[發明專利]一種模擬炭質大分子延遲焦化過程快速焦化制備成焦的裝置及方法

有效

• 申請號: 201610411629.4
• 申請日: 2016-06-13
• 公開（公告）號: CN105950206B
• 公開（公告）日: 2017-09-29
• 發明（設計）人: 陳坤;張浩然;劉賀;倪鵬;孔德輝;夏薇;吳萍萍;張帝;龔旭;劉浩;王宗賢;郭愛軍;劉東;夏天平;吉冬珂;劉金盾;司慧敏;吳昊;韓旭;李迅;肖羽科;李志浩
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: C10G9/00
• 分類號: C10G9/00;C10B55/00
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司37221
• 代理人: 張勇

技術領域

本發明屬于重質油熱加工技術領域，具體涉及一種模擬炭質大分子延遲焦化過程快速焦化制備成焦的裝置及方法。

背景技術

世界原油資源日益重質化和劣質化，尤其是再加上加工重質原油所帶來的成本優勢，導致全球約有42％的石化煉制企業(美國：甚至高達2/3煉制企業)傾向于提高加工原料中重質原油的比例，隨之產出的渣油、FCC油漿、乙烯焦油等重質油料數量也必然隨之增大。這些重質油料要么金屬含量高、雜原子(硫、氮、氧)含量高；要么富含芳烴、烯烴結構，穩定性差，都屬于加工難度較大的劣質重油。我國石化煉制企業當前面臨的主要挑戰之一便是如何最大限度地加工利用這些劣質重油，提高資源利用效率，增加企業經濟效益，因此，高效轉化重質油料的加工技術成為了各大煉制企業和國際能源公司空前關注的焦點。美國《石油時代》評述重油加工技術時指出，新一代煉油工藝主要有三種，即重油催化裂化、延遲焦化以及重油加氫。其中延遲焦化工藝作為重油深度熱加工技術，特別適合加工重質油料。

以重質原油渣油作為原料，采用延遲焦化(簡稱焦化)進行加工，生產輕質油料的同時會副產大量的石油焦炭。焦化過程一般產生的石油焦炭呈海綿狀，因而被稱為海綿焦。但是在實際加工過程中，隨著渣油中瀝青質和金屬含量的增加，在焦化過程中還會生成一種特殊焦化成焦形態——彈丸焦。彈丸焦是一種較為特殊的，通常大小不一，直徑分布在1-4mm之間，致密低空隙，表面光滑少孔，由形如BB彈的近球狀或橢圓狀焦丸組接而成，故稱其為彈丸焦。重油焦化過程中彈丸焦的生成會帶來一系列的生產和安全問題：焦炭塔拆卸底蓋時，彈丸焦松散的結構使得傾瀉過程很難控制；彈丸焦為主的生焦床層冷卻困難，冷焦之后仍然存在局部溫度過高的情況；清焦過程中的意外塌方以及焦層中的高溫物料對現場操作人員存在較大的安全威脅；在生產過程中使焦炭塔產生“騰涌”現象，造成塔體非正常晃動，形成安全隱患。

另外能源企業還廣泛采用焦化技術，加工FCC油漿、乙烯焦油原料，生產針狀焦。針狀焦外觀為銀灰色、有金屬光澤的多孔固體，其結構具有明顯流動紋理，孔大而少且略呈橢圓形，顆粒有較大的長寬比，有如纖維狀或針狀的紋理走向，因此而得名。

總體而言，重質油料焦化成焦的特性是影響延遲焦化轉化效果、加工成本、產品分類的關鍵因素之一，焦化成焦特性的調控研究更是目前能源行業的重點研究領域。目前在焦化成焦特性的研究中，制備焦化成焦樣品的方法主要是通過高壓釜反應或中型焦化裝置進行。采用高壓釜模擬焦化熱過程制備焦樣的方法，其主要的問題在于與實際延遲焦化過程偏差加大，譬如，高壓釜難以控制轉化過程的壓力，不能模擬焦化過程中對成焦特性影響較大的氣流逸出、剪切、攪拌與沖擊效應，也不能實施重質油料焦化過程中的循環油注入。采用中型焦化方法太過繁瑣，制備一個焦化樣品不僅耗時耗力，很難做到快速的制備，以便迅捷的進行后續分析表征，同時在經濟上也不合算。因此，開發一種模擬炭質大分子在不同的焦化條件下快速制備焦樣的裝置及方法，對于不同焦化條件下焦化樣品成焦性能的研究具有十分重要的意義。

發明內容

針對上述現有技術，本發明的目的是提供一種模擬炭質大分子在不同的焦化條件下快速制備焦樣的裝置及方法，可以實現不同條件下炭質大分子快速制備成焦樣，用于研究不同焦化條件對焦化樣品成焦形貌的影響。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

根據本發明的第一方面，提供一種模擬炭質大分子在不同的焦化條件下快速制備焦樣的裝置，包括：反應釜和加熱爐；

所述反應釜位于加熱爐的空腔內，反應釜的上端設有用于密封反應釜的反應釜蓋，所述反應釜蓋上設有出氣口，通過氣體出口管線與背壓閥門相連，用于設定及控制反應釜內的壓力；

反應釜的環壁上設有原料進口和循環油進料口，分別通過管線與原料油罐和循環油罐相連；可以在原料反應的同時進行循環油的添加，改變反應原料的結構組成，為特殊形態成焦提供必要的條件。

反應釜的底蓋上設有進氣口，通過氣體進口管線與供氣系統相連；通過注氣流量變化在反應釜內模擬形成不同強度的氣流沖擊、逸出、剪切、攪拌效應。

所述加熱爐與程序溫控器相連，通過程序溫控器對爐體內的溫度進行有效的控制。

進一步的，所述氣體出口管線上還設有冷凝器，采用循環水冷凝焦化產生的油氣，避免損壞背壓閥門。

進一步的，所述氣體出口管線上，在冷凝器之后還設有壓力表，用于監測反應釜內的壓力。

進一步的，所述氣體進口管線上設有流量計，用于測定注氣流速。