[发明专利]一种模拟炭质大分子延迟焦化过程快速焦化制备成焦的装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于重质油热加工技术领域，具体涉及一种模拟炭质大分子延迟焦化过程快速焦化制备成焦的装置及方法。

背景技术

世界原油资源日益重质化和劣质化，尤其是再加上加工重质原油所带来的成本优势，导致全球约有42％的石化炼制企业(美国：甚至高达2/3炼制企业)倾向于提高加工原料中重质原油的比例，随之产出的渣油、FCC油浆、乙烯焦油等重质油料数量也必然随之增大。这些重质油料要么金属含量高、杂原子(硫、氮、氧)含量高；要么富含芳烃、烯烃结构，稳定性差，都属于加工难度较大的劣质重油。我国石化炼制企业当前面临的主要挑战之一便是如何最大限度地加工利用这些劣质重油，提高资源利用效率，增加企业经济效益，因此，高效转化重质油料的加工技术成为了各大炼制企业和国际能源公司空前关注的焦点。美国《石油时代》评述重油加工技术时指出，新一代炼油工艺主要有三种，即重油催化裂化、延迟焦化以及重油加氢。其中延迟焦化工艺作为重油深度热加工技术，特别适合加工重质油料。

以重质原油渣油作为原料，采用延迟焦化(简称焦化)进行加工，生产轻质油料的同时会副产大量的石油焦炭。焦化过程一般产生的石油焦炭呈海绵状，因而被称为海绵焦。但是在实际加工过程中，随着渣油中沥青质和金属含量的增加，在焦化过程中还会生成一种特殊焦化成焦形态——弹丸焦。弹丸焦是一种较为特殊的，通常大小不一，直径分布在1-4mm之间，致密低空隙，表面光滑少孔，由形如BB弹的近球状或椭圆状焦丸组接而成，故称其为弹丸焦。重油焦化过程中弹丸焦的生成会带来一系列的生产和安全问题：焦炭塔拆卸底盖时，弹丸焦松散的结构使得倾泻过程很难控制；弹丸焦为主的生焦床层冷却困难，冷焦之后仍然存在局部温度过高的情况；清焦过程中的意外塌方以及焦层中的高温物料对现场操作人员存在较大的安全威胁；在生产过程中使焦炭塔产生“腾涌”现象，造成塔体非正常晃动，形成安全隐患。

另外能源企业还广泛采用焦化技术，加工FCC油浆、乙烯焦油原料，生产针状焦。针状焦外观为银灰色、有金属光泽的多孔固体，其结构具有明显流动纹理，孔大而少且略呈椭圆形，颗粒有较大的长宽比，有如纤维状或针状的纹理走向，因此而得名。

总体而言，重质油料焦化成焦的特性是影响延迟焦化转化效果、加工成本、产品分类的关键因素之一，焦化成焦特性的调控研究更是目前能源行业的重点研究领域。目前在焦化成焦特性的研究中，制备焦化成焦样品的方法主要是通过高压釜反应或中型焦化装置进行。采用高压釜模拟焦化热过程制备焦样的方法，其主要的问题在于与实际延迟焦化过程偏差加大，譬如，高压釜难以控制转化过程的压力，不能模拟焦化过程中对成焦特性影响较大的气流逸出、剪切、搅拌与冲击效应，也不能实施重质油料焦化过程中的循环油注入。采用中型焦化方法太过繁琐，制备一个焦化样品不仅耗时耗力，很难做到快速的制备，以便迅捷的进行后续分析表征，同时在经济上也不合算。因此，开发一种模拟炭质大分子在不同的焦化条件下快速制备焦样的装置及方法，对于不同焦化条件下焦化样品成焦性能的研究具有十分重要的意义。

发明内容

针对上述现有技术，本发明的目的是提供一种模拟炭质大分子在不同的焦化条件下快速制备焦样的装置及方法，可以实现不同条件下炭质大分子快速制备成焦样，用于研究不同焦化条件对焦化样品成焦形貌的影响。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

根据本发明的第一方面，提供一种模拟炭质大分子在不同的焦化条件下快速制备焦样的装置，包括：反应釜和加热炉；

所述反应釜位于加热炉的空腔内，反应釜的上端设有用于密封反应釜的反应釜盖，所述反应釜盖上设有出气口，通过气体出口管线与背压阀门相连，用于设定及控制反应釜内的压力；

反应釜的环壁上设有原料进口和循环油进料口，分别通过管线与原料油罐和循环油罐相连；可以在原料反应的同时进行循环油的添加，改变反应原料的结构组成，为特殊形态成焦提供必要的条件。

反应釜的底盖上设有进气口，通过气体进口管线与供气系统相连；通过注气流量变化在反应釜内模拟形成不同强度的气流冲击、逸出、剪切、搅拌效应。

所述加热炉与程序温控器相连，通过程序温控器对炉体内的温度进行有效的控制。

进一步的，所述气体出口管线上还设有冷凝器，采用循环水冷凝焦化产生的油气，避免损坏背压阀门。

进一步的，所述气体出口管线上，在冷凝器之后还设有压力表，用于监测反应釜内的压力。

进一步的，所述气体进口管线上设有流量计，用于测定注气流速。