Способ определения склонности нефтяных остатков к расслоению

 

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 низкои высокотемпературного крекинга, не превышая пределы агрегативной устойчивости реакционной смеси со скоростью коксоотложения, обеспечивающей их непрерывную работу в течение заданного срока. 1 ил., 2 табл.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (191 (10

А1 (5))5 С 01 N 33/22

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4474180/23-04 (22) 12.08.88 (46) 23.09.90. Бюл. 11 - 35 (71) Всесоюзный научно-исследователь. ский и проектный институт нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности (72) И.В.Корсак, П.П.Надоненко и Л.Н.Шабалина (53) 662.75 (088.8) (56) Сюняев З.И. Производство, облагораживание и применение нефтяного кокса-. — N.: Химия, 1973, с.60..

Авторское свидетельство СССР

У 941398, кл. С 10 G 9/14, 1982. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКЛОННОСТИ

НЕФТЯНЫХ ОСТАТКОВ К РАССЛОЕНИЮ (57) Изобретение касается аналитической химии, .в частности определения склонности нефтяных остатков к рас.слоению, что может быть использовано

Изобретение относится к нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности 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 ниэкотемпературного крекинга, в которых температура реакционной смеси меньше 460 С, а продолжительность реакции термической деструкции (время, в нефтепереработке ° Цель — расширение границ применимости способа. Оп; ределение склонности нефтяных остатков к расслоению в реакторах термического крекинга ведут при температуре деструкции и коксоотложения. При эт -м 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. Испальэованйе 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. пребывания сырья) составляет 5-15 мин .и более относятся сокинг-змеевики (сокинг- т.е. томление, длительная выдержка) и сокинг-камеры установок термической переработки нефтяного сырья, Сокинг-змеевик представляет собой реакционный трубчатый змеевик, размещаемый в нагревательных печах а установок термического крекинга, Сокинг-камера или реакционная камера используется на установках висбрекинга и представляет собой трубчатый реактор вертикального типа, включающий в себя устройства, обеспечивающие равномерность движения газожидкост1594425 його потока (используются горизонтальные решетки, вертикальные перегородКи, конусные узлы ввода и вывода

Й др,}, 5

В этих реакторах температура реакЦионного потока мало отличается о (на 0-10 С) от температуры стенки реактора, а температура в пристеночном слое практически равна измеряе- 1О мой температуре потока.

Склонность йефтяных остатков к расслоению определяют по массе кокСа на металлических образцах, размещенных по оси реактора, по времени

1 пребывания реакционного потока в зоне реакции и температуре нагрева реакционного потока, соответствующих

Началу лавинообразного роста веса вуокса на образцах. 20

Изобретение позволяет определять устойчивость нефтяного остатка к

Расслоению по времени реакции и темцературе деструкции реакционного потока в реакторах с перегретой тем- 25 1ературой стенки (510 С и выше, высокотемпературный крекинг), так и в р!еакторах с температурой стенки, равaloA или мало отличающейся от температуры реакционного потока (0-10 С, низ-30 отемпературный крекинг). Время реакции.и температура деструкции, соответствующие началу лавинообразного роста массы кокса, являются допусти.м ами значениями режима термического крекинга конкретного нефтяного сырья и их .превышение приводит к расслоению.реакционной смеси, лавинообразному росту кокса и быстрому закоксовыванию реакционного аппарата. Время реакции определяется по длине реактора по отношению к каждому образцу по формуле

1i.= 0,7.85 и 1 / C, где d — диаметр трубчатого реактора, м;

1; — расстояние от начала реактора до i-ro образца, м;

С вЂ”. расход сырья, м /ч.

Определение склонности нефтяных остатков к расслоению выполняется в условиях конкретного режима температур деструкции по длине реактора.

При:неизотермическом режиме сырьевого потока по длине реактора температура деструкции определяется как средняя ре жимная температура деструкции между 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 коксоотложения и измеряется в мг /см ч.

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 коксоотложения 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 выделить 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 выделяются частицы дисперсной фазы— агломерированные асфальтены, образуя рыхлую, неровную поверхность углеро.дистых отложений.

Пример. Гудрон (плотность

< =966 г/см температура вспышки 300 С, вязкость условная при 80 С

45 ВУ ; температура размягчения 32ОС; содержание фракций, выкипающих до 50(PC

24 об.Х; содержание смол 34 мас,7.

