Способ определения склонности нефтяных остатков к расслоению

)5 С 01 Я 33/ ТЕНИ ЬСТВУ едовательефтеперекой прола ство,ефтяног с.60. о СССР 1982рекин- ый вающие ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕ ИЗ К АВТОРСКОМУ СВИ(71) Всесоюзный научно-исслский и проектный институт нрабатывающей и нефтехимичесмьпвпенности(54) СПОСОБ ОПРЕЛЕЛЕНИЯ СКЛОННОСТИНЕФТЯНЫХ ОСТАТКОВ К РАССЛОЕНИЮ(57) Изобретение касается аналитиче кой химии, в частности определения склонности нефтяных остатков к рас.слоению, что может быть использован Изобретение относится к нефтеперерабатывающей и нефтехимической промьпвпенности и может быть использованопри оптимизации режимов работы труб- .чатых реакторов процессов термического крекинга нефтяного сырья,Целью изобретения является расширение границ применимости способа,Способ осуществляют следующимобразом.К реакторам, работающим в режимениэкотемпературного крекинга, вкоторых температура реакционной смесименьше 460 С, а продолжительностьреакции термической деструкции (время в нефтепереработкеЦель - расширение границ применимости способа, Оп; ределение 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, 0 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. Испольэованйе этого способа позволит эксплуатироЖ вать реакционные аппараты низко- и высокотемпературного крекинга, не превышая пределы агрегативной устойчивости реакционной смеси со скоростью коксоотложения, обеспечивающей их непрерывную работу в течение задан- = ного срока. 1 ил., 2 табл. пребывания сырья) составляет 5-15 мии более относятся сокинг-змеевики(сокинг- т,е. томление, длительнаявыдержка) и сокинг-камеры установоктермической переработки нефтяногосырья, Сокинг-змеевик представляетсобой реакционный трубчатый змеевик,размещаемый в нагревательных печахустановок термического крекинга,Сокинг-камера или реакционная камераиспользуется на установках висбга и представляет собой трубчатреактор вертикального типа, включающий в себя устройства, обеспечиравномерность движения газожидкостйого потока (используются горизонтальные решетки, вертикальные перегородКи, конусные узлы ввода и вывода Й Дра)5В этих реакторах температура реакЦионного потока мало отличаетсяо(на 0-10 С) от температуры стенки реактора, а температура в пристеночйом слое практически равна измеряе мой температуре потока.Склонность нефтяных остатков к расслоению определяют по массе кокСа на металлических образцах, размещенных по оси реактора, по времени 15 пребывания реакционного потока в зоне реакции и температуре нагрева реакционного потока, соответствующих Началу лавинообразного роста веса вуокса на образцах. 20Изобретение позволяет определять Устойчивость нефтяного остатка к Расслоению по времени реакции и темцературе деструкции реакционного потока в реакторах с перегретой тем Оературой стенки (510 С и выше, высокотемпературный крекинг), так и в реакторах с температурой стенки, равной или мало отличающейся от температуры реакционного потока (0-10 С, низКотемпературный крекинг). Время реакции.и температура деструкции, соответствующие началу лавинообразного роста массы кокса, являются допусти" мами значениями режима термического крекинга конкретного нефтяного сырья и их.превышение приводит к расслоению реакционной смеси, лавинообразному росту кокса и быстрому закоксо". выванию реакционного аппарата, Время реакции определяется по длине реактора по отношению к каждому образцу по формуле1 = 0,7.85 й 1 / С,где й - диаметр трубчатого реактора, м;1; - расстояние от начала реактора до -го образца, м;С - расход сырья, м/ч.Определение склонности нефтяных остатков к расслоению выполняется в условиях конкретного режима температур деструкции по длине реактора. При неизотермическом режиме сырьевогопотока по длине реактора температура деструкции определяется как средняя ре жимная температура деструкции между температурами реакционного потока навходе и выходе реактора. Возможно такжеболее точное определение температурыдеструкции, соответствующей началулавинообразного роста массы кокса,путем непосредственного измерениятемпературы 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 кединице времени проведения эксперимента и площади образца. Эта величинапредставляет собой скорость коксоотложения и измеряется в мг /см ч.Размещение металлических образцовпо оси реактора дает возможностьполучить благоприятные гидродинамические условия обтекания их поверхностейреакционным потоком,Допустимые значения времени реакции и температуры деструкции могутопределяться как на типовой пилотнойустановке, 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 быстрогороста массы кокса,Кокс, образующийся в начальнойобласти, является результатом процессов полимеризации и конденсации жидких нефтяных углеродов находящихсяв неподвижном пограничном слое наповерхности образцов. Переход к области быстрого лавинообразного ростамассы кокса объясняется потерей реакционной смесью коллоидной устойчивости к расслоению, при этом на образцахвыделяются частицы дисперсной фазы -агломерированные асфальтены, образуярыхлую, неровную поверхность углеро,дистых отложений.