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悬浮床加氢原料油工况条件下黏温关系及界面张

导读:重油、渣油等油品的黏度、界面张力的预测对于研究油品的流动特性、储运特性以及后续的加工炼制等都具有非常重要的意义。为预测油品在悬浮床反应器中的运动状态,在此基础上构


返回列表 来源:未知 发布日期:2019-11-29 15:23【
根据近些年来化石能源行业等的统计显示,全 球探明石油可采储量中,基本以重质油为主,轻质 原油占比逐年下降。另外,未来新增原油供应也 将以重劣质油为主。可以看到,原油资源的重质化、 劣质化趋势已经非常明显。随着这一趋势的逐渐加 剧,目前仅仅适用于较轻质原油的炼油设备、炼油 催化剂、炼油工艺技术等将会被逐渐淘汰,市场上 对于能够较为灵活的处理不同组成、性质的重劣质 油的工艺将成为各个石油巨头、研究单位的研究重 点,当然也成为了市场导向。由此应运而生的悬浮 床加氢裂化技术,由于其可加工重质劣质常规石油、 非常规石油以及高中低温煤焦油等各种劣质原料的 特点,被普遍认为是行业发展趋势,因此受到了 广泛的重视,研究者普遍认为,悬浮床加氢技术的 开发是重油加工技术领域一次技术变革。

重劣质油、煤焦油等作为悬浮床加氢工艺的重要 组成原料,其在加氢过程中的流变性质的研究具有重 要意义,建立在反应条件下油品的物性模型,对悬浮 床加氢工艺未来各种重劣质油加氢处理的广泛适用 性以及重劣质油加工数据库的建立等都是非常有必 要的。然而,对于油品物性数据的研究等,有报道的 研究内容都广泛集中在相对较低温度下,主要是驱油过程的流变性质的研究,而对于较高温度下油品 的黏温性质、界面张力变化规律等的研究较少,对于 油品的综合理化性质的研究也相对不足。本文将对近 年来重油、渣油、煤焦油等重劣质油的黏度、界面张 力等重要的物性参数随温度变化的规律变化迚行总 结,在此基础上,以求加深对悬浮床加氢反应器研发 过程中反应过程及模型的搭建的认识。 根据众多研究者的研究结果,重油、渣油等油 品的黏度、界面张力等物性数据,随着温度的变化 都呈现出一定的变化规律,油品与油品之间虽然存 在一定的差异,但是都可以用油品组成的差异来解 释,在此基础上对模型迚行精确的修正或添加变量 来完善模型。在多年的研究过程中,研究者在这其 中建立了大量的模型和理论研究成果。

黏温曲线计算近似
油品在较高温度下的黏温曲线的获得方式以 仪器直接测得最为准确,但是,不可避免的是,在 较高温度下油品的挥发性会造成很严重的误差及安 全问题,因此,仪器在较高温度条件下的密封性成 为了仪器的主要加工难点。然而,目前市场上多家 仪器生产厂家目前很难达到悬浮床加氢工艺操作条 件下(450 ℃)的黏温关系的直接测定,而拥有此 项技术的科研院所也是在现有仪器基础上迚行相关 的密封性改造已达到实验目的,存在一定的偶然性 以及不具备广泛适用性。 考虑到上述因素,本文在根据现有仪器测得的 相对较低温度条件下的黏温曲线关系的基础上迚行 了减压渣油较高温度条件下黏温关系的计算近似, 以求对减压渣油反应模型迚行较为准确的理论模型 建立的指导。就目前的技术而言,在缺少直接测量 仪器以及相关行业标准的情况下,利用模型迚行计 算模拟近似,是最具说服性地技术手段。

可以看到,Toledo减压渣油黏度非常大,在100 ℃ 以上才开始有流动性,幵开始具备测量条件,受限 于测量仪器的物理条件,最终的黏温曲线结果的温 度区间也仅有 120~150 ℃一共 30 ℃的温度区间, 根据这一曲线预测 450 ℃条件下的黏温曲线关系, 注定误差较大。

上海昌吉已经报道了很多有关油品黏度与温度 关联关系预测模型的研究,这些模型通常是由实际 测得的油品黏度数据关联、模拟而来。Walther (1931),Beal (1946),Carr (1954),Chew 与 Connally (1959),Standing (1962)以及 Lohrenz (1964)等研究者以温度、压力、外界气体组成等 参考变量建立了各自的关于油品的黏温关系模型。 在预测重油(dead-oil)黏温关系的模型中,Beal (1946)的模型在工业实际应用中被认为相对较为 准确。Beggs 与 Robinson (1975)提出的黏温关系 的模型则能同时预测重油与饱和油。

另外,因为目前按照较低温度实测的曲线是按照 目前在较低温度下的液体组成来测得的,但是,在较 高温度下,液体中的轻组分必然会逸散到反应器中的 气相中,这会导致研究物的组成馏分结果偏变重,这 时候按照其较轻组成计算得到的结果必然偏轻。

界面张力模拟近似计算
在悬浮床加氢体系中,原料油的界面张力的大 小直接影响体系中气泡的大小和分布范围及尺寸大 小,这对于体系中气体如 H2从体相向催化剂表面、 油品表面的扩散有很大的影响,随着温度的变化, 其界面张力也呈现出不同的变化规律。因此,计算 工况条件下渣油在 H2 气氛下的界面张力变化对于但是,目前关于气体/渣油界面张力的研究集中 在 CO2/N2等气体驱油的领域中,关于加氢领域中尤 其是 H2 气氛下渣油的界面张力研究还处于空白状 态。因此,本文主要以与 H2 分子结构较为相似的 N2为主要研究考察对象,考察 N2气氛下渣油的界面 张力。另外,对于不同气氛下的渣油的界面张力变 化来说,气体的沸点越低,其在高压下溶解入渣油 之中导致界面张力变小的幅度变化越小[5,6]。查表可 知,在标准状态下,CO2 沸点-56.5 ℃,N2 沸点 -195.6 ℃,H2沸点-252.7 ℃,因此,相同压力下, H2 气氛下降低的幅度应该比 N2 气氛相对应的界面 张力下降幅度小,因此,可以得到在高压条件下的 H2/渣油的界面张力应当处于该渣油在 N2 气氛下常 压以及高压条件下界面张力之间。

结 论
本文建立了一种估算在较为苛刻的条件下,减 压渣油在氢气气氛条件下的黏度、界面张力等随温 度变化的关系的方法,在缺少相应的测量方法的条 件下,可以对油品的相应参数迚行简单的估算。 总体来说,油品的黏度、界面张力随着温度的 变化都呈现出一定的变化规律,根据相关工作的经 验性公式以及相关模型可以对于油品在工况条件下 的黏温曲线以及界面张力迚行一定程度的预测。对 于界面张力计算模拟的范围来说,同时考虑到数量 级,基本在±3 mN/m 范围内,另外考虑到计算结果 的误差性,这一结果基本可以参考;对于黏温关系 来说,则存在数倍的差距,这一工作有实测工作的 限制因素,以及工况条件下的减压渣油组成变化等 因素的影响同时存在。