一種用于重質(zhì)油熱反應(yīng)過程中黏度的測定裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及測量裝置領(lǐng)域，尤其是一種用于重質(zhì)油熱反應(yīng)過程中黏度的測定 裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 世界原油資源日益重質(zhì)化和劣質(zhì)化，再加上加工重質(zhì)原油所帶來的成本優(yōu)勢，導(dǎo) 致全球約有42%的石化煉制企業(yè)（美國：約有2/3煉制企業(yè)）傾向于提高加工原料中重質(zhì) 原油的比例，隨之產(chǎn)出的重質(zhì)劣質(zhì)渣油數(shù)量也必然隨之增大。國家統(tǒng)計局公布的最新數(shù)據(jù) 顯示，我國2013年加工原油高達4. 79X108噸，其中重質(zhì)原油占有相當(dāng)?shù)谋壤?。這些重質(zhì)原 油中大于500°C的渣油產(chǎn)量高、加工難、應(yīng)用價值低。我國石化煉制企業(yè)當(dāng)前面臨的主要挑 戰(zhàn)之一便是如何最大限度的加工利用這些寶貴的石油資源，在滿足日益增長的輕質(zhì)運輸燃 料油需求的同時，提高資源利用效率，增加企業(yè)經(jīng)濟效益。因此高效轉(zhuǎn)化劣質(zhì)渣油的加工技 術(shù)成為了各大煉制企業(yè)和國際能源公司關(guān)注的焦點。美國《石油時代》評述渣油加工技術(shù)時 指出新一代煉油工藝主要有三種，即渣油催化裂化、延遲焦化以及渣油加氫。其中延遲焦化 工藝，加工中不使用催化劑，工藝過程較為簡單成熟，投資較小，特別適合輕質(zhì)化以高殘?zhí)肌?高瀝青質(zhì)、高雜原子（硫、氮、氧）和高金屬（如：鎳、鑰^等）為特點的劣質(zhì)渣油。目前已成 為全球劣質(zhì)重（渣）油輕質(zhì)化最有效的過程之一。同時近年來，我國逐步建立并擴大與委 內(nèi)瑞拉加拿大等國家的能源合作。委內(nèi)瑞拉超重原油和加拿大油砂瀝青等重油很有可能成 為未來我國煉油企業(yè)加工原料的重要接替資源。這些非常規(guī)重質(zhì)/超重質(zhì)石油資源黏度很 大，給開采、管輸都帶來了巨大的挑戰(zhàn)。
[0003] 因此，在輕質(zhì)摻稀油稀缺的地區(qū)，以輕度熱裂化（或供氫熱裂化）的方法就地獲得 黏度低、原油重度° API較高、儲運穩(wěn)定性好的改質(zhì)油成為解決這一問題的最佳方案。無論 是輕度熱裂化還是深度焦化工藝都屬于重質(zhì)油熱反應(yīng)工藝過程，目前熱反應(yīng)工藝過程的發(fā) 展和反應(yīng)工程設(shè)計都聚焦在研究原料、裂解中間產(chǎn)物、產(chǎn)物的化學(xué)組成與反應(yīng)器最佳操作 條件之間的關(guān)系。研究和設(shè)計需求表明影響反應(yīng)器中化學(xué)反應(yīng)進程的關(guān)鍵因素之一是熱反 應(yīng)體系的黏度。反應(yīng)體系黏度能影響反應(yīng)體系與涉熱裝置表面接觸的性能，如加熱爐爐管 結(jié)焦結(jié)垢等，還能控制體系內(nèi)部熱反應(yīng)的進程，影響最終的產(chǎn)物性質(zhì)（焦化成焦形貌）。為 了更好地理解與掌握在多相反應(yīng)器（譬如，焦炭塔）中反應(yīng)流體的反應(yīng)行為，以便針對性的 設(shè)計反應(yīng)器、調(diào)節(jié)反應(yīng)操作，反應(yīng)體系基本的黏度性質(zhì)是首先需要定量測量得到的數(shù)據(jù)。 [0004] 熱反應(yīng)體系一般反應(yīng)溫度較高，反應(yīng)速度快，體系化學(xué)組成變化也較快，這就要求 測量黏度的裝置升溫速率較快（以秒為單位），同時黏度的測量要迅速，具有即時性。熱 反應(yīng)過程中還會發(fā)生氣化、裂解，產(chǎn)生大量氣泡，還會有不溶于有機溶劑的高碳化度殘渣 (譬如，焦）生成，這些都能顯著地改變熱反應(yīng)體系的流體特性。