П р и м е р, Гудрон (плотность=9 бб г/см; температура вспышки300 С, вязкость условная при 80 С45 ВУ ; температура размягчения 32 ОС;содержание фракций, выкипающих до 500 С24 об.7; содержание смол 34 мас,7, 1594425Время пребывания реакционного 40 потока в зоне реакции до начала лавинообразного роста кокса определяется аналитическим способом по 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, превышающем 13,4 мии (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 иэ описанных опытов приведены допустимые значения времени реакции ( ь д п) и скорости 50 55 содержание асфальтенов 5,83 мас.7 подвергают термической деструкциина пилотной установке висбрекинга. Проиэводительнось установки 1,бИ 0м /ч, давление процесса 10 ата,объемная скорость по исходному сырью 4 ч-, длина трубчатого реактора2,0 м, диаметр реактора 20 х 2 мм. Реактор размещен внутри нагревательной 10 печи с регулируемым подводом тела. Реактор установлен вертикально и вверхней части имеет разборное уст-, ройство для подвески металлическихобразцов по длине реакционной эоны. 15 Образцы представляют прямоугольные пластины размером 30 х 10 х 2 мм и выполнены из стали 0,8 х 13. 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. в .5) и представ 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. увеличению разности скорости коксоотложения на соседних образцах(табл,1) и графическим способомпо изменению крутизны соответствующей кривой. В момент начала лавинообразного роста кокса наблюдаетсязаметное увеличение скорости коксоотложения и появление рыхлой, неровной поверхности углеродистых отложений на самих образцах, Скоростькоксоотложения рассчитана по формуле где И, - скорость коксоотложения на2 х-м образце, мг/см ч;г. - время проведения эксперимента;Б - поверхность д-го образца,г.тзС. - маса кокса на -м образцеФмг.Опыт 1 выполнен при условии постоянства температуры реакционного потокавнутри трубчатого реактора, равной450 ф С,Лавинообразный рост кокса начинается при времени реакции, превышающем10,5 мин с 8-го образца (табл,1), Для8-го образца отложившийся кокс имеетровную бархатную поверхность, начинаяс 8-го образца поверхность постепенно становится неровной и рыхлой.В табл.1 граница перехода от медленного роста кокса к лавинообразномуотмечена 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 опытах2 и 3 начинается при времени реакции,превьппающем соответственно 11,5 минс 1 О образца и 12,5 мин с образца 12(табл. 1),В опыте 4 лавинообразование ненаблюдается - реакционная смесь сохраняет устойчивость к расслоению.Опыт 5 выполнен с добавками ароматического газойля каталитическогокрекинга к исходному гудрону в количестве 2 мас.Ж (фр. 270-420 С), притемпературах на входе и выходе,реакотора соответственно 450 и 425 С.коксоотложения (И) соответствующие началу лавинообразного роста кокса. Для реакционной камеры промышленной установки висбрекинга представлены расчетные величины толщины вероятньи углеродистых отложений ( в течение года непрерывной работы и нагруэ. Жи по сырью (С) при диаметре реакционной камеры 1,6 м и высоте 12 м, толщина вероятных углеродистых отложений рассчитана по формулед= 8000 У /где 8000 - число рабочих часов в годуюИ - допустимая скорость коксоотложения, мг/см ч;о - плотность углеродистыхкотложений равна 2 г/см-или 2000 мг/смф.Нагрузка по сырью рассчитана по формуле6=0,785 д 1/С2где Й - диаметр реактора, м;1 - длина реактора, м;- допустимое значение времеДейни реакции, ч,Использование предлагаемого способа по сравнению с известным обеспечит возможность определения склон" ности нефтяных достатков 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 аппараты 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 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.20Формула изобретенияСпособ определения склоннрсти, нефтяных остатков к расслоению в реакторах термического крекинга при 25 температуре деструкции и коксоотложения, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения границ применимости способа, определяют массу кокса на металлических образцах, разЗ 0 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 1 Времяреакции,мнн Относительная длина з Образец Показатели для опыта 2Тпрн температуре нв входе/выходе реактора, С (средняя температура потока, фС) 450/450 (450) 450/425 (437,5) 450/435 (442,5) 450/425 (437,5) 50/415 432, 5) бн н д ) лн н 1 ан Относительная длина реакционной эоны, представляет собой отнояенне расстояния от нвчвлареактора до данного образца к длине реактора.Скорость роста кокса нв образцах, мг/см ч.Изменение скорости роста кокса яа соседних образцах, мг/см ,ч.тффффРевим выполнен в присутствии ароматической добавки в количестве2 мзс.Й по отнояения к нефтяному сырью,Таблнца 2 Показатели для опыга Параметрыопыта Г3 4 ф 5" при температуре на входе/выходе реактора, С 450/435 450/425 450/415 4 450/450 50/425 13,5 12,5 10,5 11,5 минАоп7смз ч 1,9 1,9 2,3 1,8 2,0 7,6107,4 7,6 107,4Реакционная система является устойчивой к расслоению и приведена максимальная скоростькоксоотлокеиия, полученная в данном опыте (см,табл. 1).а+Опыт выполнен в присутствии ароматической добавки, 2 мас.Х по отиоюению к нефтяномусырью. 12Э45"6789О11121341516 0,470,50,530,570,600,630,660,700,730,770,800,830,870,900,93.0,97 7,5881599,51010,5111151212 ф 5313,51414,515 0,91,0 0,1 1,2 0,2 15 ОеЗ 1,7 0,2 1,6 0,1 1,8 0,2 2 э 4 Оеб 28 Ое 4 Зе 5 Оэ 7 4,9 1,4 7,5 2,6 16,0 7,5 25,0 0,0 46 еО 21 фО 82,0 36,0 0,8 0,9 1,2 1,2 1,1 1 е 4 1,6 1,8 2,0 2,5 32 4,2 5,3 6,1 6,3 6,5 0,1 0,3 0 -О, 0,3 0,2 0,2 0,2 0,5 0,7 1,0 1)1 0,8 0,7 0,2 0,8 0,8 1,0 1,1 1,3 1,6 17 1,7 2,0 2,3 2,8 3,3 3,7 3,9 3,6 0,6 0 0,8 Оф 2 Оэ 9 0,1 0,9 0 0,7 0,2 0,8 0,3 1,1 -0,4 1,1 0,5 1,3 ОвЭ . 14 О,Э 1,2 0,5 1,6 0,5 1,7 0,4 1,9 бю 2 118 0,3 1,8 0,20,10о комитета по изобретен Москва, Ж, Раушска м и открытиям при Г наб., д. 4/5