料油的结焦倾向指数。具有检测时间短，试验费用低，设备投资小，操作简便，可在普通的实验室进行，试验结果具有良好的区分性和重复性。

本发明提供一种重质油结焦倾向评价装置，该装置包括样品油容器、计量泵、反应气氛控制器、管状反应腔、结焦物收集板、加热板、压力控制系统、废油收集器、加热自控系统；

所述样品油容器的出口接有所述计量泵，所述计量泵的出口接有所述管状反应腔，所述反应腔底部设有结焦物收集板，所述加热器安装在所述结焦物收集板底下且与所述加热自控系统相连接，所述管状反应腔出口接入所述废油收集器；

所述计量泵和所述管状反应腔之间接有反应气氛控制器。

本发明所述的重质油结焦倾向评价装置，其中，所述压力控制系统的可控压力范围优选为0-10MPa。

本发明所述的重质油结焦倾向评价装置，其中，所述结焦物收集板的材质优选是焦化装置加热炉炉管材质Cr5Mo或者Cr9Mo。

本发明所述的重质油结焦倾向评价装置，其中，所述加热器的加热板表面优选是水平的。

本发明所述的重质油结焦倾向评价装置，其中，所述计量泵优选采用注射泵、蠕动泵、平流泵或者输液泵。

本发明的重质油结焦倾向评价装置，其管式反应腔体的底部为可拆卸的板状的结焦物收集板，且其收集板固定在加热器上，计量泵与反应器入口相连接，计量泵的油管入口插入试验油容器中，反应腔出口接入废油容器。结焦物收集板下的加热器与加热自控系统相连，该加热自控系统能对结焦物收集板的温度进行调节，并设有超温保护功能。同时泵与管状反应腔入口之间可设有气氛控制器，用来测定不同气体存在下(氮气、氢气、氧气或者水蒸气等)的成焦趋势。

本发明还提供一种重质油结焦倾向评价方法，其中，评价过程使用上述的重质油结焦倾向评价装置，包括如下步骤：

(1)将洁净的结焦物收集板用天平称重，即得到M₀(误差范围±0.1mg)；

(2)将结焦物收集板加热到试验结焦温度400-500℃；

(3)计量泵以1-20ml/min速度匀速的将预热到150-350℃的样品油加入所述管式反应腔中，样品油在结焦物收集板的工作面上形成一层均匀流动的油膜；

(4)样品油经过5-60min热反应时间后，在不断冲刷和高温的环境下生成焦化物；

(5)停泵终止进料，通入氮气将管式反应腔中的样品油吹扫至废油收集器；切换室温轻质油品或者有机溶剂以5～15ml/min的流量泵入管式反应腔30-120min，将悬浮在步骤(4)中所述焦化物表面能够溶解的物质溶解掉；

(6)将所述结焦物收集板拆卸下来放入有机溶剂中浸泡冲洗至无色，干燥冷却至室温后用天平去称重，即得到M_i(误差范围±0.1mg)；

(7)计算结焦倾向指数α，计算公式为α值越大，表明该原料油越容易结焦，M_标i与M_标0是标准样品油在同等条件下测得的相应数据。

本发明所述的重质油结焦倾向评价方法，其中，步骤(5)和步骤(6)中所述有机溶剂优选为甲苯、苯、正庚烷、石油醚和乙醇中的一种或几种。

本发明的有益效果是：管状反应腔和结焦物收集板的设计，即模拟了工业装置管线的实际状况，又方便了在实验室里结焦物质的生成、收集和称量，有利于简单、准确、快速的获得测试结果。加热板和结焦物收集板水平设置，避免了斜板上油料本身重力、粘度等性质造成停留时间不一致，造成受热结焦时间差异带来的偏差；管状反应腔、计量泵和反应气氛控制器的设计可以起到控制油料流速的作用，进而可以调节受热结焦时间。利用本方法测定重质油焦化反应中原料油结焦倾向，具有检测时间短，试验费用低，设备投资小，操作简便，可在普通的实验室进行，试验结果具有良好的区分性和重复性，并与工业装置运行有着良好相关性。

附图说明

图1为重质油结焦倾向评价装置的流程示意图；

图中：1—样品油容器；2—计量泵；3—管状反应腔；4—结焦物收集板；5—加热器；6—压力控制系统；7—废油收集器；8—加热自控系统；9—反应气氛控制器。

具体实施方式

以下对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例，下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件。

