维普资讯 http://www.cqvip.com ２Ｏ４ 化工机械 ２００６矩 重油悬浮床加氢循环尾油旋流 分离技术应用研究 Ⅱ．热模试验 王振波料 金有海 （中国石油大学） 摘要针对重油悬浮床加氢工艺条件，在冷模试验的基础上，设计加工了热模试验用旋流嚣，建立了 旋流分离热模试验装置，并利用重油悬浮床加氢循环尾油和一次通过尾油进行了旋流分离高温试验。 试验结果表明。采用旋流分离技术能够满足悬浮床加氩循环尾油的分离要求。 关键词水力旋流器悬浮床加氲热模试验 Ａ 文章编号０２５４－６０９４（２００６）０４－０２０４－０５ 中图分类号ＴＱ０５１．８ ４ 文献标识码重油悬浮床加氢工艺中循环尾油具有高温、 高压、大流量、高固含量、高胶质沥青质含量以及 液固两相之间密度差较小等特点，能否将其中的 焦炭等固相成分及时排出系统成为影响该工艺实 现工业化和长周期安全运转的关键因素。分析比 较目前石油化工生产中常用的重力沉降、旋流分 离、过滤分离以及静电分离等液固分离技术，将旋 流分离技术用于尾油净化是最为简单和较为可行 的技术路线。 通过冷模试验可知：重油悬浮床加氢工艺中 图１ 高温试验用旋流分离器结构简图 １——入口法兰；２——溢流出口法兰； ３——溢流管； Ｓ——底流腔； ４——旋流分离器主体； ６——底流出口法兰 循环尾油高温状态下粘度与水接近，而密度比水 小；固液两相密度差、固相颗粒粒度以及液相粘度 是影响旋流器分离效率的重要因素…。 测控系统及采样系统６部分组成，通过阀门１３、 ｌ４、１５和２２的切换可实现单级分离、溢流串连分 为进一步考核高温工况下旋流分离效果，笔 者在实验室内建立了一套高温旋流分离试验装 置，以悬浮床加氢ＨＴＩ中试循环尾油和国内试验 一离和底流串联分离等不同试验流程。 旋流分离高温试验装置设计参数范围如下： 流压温量度５—２５ｍ ／ｈ ５Ｏ ４ｏｏ℃ 力０．１—２．５ＭＰａ 次通过尾油等作为试验介质进行了热模研究。 １ 试验方案 １．１试验模型与装置 高温试验用旋流分离器结构如图Ｉ所示。 旋流分离高温试验装置如图２所示，主要由 加（卸）料系统、加热系统、高温油泵、管路系统、 物料粘度 ＜１２０ｍＰａ・８ １．２试验介质 以重油悬浮床加氢ＨＴＩ中试循环尾油进行 本研究得到中国石油天然气股份有限公司重点项目资助。 王振波，男。１９７１年１１月生，讲师。山东省东营市，２５７０６１。 维普资讯 http://www.cqvip.com 第３３卷第４期 化工机械 ２０５ 图２ 高温旋流分离装置系统流程图 ｌ——高温齿轮泵； ２——高温离心油泵； ３—４——旋流分离器； ５——渣油（循环）罐； ６——电加热炉；Ｌｌ—Ｌ３——涡街流量计； ＣＹ１一ｃＹ５——采样器；Ｆ１一Ｆ２６——高温球阀； Ｔｃ——温控器； ＴＥ——热电偶； Ｐ——压力变送器 的旋流分离高温试验实际运行参数如下： 甲苯不溶物密度测定值为１．２６１ ｇ／ｃｎ・ 。 人１７１：流量（实钡４值）８—１８ｍ ／ｈ 粘度采用ＧＢ／Ｔ ２６５—１９８８方法。 人Ｅｌ压力（实测值）０．３—０．９ＭＰａ 粒度采用Ｃｏｕｌｔｅｒ ＬＳ２３０激光粒度仪分析。 进料温度（实测值） ２００—３２６￣Ｃ 分离效率定义为澄清效率，即： 进料粘度（工况下估算值） １．３２～６．７７Ｈ Ｐａ～ ｃｉ—ｃ。 ｃ。 进料密度（工况下估算值）Ｏ．７５８一Ｏ．８３０ｇ／ｅｍ３ Ｃ。 Ｃｉ １．３主要分析内容及方法 式中Ｃｉ——进料口甲苯不溶物质量浓度，ｇ／ｇ； 浓度以甲苯物浓度表征尾油内固相浓度，分 Ｃ ——溢流１７：１甲苯不溶物质量浓度， ｇ。 析采用ＧＢ／Ｔ ２２９２．１９９７方法。 ２试验结果分析 密度采用ＧＢ／Ｔ １８８５—１９８３方法，原料尾油中ｔｈｌ００ｍｍ旋流器的部分试验结果见表１。 表１ ＨＴＩ中试循环尾油高温旋流分离部分试验结果 维普资讯 http://www.cqvip.com ２０６ 化工机械 ２００６年 ２．１ 流量对分离效率的影响 图３、４为入口流量一分离效率关系曲线。