Способ определения склонности нефтяных остатков к расслоению Советский патент 1990 года по МПК G01N33/22 

Изобретение относится к нефтеперерабатывающей и нефтехимической про- мьшшенности и может быть использовано при оптимизации режимов работы труб- . чатых реакторов процессов термического крекинга нефтяного сырья.

Целью изобретения является расширение границ применимости способа.

Способ осуществляют следующим образом.

К реакторам, работающим в режиме низкотемпературного крекинга, в которых температура реакционной смеси меньше 46|0°С, а продолжительность реакции термической деструкции (время

пребывания сырья) составляет 5-15 мин и более относятся сокинг-змеевики (сокинг- т.е. томление, длительная вьщержка) и сокинг-камеры установок термической переработки нефтяного сырья о Сокинг-змеевик представляет собой реакционный трубчатый змеевик, размещаемый в нагревательных печах установок термического крекинга. Сокинг-камера или реакционная камера используется на установках висброкин- га И представляет собой трубчатый реактор вертикального типа, включающий в себя устройства, обеспечивающие равномерность движе1;ия газожидкостНого потока (используются горизонтал Мые решетки, вертикальные перегородки, конусные узлы ввода и вывода и ДР.) .

В этих реакторах температура реакционного потока мало отличается (на 0-10 С) от температуры стенки реактора, а температура в пристеноч- йом слое практически равна измеряемой температуре потока.

Склонность нефтяных остатков к 1| асслоению определяют по массе кок- da на металлических образцах, раз- Цещенных по оси реактора, по времени г ребьгоания реакционного потока в зоне реакции и температуре нагрева реакционного потока, соответствующих Началу лавинообразного роста веса 4окса на образцах. ; Изобретение позволяет определять Устойчивость нефтяного остатка к р асслоению по времени реакции и температуре деструкции реакционного по- TjOKa в реакторах с перегретой температурой стенки ( и вьше, высо- фтемпературный крекинг) , так и в р1еакторах с температурой стенки, рав- йой или мало отличающейся от темпера- реакционного потока (, низ к|отемпературный крекинг). Бремя реак- и|ии.и температура деструкции, соот- в|етствующие началу лавинообразного рЬста массы кокса, являются допусти- значениями режима термического к|рекинга конкретного нефтяного сырья и| их-превьшение приводит к расслое- Н:Ию-реакционной смеси, лавинообразному росту кокса и быстрому закоксо- вЫванию реакционного аппарата. Время реакции определяется по длине реактора по отношению к каждому образцу по фЬрмуле

1. 0,785 Ij/ G,

где

d - диаметр трубчатого реактора, м;

Ij- расстояние от начала реактора до i-ro образца, м; G - расход сырья, . Определение склонности нефтяных остатков к расслоению выполняется в условиях конкретного режима температур деструкции по длине реактора. При:неизотермическом режиме сырьевог потока по длине реактора температура деструкции определяется как средняя ре жймная температура деструк191и между

0

5

0

5

0

5

0

5

0

температурами реакционного потока на входе и выходе реактора. Возможно также более точное определение температуры деструкции, соответствующей началу .. лавинообразного роста массы кокса, путем непосредственного измерения температуры потока в местах расположения металлических образцов, например посредством использования подвижной термопары.

Для удобства обработки экспериментальных данных и эффективного использования полученных результатов привес кокса на образцах относится к единице времени проведения эксперимента и площади образца. Эта величина представляет собой скорость коксоот- ложения и измеряется в мг .

Размещение металлических образцов по оси реактора дает возможность получить благоприятные гидродинамические условия обтекания их поверхностей реакционным потоком.

Допустимые значения времени реакции и температуры деструкции могут определяться как на типовой пилотной установке, так и на промышленной установке.

Проведенные экспериментальные исследования по изучению коксоотложе- ния на образцах, выполненные на пилотной установке, показывают, что масса кокса на образцах с ростом продолжительности реакции нефтяного остатка (по длине реактора) изменяется в широких пределах и-можно вьщелить область начального и область быстрого роста массы кокса.