[0005] 上述熱反應(yīng)體系的特點使得一些傳統(tǒng)的高溫黏度測量方法，譬如，專利 CN101308074A公開的毛細管黏度計法、專利CN202735196U公開的旋轉(zhuǎn)黏度計法、專利 CN103480974A公開的平行板流動法等，不能適用于重質(zhì)油熱反應(yīng)過程中黏度的測量。專利 CN101685058A和專利CN2852109Y公開了涉及到石油化工類似的高溫黏度測量裝置，但是 所用裝置升溫速率較慢，以分鐘計量，同時所用裝置的黏度-扭矩功率公式必須建立在選 取的標準物質(zhì)溫度不發(fā)生性質(zhì)變化的基礎(chǔ)上，不能滿足熱反應(yīng)過程黏度測量的需要。因此， 以提高測量系統(tǒng)升溫速率、測量簡單快捷性以及應(yīng)對熱反應(yīng)體系復(fù)雜相態(tài)分布的能力為重 點，研究一種新的重質(zhì)油熱反應(yīng)過程黏度表征方法，開發(fā)重質(zhì)油熱反應(yīng)過程黏度快速即時 測量的裝置具有重要的意義。 【實用新型內(nèi)容】
[0006] 本實用新型的目的就是針對重質(zhì)油熱反應(yīng)過程的特點，克服上述現(xiàn)有方法存在的 不足而提供一種用于重質(zhì)油熱反應(yīng)過程中黏度的測定裝置。
[0007] 為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用下述技術(shù)方案：一種用于重質(zhì)油熱反應(yīng)過程中 黏度的測定裝置，由反應(yīng)裝置、測量系統(tǒng)、控制系統(tǒng)三部分組成。
[0008] 所述反應(yīng)裝置包括驅(qū)動電機、電磁加熱系統(tǒng)、不銹鋼耐壓釜體、釜蓋、外筒、外筒轉(zhuǎn) 軸；所述驅(qū)動電機設(shè)置在不銹鋼耐壓釜體的底部；所述電磁加熱系統(tǒng)，包括電磁加熱線圈 和程序升溫控制器，所述電磁加熱線圈和程序升溫控制器通過導(dǎo)線相連，所述電磁加熱線 圈采用中/低頻電磁震蕩作用快速提升電磁線圈范圍內(nèi)反應(yīng)裝置的溫度，所述程序升溫控 制器用于控制反應(yīng)溫度，所述電磁加熱線圈設(shè)置于不銹鋼耐壓釜體的外側(cè)壁；所述不銹鋼 耐壓釜體，其一端為開口端，釜蓋與所述開口端通過螺栓密閉連接，所述釜蓋上設(shè)有真空系 統(tǒng)和供氣系統(tǒng)，其在黏度測量時為反應(yīng)系統(tǒng)提供不同的熱反應(yīng)壓力和氣氛條件；所述不銹 鋼耐壓釜體內(nèi)部設(shè)有一個外筒，所述外筒頂端開口，所述外筒底端與所述驅(qū)動電機通過外 筒轉(zhuǎn)軸連接，為主動裝置；所述外筒底端設(shè)置方孔，所述外筒與外筒轉(zhuǎn)軸的一端以方孔連 接，保證外筒和外筒轉(zhuǎn)軸的一體性，且所述外筒既能隨外筒轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動又能夠輕便地取下用 于裝料或清焦；所述外筒轉(zhuǎn)軸的另一端穿過不銹鋼耐壓釜體和電磁加熱線圈與所述驅(qū)動電 機固定連接，所述不銹鋼耐壓釜體與外筒轉(zhuǎn)軸通過軸承密閉連接。