1594425

Время пребывания реакционного 40 потока в зоне реакции до начала лавинообразного роста кокса определяется аналитическим способом по увеличению разности скорости коксоотложения на соседних образцах (табл. 1) и графическим способом по изменению крутизны соответствующей кривой. В момент начала лавинообразного роста кокса наблюдается заметное увеличение скорости коксоотложения и появление рыхлой, неровной поверхности углеродистых отложений на самих образцах. Скорость коксоотложения рассчитана по формуле

50

W, = G. /с S .., где W, — скорость коксоотложения на

\ 2

i-м образце, мг/см ч; содержание асфальтенов 5,83 мас.X подвергают термической деструкции на пилотной установке висбрекинга.

Проиэводительнось установки 1,б

«10 м /ч, давление процесса 10 ата, объемная скорость по исходному сырью

4 ч, длина трубчатого реактора

2,0 м, диаметр реактора 20х2 мм. Реактор размещен внутри нагревательной 10 печи с регулируемым подводом тела.

Реактор установлен вертикально и в верхней части имеет разборное уст-. ройство для подвески металлических образцов по длине реакционной эоны. 15

Образцы представляют прямоугольные пластины размером 30х10х2 мм и выполнены из стали 0,8х13. Образцы изготавливаются из той же стали, что и материал промышленного реактора. 20

Образцы соединены между собой гибкой ,проволокой, при этом верхний образец крепится к разборному устройству вверху реактора, а нижний образец соединен с отвесом. Отвес размещается 25 в нижней предреакционной зоне и позволяет натянуть соединенные между собой образцы вдоль оси реактора.

В табл.1 приведены примеры выпол-: нения способа (опыты 1. †.5) и представ- 30 лена зависимость скорости коксоотложения на металлических образцах от продолжительности реакций крекинга

° нефтяного остатка при разных температурных режимах работы.

На чертеже в графической форме . представлены зависимости скорости коксоотложения от времени реакции, приведенные в табл.1. гп- время проведения эксперимента;

S — - поверхность i-го образца, см :, тэ

С.— маса кокса íà i-м образце

Ф мг.

Опыт 1 выполнен 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-ro 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 450 С и температурах на выходе иэ реактора, соответственно 435, 425 и 415 С.

Лавинообразный рост кокса в опытах

2 и 3 начинается при времени реакции, превьппающем соответственно 11,5 мин с 1О образца и 12 5 мин с образца 12 (табл. 1) .

В опыте 4 лавинообразование не наблюдается — реакционная смесь сохраняет устойчивость к расслоению.

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

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

Начало лавинообразного роста кокса наступает при времени реакции, превышающем 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 прн тех же температурах на входе и выходе реактора.

В табл.2 по каждому иэ описанных опытов приведены допустимые значения времени Реакции (»„) H скорост1

1594425 коксоотложения (W),, соответствующие началу лавинообразного роста кокса.

Для реакционной камеры промышленной установки висбрекинга представлены расчетные величины толщины- вероятньж углеродистых отложений (© в течение года непрерывной работы и нагруэ-

Ки по сырью (С) при диаметре реакционной камеры 1,6 м и высоте 12 м. толщина вероятных углеродистых отложений рассчитана по формуле д,= 8000 W /р где 8000 - число рабочих часов в го«. ду3

W — допустимая скорость коксоотложения, мг/см ч; о — плотность углеродистых к отложений равна 2 г/см- или 2000 мг/см .

Нагрузка по сырью рассчитана по формул е

*оп

2 где d - диаметр реактора, м, 1 — длина реактора, м; — допустимое значение времеДФО ни реакции, ч.

Использование предлагаемого способа по сравнению с известным обеспечит возможность определения склонности нефтяных с статков к расслоению по длине реакционной зоны в зависимости от режима деструкции, характеризуемого временем реакции исходного сырья и температурой деструкции.

Применение данного способа позволит эксплуатировать реакционные ап» параты низкотемпературного и высокотемпературного крекинга, не превышая пределы агрегативной устойчивости реакционной смеси со скоростью коксоотложения, обеспечивающей их непрерывную работу в течение заданного срока.