Кокс, образующийся в начальной области, является результатом процессов полимеризации и конденсации жидких нефтяных-, углеродов, находящихся в неподвижном пограничном слое на поверхности образцов. Переход к области быстрого лавинообразного роста массы кокса объясняется потерей реакционной смесью коллоидной устойчивости к расслоению, при этом на образцах вьщеляются частии дисперсной фазы - агломерированные асфальтены, образуя рыхлую, неровную поверхность углеро.дистых отложений.

Пример. Гудрон (плотность г/смЗ; температура вспьшки

, вязкость условная при 45 температура-размягчения содержание фракций j выкипающих до 24 об.%; содержание смол 34 мас.%

содержание асфальтенов 5,83 маСо% подвергают термической деструкции на пилотной установке висбрекинга. Производительнось установки 1,6 , давление процесса 10 ата, объемная скорость по исходному сырью 4 , длина трубчатого реактора 2,0 м, диаметр реактора 20x2 мм. Реатор размещен внутри нагревательной печи с. регулируемьм подводом тела. Реактор установлен вертикально и в верхней части имеет разборное уст-, ройство для подвески металлических образцов по длине реакционной зоны. Образцы представляют прямоугольные пластины размером 30x10x2 мм и выполнены из стали 0,8x13. Образцы изготавливаются из той же стали, что и материал промьшшенного реактора. Образцы соединены между собой гибкой .проволокой, при этом верхний образец крепится к разборному устройству вверху реактора, а нижний образец соединен с отвесом. Отвес размещаетс в нижней предреакционной зоне и позволяет натянуть соединенные между собой образцы вдоль оси реактора.

В табл.1 приведены примеры выполнения способа (опыты 1лЗ) и представ лена Зависимость скорости коксоот- ложения на металлических образцах от продолжительности реакций крекинг нефтяного остатка при разных температурных работы.

На чертеже в графической форме . представлены зависимости скорости коксоотложения от времени реакции, приведенные в табл.1.

Время пребьшания реакционного потока в зоне реакции до начала лавинообразного роста кокса определяется аналитическим способом по увеличению разности скорости коксоотложения на сос1адних образцах (табл.1) и графическим способом по изменению крутизны соответствующей кривой. В момент начала лавинообразного роста кокса наблюдается заметное увеличение скорости коксо- отложения и появление рыхлой, неровной поверхности углеродистых отложений на самих образцах. Скорость коксоотложения рассчитана по формуле

W. G;/t,.

S;,

где W . - скорость коксоотложения на i-M образце, мг/см..ч;

5 0 5

О

5 Q

Сж- время проведения эксперимента;S - поверхность i-ro образца.

i

,

5

0

5

G.- маса кокса на i-м образце,

I

мг.

Опыт 1 вьтолнен при условии постоянства температуры реакционного потока внутри трубчатого реактора, равной

450 С.

Лавинообразный рост кокса начинается при времени реакции, превышающем 10,5 мин с 8-го образца (табл.1). Для 8-го образца отложившийся кокс имеет ровную бархатную поверхность, начиная с 8-го образца поверхность постепенно становится неровной и рыхлой.

В табл.1 граница перехода от медленного роста кокса к лавинообразному отмечена разделительной чертой (опыты 1-3 и 5).

На чертеже граница перехода отмечена стрелками.

Опыты 2-4 проведены при температуре на входе в реактор и температурах на выходе из реактора, соответственно 435, 425 и 415 С.

Лавинообразный рост кокса в опытах 2 и 3 начинается при времени реакции, превышающем соответственно 11,5 мин ,с 10 образца и 12,5 мин с образца 12 (табл.1).

В опыте 4 лавинообразование не наблкдается - реакционная смесь сохраняет устойчивость к расслоению.

Опыт 5 выполнен с добавками ароматического газойля каталитического крекинга к исходному гудрону в количестве 2 мас.% (фр.270-420 0, при температурах на входе и выходе.реактора соответственно 450 и 425 С.

Применение ароматической добавки позволяет повысить растворяющую способность реакционной смеси по отношению к асфальтенам, являющимся источником образования дисперсной фазы.