如图1所示，本发明提供的重质油结焦倾向的评价装置的实施例中，该装置包括样品油容器1、计量泵2、反应气氛控制器9、管状反应腔3、结焦物收集板4、加热器5、压力控制系统6、废油收集器7、加热自控系统8；样品油容器1的出口接有一柱塞计量泵2，柱塞计量泵2的出口接有管状反应腔3，管状反应腔3反应管底部含有可拆卸的结焦物收集板4和加热器5，含有热电偶的加热器5安装在结焦物收集板4下，并可与加热自控系统8相连接，实时监测反应的温度。结焦物收集板4的材质是焦化装置加热炉炉管材质Cr5Mo或者Cr9Mo，管状反应腔3中的出口经过管线直接进入废油收集器7。反应过程中采用氮气保护。

所述计量泵2和所述管状反应腔3之间接有反应气氛控制器9。

所述压力控制系统6的可控压力范围为0-10MPa。

所述加热器的加热板表面是水平的。

所述计量泵采用注射泵，在其它实施例中也可以是蠕动泵、平流泵或者输液泵。

实施例1

重质油结焦倾向评价方法，其中，评价过程使用上述的重质油结焦倾向评价装置，包括如下步骤：

(1)将干燥洁净的结焦物收集板用天平称重，M₀＝160.3650g

(2)将试验油样预热到300℃，结焦物收集板加热到430℃；

(3)计量泵连续以4ml/min速度匀速的将预热到试验油样泵入反应腔体60min，试验油样经过30min热反应时间后，在不断冲刷和高温的环境下生成焦化物；

(4)停泵终止进料，加热控制器停止加热，通入氮气将反应腔中的油样吹扫至废油收集器。切换常温柴油进料以10ml/min的流量泵入60min溶解悬浮的可溶质。

(5)将结焦物收集板拆卸放入石油醚中浸泡冲洗至无色，并干燥至室温用天平去称重，即得到M_i＝160.4710；

(6)用同样的方法测定标准油样M_标0＝162.1700g，M_标i＝162.2310g。

(7)该测试油样结焦倾向指数

实施例2

(1)将干燥洁净的结焦物收集板用天平称重，M₀＝160.0390g

(2)将试验油样预热到300℃，结焦物收集板加热到400℃；

(3)计量泵连续以2ml/min速度匀速的将预热到试验油样泵入反应腔体60min，试验油样经过60min热反应时间后，在不断冲刷和高温的环境下生成焦化物；

(4)停泵终止进料，加热控制器停止加热，通入氮气将反应腔中的油样吹扫至废油收集器。切换常温汽油进料以15ml/min的流量泵入60min溶解悬浮的可溶质。

(5)将结焦物收集板拆卸放入甲苯和石油醚(体积比1:1)的混合物中浸泡冲洗至无色，并干燥至室温用天平去称重，即得到M_i＝160.2680；

(6)用同样的方法测定标准油样M_标0＝162.0000g，M_标i＝162.1350g。

(7)该测试油样结焦倾向指数

实施例3

(1)将干燥洁净的结焦物收集板用天平称重，M₀＝159.9772g

(2)将试验油样预热到300℃，结焦物收集板加热到460℃；

(3)计量泵连续以12ml/min速度匀速的将预热到试验油样泵入反应腔体60min，试验油样经过10min热反应时间后，在不断冲刷和高温的环境下生成焦化物；

(4)停泵终止进料，加热控制器停止加热，通入氮气将反应腔中的油样吹扫至废油收集器。切换常温柴油进料以10ml/min的流量泵入60min溶解悬浮的可溶质。

(5)将结焦物收集板拆卸放入甲苯中浸泡冲洗至无色，并干燥至室温用天平去称重，即得到M_i＝160.6671；

(6)用同样的方法测定标准油样M_标0＝161.9806g，M_标i＝162.3110g。

(7)该测试油样结焦倾向指数

以上实施例中对同一种油样所得的结焦倾向指数不尽相同，是因为在不同的反应温度，经过不同的反应时间，其结焦状况有区别。在实际操作过程中，要根据所测试油品的基本性能，选择合适的反应温度和反应时间以达到不同测试油样重复性和区分性的最大化。