В этом случае на установке висбрекинга гудрона sa 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 склонности, нефтяных остатков к расслоению в реакторах термического крекинга при.

25 температуре деструкции и коксоотложения, î т л и ч а ю шийся тем, что, с целью расширения границ применимости способа, определяют массу кокса на металлических образцах, разЗ0 мещенных на оси реактора, и о .склонности нефтяного остатка к расслоению судят по времени пребывания реакционного потока в зоне реакции и средней температуре нагрева его, при которых происходит начало лавинообразногЬ роста массы кокса на металлических образцах.

1594425

Таблнцв l

Время ревкцнн, мнн

Относительная длина"

Образец

Показатели для опыта

1 э 4 1

Т прн температуре нв входе/выходе реактора, С (средняя температура потока, С) 450/450 (450) 4 50/4 25 (43 7, 5) 450/435 (442,5) 4 SO/425 (43 7, 5) 50/415

432,5) >! !7 "» W

dW W 4!! W dW W 1 dW

Относительная длина реакционной эоны, представляет собой отнояенне рвссгояння от нвчвла реактора до данного образца к длине реактора.

Скорость роста кокса нв образцах, мг/см!.ч. Изменение скорости роста кокса яа соседних образцах, мг/см .ч.

Ф

" >м>Резям выполнен в присутствии ароматической добавкн в количестве

2 мзс.2 по отнонення к нефтяному сырью.

Таблица 2

Показатели для опыга

Параметры опыта

Г *

3 4" 5" » при температуре на входе/выходе реактора, С

450/435 450/425 450/415 4

450/450 50/425

13,5

12,5

13,5

l0 5

11,5 мин

Аоп

И, см.з ч

1,9

1,9

2,3

1,8

2>0

7,6

107,4

7,6

107,4

9,2

116,1

7,2

198

126,5

JK см

С, м5/ч

Реакционная система является устойчивой к расслоению и приведена максимальная скорость коксоотлокения, полученная в данном опыте (см.табл. 1). ееОпыт выполнен в присутствии ароматической добавки, 2 мас.Х по отноюенню к нефтяному сырью. 1

3

5 "»

7

9 !

О .11

12

13 !

0,47

0 5

0,53

0,57

0,60

0,63

0>66

0,70

0>73

0>77

0,80

0 83

0,87

0>90

0,93 .

0,97

7,5

8,5

9,5

10,5

11

11 ° 5

12

12 5 !

3.

13>5

14

14,5

0,9

1,0 0,1

1,2 0,2 I 5 ОЭ

1,7 0,2

1>6 ««0,1

1,8 0,2

2,4 0,6

2 8 0,4

3,5 0,7

4,9 1,4

7,5 2,6

16,0 7,5

25 0 10,0

46,0 21,0

82,0 36,0

0,8

0,9

1,2

1,2

1>1

1>4

1,6

1,8

2>0

2,S

3,2

4,2

5,3

6,1

6,3

6 5

0,1

0,3

О

-О, 0,3

0,2

0>2

0,2

0,5

0,7

1,0

1>1

О,&

0,7

0,2

0,8

0,8

l ° О

1,1

1 1,1

1,3

1,6

1 ° 7

1,7

2,0

2,3

2,8

3,3

3,7

3,9

3,6

0,6

0 0>8

0,2 0,9

0,1 0,9

О 0,7

0,2 0,8

0,3 1,1

-0,4 1>1

0,5 1,3

0,3 . 1,4

О,Э 1,2

О,S 1 ° 6

0,5 1 ° 7

0 4 1,9

6,2 1,8

0,3 1>8

0,2

0,1

О

-0,2

0,1

0,3

О

0,2

О,l

-0,2

0 4

0>1

0,2

0>1

0,7

0>7

0,9

1,0

0,9

1,0

l,2

1,3

1,5

1>4

1,6

1,7

1,9

2,6

2,9

2,7

0,2

0,1

-0,1

0,1

0,2

0,1

0,2

-0,1

0,2

0,1

0,2

0,7

0,3

0,2

ll 594425

17 72 7Я Р / Я PP0rrc e, рруку

67 уя70111га

« обрадц ф

Составитель Н.Богданова

Техред M.Ходанич

Корректор -М.Шароши

Редактор С.Пекарь

Заказ 2824

Подписное

Тираж 510

3НИИПИ .Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101