由 图中曲线分析可以看出： ａ．相同进料粘度条件下，旋流分离器的分 离效率随着入口流量的增大，先是逐渐提高，当流 量达到某一值时，分离效率达到最高，其后随入口 流量的继续增大，分离效率趋于下降，也就是说旋 流分离器存在一最佳分离效率点。 ｂ．对于不同进料粘度，旋流器分离效率与 入口流量的影响关系趋势是一致的，但数值大小 与最佳点的位置是不一样的。由图可以看出，随 进料粘度增大，流量与分离效率特性曲线向流量 增大的方向偏移。这是因为粘度增加时，分离器 内颗粒离心分离的阻力增大，需要相应地加大旋 流器内的离心力场来克服增加的阻力。 ｃ．颗粒粒度是影响旋流分离效率的关键因 素之一。由于一次通过尾油裂化反应深度浅、停 留时间短，其中甲苯不溶物浓度低、颗粒粒度细， 因而其分离效率明显低于循环尾油的分离效率。 ９Ｏ ８０ ７０ 罨６０ 蒜５０ 藿 ｏ 套３０ ２０ １Ｏ Ｏ 图３入口流量一分离效率曲线之一 ５０ ４５ ４０ 《：３５ 蒜３０ ２５ 纂２０ ｌ５ １０ ５ ０ 图４入口流量．分离效率曲线之二 ２．２进料粘度对分离性能的影响 图５为ＨＴＩ循环尾油分离试验得出的粘度与 分离效率的关系曲线。由图中曲线可以看出，随 着进料粘度的增大，分离效率下降显著。这是因 为随进料粘度增大，旋流分离器内离心力场强度 下降、颗粒分离径向离心沉降过程中所受粘滞阻 力增大，从而导致旋流器分离效率迅速下降。 图５进料粘度．分离效率曲线 为了进一步分析旋流分离器的分离效果，对 旋流分离前后的尾油密度变化进行了测定分析， 图６为旋流分离前后尾油密度测定情况。由图中 曲线分析可以看出，分离器底流、溢流和进口油的 密度有显著的差别，即底流尾渣油密度最大、溢流 尾油密度最小、进口尾油密度要比溢流尾油密度 略大一点，而且随进口尾油的粘度减小，这种差别 越来越大。这是因为尾油经旋流分离后，进料中 的甲苯不溶物（微量机械杂质、焦碳、胶质和沥青 质缩合物等）大部分浓缩到底流中，而溢流中的 重组分含量则显著下降，各股物流中重组分含量 的不同导致了其密度的差异。这与前面的分析是 一致的，也从另外一方面说明了旋流分离在低粘 度下，其分离效果是显著的。 ０．０６ ０．０５ ０．０４ ０．０３ Ｏ．０２ ０．０１ ．０．００ 。相 一４。一０．０１ —— － 一 进料粘度／Ｘ／ｍＰａ・ｓ —０．０２ 图６入口、溢流、底流密度随进料粘度变化 ２．３进、出口物料粘度比较 图７为高温试验中旋流分离器进、出口物料 的粘度比较曲线。比较图中曲线可以看出，溢流 粘度比进料粘度有明显的降低，且随温度的降低， 维普资讯 http://www.cqvip.com 第３３卷第４期 化工机械 ２０７ 其差别越显著。这是因为循环尾油的粘度与其中 的胶质、沥青质及中间相等重组分物有直接关系， 经过旋流分离后的溢流中的重组分颗粒状物流明 显比进料中的含量降低。这也进一步说明，在高 温状态下旋流分离器对重组分颗粒状物流具有较 长时间的循环加热和与高温罐（管）壁接触， 尾油中原有的较轻组分部分逸出（经放空管至冷 凝水槽），尾油组分组成发生变化，较重组分比例 相对增加，导致尾油性质变差、粘度增大，最终影 响了旋流分离效率。 好的分离效果。 ｌ 舞 需 图７旋流分离器入口、溢流粘温特性对比 ２．４进、出口粒度比较 表２为３组溢流尾油和进口尾油中甲苯不溶 物粒度测定结果。由数据比较可以看出，旋流器 对于大颗粒状物分离效果是显著的，这与冷模试 验分析结论是一致的。 表２循环尾油分离前后甲苯不溶物粒度 分布特征值 ｍ 注：溢流１。ＥＴ＝６６．３％；溢流２，ＥＴ＝６８．１％；溢流３．ＥＴ＝７４－８％ ２．５尾油的粘度．温度特性 一般而言，油品的粘度随其温度的升高而呈 指数形式减小（图６）。但在本文研究过程中出现 了尾油粘度随其温度的升高而增大这一现象（表 １），这主要是因为： ａ．高温试验装置加热系统采用的是罐（管） 外电热炉加热，系统升温过程中罐（管）壁温度较 高；尾油温度越高，与罐（管）壁之间温度差越大。 ｂ．