[0009] 所述測量系統(tǒng)包括內(nèi)盤、內(nèi)盤轉(zhuǎn)軸、轉(zhuǎn)速傳感器和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；所述內(nèi)盤設(shè)置于 所述外筒內(nèi)部，與所述外筒同軸且保持一定間隙，所述內(nèi)盤通過內(nèi)盤轉(zhuǎn)軸與所述釜蓋上方 的轉(zhuǎn)速傳感器相連接，為從動裝置，內(nèi)盤轉(zhuǎn)軸的一端與內(nèi)盤固定連接，內(nèi)盤轉(zhuǎn)軸的另一端穿 過釜蓋與所述轉(zhuǎn)速傳感器固定連接，所述釜蓋與內(nèi)盤轉(zhuǎn)軸通過軸承密閉連接；所述轉(zhuǎn)速傳 感器、驅(qū)動電機與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)通過導(dǎo)線連接；所述轉(zhuǎn)速傳感器，用于采集所述外筒和內(nèi)盤 之間的轉(zhuǎn)速差，并將其傳送至所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，依據(jù)本測量裝置測定 的標準物質(zhì)的轉(zhuǎn)速差-黏度對應(yīng)表，將所述轉(zhuǎn)速差換算成相應(yīng)的黏度值。
[0010] 所述控制系統(tǒng)包括紅外線測溫儀和氣路背壓閥，所述紅外線測溫儀設(shè)置于釜蓋內(nèi) 偵牝用于控制不銹鋼反應(yīng)釜內(nèi)的溫度，所述氣路背壓閥設(shè)置于所述真空系統(tǒng)上，用于穩(wěn)定反 應(yīng)裝置內(nèi)部的壓力，使壓力保持在預(yù)先設(shè)定好的壓力值范圍內(nèi)。
[0011] 優(yōu)選的，所述不銹鋼耐壓釜體外側(cè)底部的外筒轉(zhuǎn)軸上套設(shè)冷水夾套，所述冷水夾 套的上端與不銹鋼耐壓釜體固定連接，所述冷水夾套的下端與所述驅(qū)動電機固定連接，所 述冷水夾套內(nèi)部充水，用于冷卻外筒轉(zhuǎn)軸。
[0012] 優(yōu)選的，所述真空系統(tǒng)和供氣系統(tǒng)包括氣體進口管、進口控制閥、氣體出口管、出 口控制閥和壓力表。
[0013] 優(yōu)選的，所述內(nèi)盤為圓柱體，所述內(nèi)盤與所述外筒徑向間隙距離為5-15mm，軸向間 隙距離為5_15mm 〇
[0014] 優(yōu)選的，不銹鋼反應(yīng)釜的容量為50-500ml。
[0015] 優(yōu)選的，當(dāng)所述裝置的供氣系統(tǒng)提供氧化性氣氛時，所用氣體為氧氣；當(dāng)所述裝置 的供氣系統(tǒng)提供還原性氣體氣氛時，所用氣體為氫氣或一氧化碳；當(dāng)所述裝置的供氣系統(tǒng) 提供惰性氣體氣氛時，所用氣體為氮氣。
[0016] 優(yōu)選的，所述反應(yīng)裝置提供的壓力范圍是0~IMPa。
[0017] 優(yōu)選的，所述標準物質(zhì)的轉(zhuǎn)速差-黏度對應(yīng)表通過以下方法獲得：在所測重質(zhì)油 的壓力條件下，選用在不同溫度下黏度已知的重質(zhì)油品作為標準物質(zhì)，用所述重質(zhì)油熱反 應(yīng)過程中黏度測量裝置測量其在不同預(yù)設(shè)反應(yīng)溫度下的轉(zhuǎn)速差，進而獲得轉(zhuǎn)速差和黏度值 的對應(yīng)表。