Начало лавинообразного роста кокса наступает при времени реакции, пре- - вышающем 13,4 мин. (табл.1) с образца 14.

В опыте 5 наблюдается общее снижение скорости коксоотложения на всех образцах по сравнению с опытом 3, выполненным при тех же температурах на входе и выходе реактора.

В табл.2 по каждому из описанных опытов приведены допустимые значения времени реакции ( скорости

коксоотложения (W),. соответствующие началу лавинообразного роста кокса. Для реакодонион камеры промьгашенной установки висбрекинга представлены расчетные величины толщины вероятнызс углеродистых отложений (с/) в тече- йие года непрерывной работы и нагру:И Ки по сырью (G) при диаметре реакционной камеры 1,6 м и высоте 12 м, Т олщина вероятных углеродистых отло- л|ений рассчитана по формуле

Л 8000 W

5„ оиии W /|) ,

15

число рабочих часов в году;

допустимая скорость коксоотложения, мг/см ч; °тность углеродистых 20 отложений равна 2 или 2000 мг/см. по сырью рассчитана по

G 0,785.d4 ,

где d - диаметр реактора,, м;

1 - длина реактора, м; АОП Д° УС гимое значение време-

ни реакции, ч.

Использование предлагаемого способа по сравнению с известным обеспечит возможность определения склонности нефтяных остатков к расслоению по длине реакционной зоны в зависимости от режима деструкции, характе

с Q

5

0

5

о

5

ризуемого временем реакции исходного сьгрья и температурой деструкции.

Применение данного способа позволит эксплуатировать реакционные аппараты низкотемпературного и высокотемпературного крекинга,, не превьшая пределы агрегативной устойчивости реакционной смеси со скоростью коксоотложения, обеспечивающей их непре- рьшную работу в течение заданного срока.

В этом слзгчае на установке висбре- кинга гудрана за счет правильного выбора режимных условий работы и ликвидации остановок на очистку и удаление кокса в реакционной камере, срок непрерывной работы в течение .года может быть увеличен на 12-15 сут.

Формула изобретения

Способ определения склоннрсти (Нефтяных остатков к расслоению в реакторах термического крекинга при. температуре деструкции и коксоотложения, отличающийся тем, что, с целью расширения границ применимости способа, определяют массу кокса на металлических образцах, размещенных на оси реактора, и о .склонности нефтяного остатка к paccлoe шю судят по времени пребывания реакционного потока в зоне реакции и средней температуре нагрева его, при которых происходит начало лавинообразногЪ роста массы кокса на металлических образцах.

Относительная длина реакционной зоны, представляет собой отношение расстоякня от начала

реактора до данного образца к длине реактора. Скорость роста кокса на образцах, мг/см -ч,

HsMeHeHHe скорости роста кокса яа соседних образцах, мг/см -ч. Реями выполнен в присутствии аронатической -добавки в количестве 2 мас.Х по отношению к нефтяному сырью.

Изобретение касается аналитической химии, в частности определения склонности нефтяных остатков к расслоению, что может быть использовано в нефтепереработке. Цель - расширение границ применимости способа. Определение склонности нефтяных остатков к расслоению в реакторах термического крекинга ведут при температуре деструкции и коксоотложения. При этом определяют массу кокса на металлических образцах, размещенных на оси реактора. О склонности к расслоению судят по времени пребывания реакционного потока в зоне реакции и средней температуре его нагрева, при которых происходит начало лавинообразного роста массы кокса на металлических образцах. Использование этого способа позволит эксплуатировать реакционные аппараты низко- и высокотемпературного крекинга, не превышая пределы агрегативной устойчивости реакционной смеси со скоростью коксоотложения, обеспечивающей их непрерывную работу в течение заданного срока. 1 ил., 2 табл.

Реакционная система является устойчивой к р&сслоению и приведена максимальная скорость

коксоЪтложения, полученная в данном опыте (см.табл,).

0пыт выполнен в присутствии ароматической добавки, 2 sac.Z по отношению к нефтяному сырью.

Таблица 2

BpSMft реакции fiUff

j-t.

7 2 3 V 5 57 В 3 Ю 11 n 73 / fS Номера о розцоб

7V 15