装置内部尾油循环量较大，装置散热速 率大，尾油升温速度较慢，需要的加热时间较长， 而且尾油性质越差，所需要的加热时间越长。 ２．６冷、热模试验结果比较 对比分析本文试验结果与文献［１］中的冷模 试验结果不难发现，在同等粘度条件下，热模试验 分离效率低于冷模试验分离效率。究其原因，可 以从两个方面来解释： ａ．冷模试验中以焦碳粉为分离对象，焦碳 粉的粒度和密度均大于本文中甲苯不溶物的粒度 和密度，而粒度和密度恰恰是影响旋流分离效率 的关键因素。 ｂ．甲苯不溶物主要包括焦碳、少量机械杂 质以及胶质和沥青质的缩合物，其中胶质和沥青 质缩合物在高温状态下是以第二液相的形式分散 存在于高温尾油中。以第二液相存在的胶质和沥 青质缩合物一方面因为与尾油间的密度差变小而 分离难度增大；另一方面在旋流器内强旋流场的 作用下容易发生变形，致使其在径向离心移动过 程中阻力增大，影响了分离效果。 ３结论 ３．１ 热模试验结果与冷模试验结果基本一致， 即进料流量、介质粘度、颗粒粒度和密度是影响旋 流分离器分离性能的关键因素。 ３．２ 冷模试验中对高温尾油物性数据的估算以 及对高温旋流分离的性能预测基本正确，温度上 升，尾油粘度减小，旋流分离效率提高。 ３．３一次通过尾油反应深度浅、停留时间短，甲 苯不溶物浓度低、颗粒粒度小，旋流分离效率低。 ３．４ 甲苯不溶物的组成和高温形态对于旋流分 离效果有一定影响，应作进一步深入研究。 ３．５ 随着进料粘度上升，旋流分离器最佳流量 点（最高效率点）向增大方向移动，且分离效率数 值减小。 ３．６根据冷模、热模试验研究结果，可以推算： 在重油悬浮床加氢工艺条件下（ｔ＞￣３６０℃），旋流 分离器对甲苯不溶物的分离效率可以达到８０％， 能够满足循环尾油分离要求。 参考文献 １ 王振波，金有海．重油悬浮床加氢循环尾油旋流分离 维普资讯 http://www.cqvip.com ２０８ 化工机械 —２００６正 技术应用研究Ｉ：冷模试验．化工机械，２００６，３３（３）： １２９～１３２ ３４８ ５王继乾，邓文安，周家顺等．克拉玛依重油悬浮床加氢 尾油的溶剂处理方法．石油大学学报（自然科学版）， ２００４，２８（１）：９２—９７ ２林世雄．石油炼制工程（第三版）．北京：石油工业出版 社，２０００ ３粱汉昌．石油化丁分析手册．北京：中国石化出版社， ２０００ ６连善之，王雅菊．测定煤沥青甲苯不溶物时萃取终点 的确定．燃料与化工，１９９７，２８（４）：２２１ ２２３．２１８ （收稿日期：２００５－０９－２７，修回日期：２００６－０５－２１） ４王继乾，邓文安，周家顺等．悬浮床加氢裂化残渣油中 固体物质的分析． 化技术与应用，２００２，２０（５）：３４６ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｒｅｓｅａｒｃｈｅｓ Ｏｎ ｔｈｅ ＳｗｉｒＩ Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｏｆ ｔｈｅ Ｈｙｄｒｏｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｒｅｃｙｃｌｉｎｇ Ｒｅｓｉｄｕｅ ｉｎ Ｒｅｓｉｄｕａｌ Ｏｉｌ Ｓｌｕｒｒｙ Ｂｅｄｓ．ＩＩ．Ｈｏｔ Ｍｏｄｅｌ Ｔｅｓｔ ＷＡＮＧ Ｚｈｅｎｂｏ．ＪＩＮ Ｙｏｕｈａｉ （Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆＰｅｔｒｏｌｅｕｍ，Ｄｏｎｇｙｉｎｇ，２５７０６１，Ｓｈａｎｄｏｎｇ，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｃｏｌｄ ｍｏｄｅｌ ｔｅｓｔ，ｔｈｅ ｈｙｄｒｏｃｙｃｌｏｎｅｓ ｆｏｒ ｈｏｔ ｍｏｄｅｌ ｔｅｓｔ ｗｅｒｅ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ａｎｄ ｍａｄｅｔｈｅ ．