[0018] 通常情況下400°C下樣品重質(zhì)油會發(fā)生反應(yīng)，黏度隨時發(fā)生變化，很難直接測量， 但內(nèi)盤和外筒之間的轉(zhuǎn)速差是可以即時測定。由于在不高于350°C條件下的標準油樣是穩(wěn) 定的，不會發(fā)生反應(yīng)，同時它的黏度在ll〇°C -200°C之間的黏度值區(qū)別很大，基本可以覆蓋 從低到高黏度的區(qū)域。所以可以通過已知的標準油樣的粘度值，然后再在同一溫度條件下， 測定該標準油樣處于該黏度時得到轉(zhuǎn)速差，將ll〇°C -200°C之間多個溫度條件下的標準物 質(zhì)黏度和本裝置對應(yīng)的轉(zhuǎn)速差羅列，即可得到本測量裝置標準物質(zhì)的轉(zhuǎn)速差-黏度對應(yīng) 表。通過本測量裝置測量樣品重質(zhì)油內(nèi)盤的轉(zhuǎn)速與驅(qū)動電機轉(zhuǎn)速差值，就可以換算得到樣 品重質(zhì)油的黏度值。
[0019] 一般的，采用扭矩法測算粘度值時，為保證測量數(shù)值準確。扭矩大小要在 20%-85%之間，若扭矩過小或者過大時，誤差比較嚴重，得到的粘度數(shù)值不準確，甚至不能 進行測定；而本實用新型通過對外筒和內(nèi)盤的轉(zhuǎn)速差進行數(shù)據(jù)處理，根據(jù)標準物質(zhì)的轉(zhuǎn)速 差-黏度對應(yīng)表換算成相應(yīng)的粘度值，克服了通過扭矩法測量產(chǎn)生的誤差，同時還適用于 粘度范圍更廣的測定體系。
[0020] 本實用新型采用驅(qū)動電機進行驅(qū)動，這是由于磁力驅(qū)動的驅(qū)動效率較低，對于密 度高、粘度大的介質(zhì)，由于傳動的轉(zhuǎn)矩相對較大，使用嚴重受限，本實用新型采用軸承對轉(zhuǎn) 軸進行密封的方式，提高了驅(qū)動效率，降低了維護成本。
[0021] 本實用新型中，反應(yīng)裝置中采用中/低頻電磁振蕩，產(chǎn)生的能量能在較短時間里 作用在金屬反應(yīng)器內(nèi)部，最大程度的快速提升裝置內(nèi)溫度，盡快達到反應(yīng)溫度，減少測量誤 差廣生。
[0022] 本實用新型的有益效果是，本實用新型的裝置，實現(xiàn)了對重質(zhì)油熱反應(yīng)過程中黏 度及其在特定溫度下變化趨勢的測量；整個裝置采用電磁加熱方式，加熱速率快，實現(xiàn)以秒 為單位，能夠迅速將測試系統(tǒng)加熱到熱反應(yīng)所需溫度，減少副反應(yīng)發(fā)生，保證了測量的準確 性，并可保持恒溫，解決了常規(guī)測量系統(tǒng)難以快速升溫的問題，可對快速熱反應(yīng)過程的黏度 進行定量測量，還可實現(xiàn)對快速反應(yīng)中重質(zhì)油黏度的在線的，連續(xù)的，即時測量；測量過程 簡單快捷，通過裝置預(yù)先測定的標準物質(zhì)的轉(zhuǎn)速差-黏度對應(yīng)表，可以迅速的測定重質(zhì)油 熱反應(yīng)復(fù)雜相態(tài)分布情況下的體系黏度，測量數(shù)值準確，測量粘度范圍廣，保證裝置可適用 于熱過程中生成氣相和固相產(chǎn)物的反應(yīng)體系；預(yù)先測定轉(zhuǎn)速差-黏度對應(yīng)表采用已知黏度 分布的重質(zhì)油作為標準物質(zhì)，保證測量方式測量過程方便，適用溫度范圍較大，尤其在重質(zhì) 油熱反應(yīng)的高溫條件下也能適用；測量氣氛條件廣，在氧化性（如氧氣）、還原性氣體（如 氫氣、一氧化碳）、惰性條件下（如氮氣）均能使用；測量壓力范圍廣，可在〇~IMPa