ｈｏｔ ｍｏｄｅｌ ｔｅｓｔ ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ ｓｗｉｒｌ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｗａｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｈｉｇｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｔｅｓｔ ｏｆ ｓｗｉｒｌ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｗａｓ ｐｅｒｆｏｒｍｅｄ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｒｅｃｙｃｌｉｎｇ ｏｉｌ ｒｅｓｉｄｕｅ ａｎｄ ｏｎｅ－ｔｉｍｅ ｒｅｓｉｄｕｅ ｉｎ ｔｈｅ ｒｅｓｉｄｕａｌ ｏｉｌ ｓｌｕｒｒｙ ｂｅｄｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｈｙｄｒｏ． ｃｙｃｌｏｎｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅｓｉｄｕａｌ ｏｉｌ ｓｌｕｒｒｙ ｂｅｄｓ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｗｉｄ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｔｅｃｈ． ｎｉｑｕｅ ｃｏｕｌｄ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｄｅｍａｎｄ ｏｆ ｈｙｄｒｏｇｅｎａｔｉｏｎ ｒｅｃｙｃｌｉｎｇ ｒｅｓｉｄｕｅ ｉｎ ｔｈｅ ｒｅｓｉｄｕａｌ ｏｉｌ ｓｌｕｒｒｙ ｂｅｄｓ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ Ｈｙｄｒｏｃｙｃｌｏｎｅ，Ｓｌｕｒｒｙ Ｂｅｄ Ｈｙｄｒｏｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ，Ｈｏｔ Ｍｏｄｅｌ Ｔｅｓｔ （上接第２０３页） ２２ Ｍａｔｚａｉｎ Ａ．Ｍａｎｄａｒ Ａ．Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ｏｆ Ｐａｒａｆｉｆｎ Ｄｅｐｏｓｉ． ｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｕｌｓａ，１９９８ ｔｉｏｎ Ｄｕｒｉｎｇ Ｍｕｌｔｉｐｈａｓｅ Ｆｌｏｗ ｉｎ Ｐｉｐｅｌｉｎｅｓ ａｎｄ Ｗｅｌｌ－ ｂｏｒｅｓ－－Ｐａｒｔ２：Ｍｏｄｅｌｉｎｇ．ＡＳＭＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｅｎｅｒｇｙ Ｒｅ— ２６ Ｆｏ￣ｄｙｋｅ Ｉ Ｎ．Ｆｌｏｗ Ａｓｓｕｒａｎｃｅ ｉｎ Ｍｕｈｉｐｈａｓｅ Ｅｎｖｉｒｏｎ． ｍｅｎｔｓ．ＳＰＥ ＢＰ Ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ Ｃｏ Ｌｔｄ．１９９７， ＳＰＥ３７２３７ ＳＯＵＩ＇Ｃ￣ｓ ｌ＇ｅｃｈｎｏｌｏｙ，ｇ２００１，１２３（１）：１５０—１５７ ２３ Ｗｌｉｋｅ Ｃ Ｒ．Ｃｈａｎｇ Ｐ．Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｄｉｆｌｕｓｉｏｎ Ｃｏｅ蚯ｅｉｅｎｔ Ｍａｔｚａｉｎ Ａ，Ｚｈａｎｇ Ｈ Ｑ．Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ｏｆ Ｐａｒａｆｉｆｎ Ｄｅｅｓｐｉ・ ｔｉｏｎ Ｄｕｒｉｎｇ Ｍｕｈｉｐｈａｓｅ Ｆｌｏｗ ｉｎ Ｐｉｐｅｌｉｎｅｓ ａｎｄ Ｗｅｌｌ— ｂｏｒｅｓ—Ｐ叭ｌ：Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ．Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＥＴＣＥ／ ｉｎ Ｄｉｌｕｔｅ Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ．ＡＩＣｈＥ，１９５５（２）：２６４ ２７０ ２４ Ｍａｔｚａｉｎ Ａ．Ｂｒｉｌｌ Ｊ Ｐ．Ｍｕｈｉｐｈａｓｅ Ｆｌｏｗ ＷａＸ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｍｏｄｅｌｉｎｇ．Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｅｎｅｒ－ ｇＹ．２００１．９２７～９３７ ２５ Ｌｕｎｄ Ｈ．Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ｏｆ Ｐａｒａｆｆｉｎ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｄｕｒｉｎｇ Ｓｉｎ— ＯＭＡＥ２０００ Ｊｏｉｎｔ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｅｎｅｒｇｙ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｎｅｗ Ｍｉｌ． １ｅｎｉｕｍ，Ｎｅｗ Ｏｒｌｅａｎｓ，ＬＡ，２０００（Ｆｅｂ）：７５３—７５９ ｇｌｅ Ｐｈａｓｅ Ｌｉｑｕｉｄ Ｆｌｏｗ：［Ｐｈ．Ｄ Ｔｈｅｓｉｓ］．Ｔｕｌｓａ：Ｔｈｅ Ｕ一 （收稿日期：２００５－１０．１９，修回日期：２００６－０２．１５） Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｗａｘ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ Ｍｕｌｔｉ－Ｐｈａｓｅ Ｆｌｏｗ ｉｎ Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ Ｆｉｅｌｄｓ ＷＡＮＧ Ｗｅｉ，ＧＯＮＧ Ｊｉｎｇ （Ｃｈｉａ Ｕｎｉｎｖｅｒｓｉｔｙ ｆＰｅｔｏｒｏｌｅｕｍ，Ｂｅ枷ｇ，１０２２４９，Ｃｈｉａ）ｎ Ａｂｓｔｒａｃｔ Ａ ｒｅｖｉｅｗ ｗａｓ ｍａｄｅ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎ ｔｈｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｔｈｅ ｍｕｌｔｉ－ｐｈａｓｅ ｌｆｏｗ ｗａｘ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ，ａｎｄ ｔｈｅ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｉｎ ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ ｔｈｅ ｆｕｔｕｒｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ｗｅｒｅ ｐｏｉｎｔｅｄ ｏｕｔ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ Ｍｕｌｔｉ—Ｐｈａｓｅ Ｆｌｏｗ，Ｗａｘ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ，Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｍｅｔｈｏｄ，Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ Ｍｏｄｅｌ
