一种用于重质油热反应过程中黏度的测定装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及测量装置领域，尤其是一种用于重质油热反应过程中黏度的测定 装置。
【背景技术】
[0002] 世界原油资源日益重质化和劣质化，再加上加工重质原油所带来的成本优势，导 致全球约有42%的石化炼制企业（美国：约有2/3炼制企业）倾向于提高加工原料中重质 原油的比例，随之产出的重质劣质渣油数量也必然随之增大。国家统计局公布的最新数据 显示，我国2013年加工原油高达4. 79X108吨，其中重质原油占有相当的比例。这些重质原 油中大于500°C的渣油产量高、加工难、应用价值低。我国石化炼制企业当前面临的主要挑 战之一便是如何最大限度的加工利用这些宝贵的石油资源，在满足日益增长的轻质运输燃 料油需求的同时，提高资源利用效率，增加企业经济效益。因此高效转化劣质渣油的加工技 术成为了各大炼制企业和国际能源公司关注的焦点。美国《石油时代》评述渣油加工技术时 指出新一代炼油工艺主要有三种，即渣油催化裂化、延迟焦化以及渣油加氢。其中延迟焦化 工艺，加工中不使用催化剂，工艺过程较为简单成熟，投资较小，特别适合轻质化以高残碳、 高沥青质、高杂原子（硫、氮、氧）和高金属（如：镍、钥^等）为特点的劣质渣油。目前已成 为全球劣质重（渣）油轻质化最有效的过程之一。同时近年来，我国逐步建立并扩大与委 内瑞拉加拿大等国家的能源合作。委内瑞拉超重原油和加拿大油砂沥青等重油很有可能成 为未来我国炼油企业加工原料的重要接替资源。这些非常规重质/超重质石油资源黏度很 大，给开采、管输都带来了巨大的挑战。
[0003] 因此，在轻质掺稀油稀缺的地区，以轻度热裂化（或供氢热裂化）的方法就地获得 黏度低、原油重度° API较高、储运稳定性好的改质油成为解决这一问题的最佳方案。无论 是轻度热裂化还是深度焦化工艺都属于重质油热反应工艺过程，目前热反应工艺过程的发 展和反应工程设计都聚焦在研究原料、裂解中间产物、产物的化学组成与反应器最佳操作 条件之间的关系。研究和设计需求表明影响反应器中化学反应进程的关键因素之一是热反 应体系的黏度。反应体系黏度能影响反应体系与涉热装置表面接触的性能，如加热炉炉管 结焦结垢等，还能控制体系内部热反应的进程，影响最终的产物性质（焦化成焦形貌）。为 了更好地理解与掌握在多相反应器（譬如，焦炭塔）中反应流体的反应行为，以便针对性的 设计反应器、调节反应操作，反应体系基本的黏度性质是首先需要定量测量得到的数据。 [0004] 热反应体系一般反应温度较高，反应速度快，体系化学组成变化也较快，这就要求 测量黏度的装置升温速率较快（以秒为单位），同时黏度的测量要迅速，具有即时性。热 反应过程中还会发生气化、裂解，产生大量气泡，还会有不溶于有机溶剂的高碳化度残渣 (譬如，焦）生成，这些都能显著地改变热反应体系的流体特性。
[0005] 上述热反应体系的特点使得一些传统的高温黏度测量方法，譬如，专利 CN101308074A公开的毛细管黏度计法、专利CN202735196U公开的旋转黏度计法、专利 CN103480974A公开的平行板流动法等，不能适用于重质油热反应过程中黏度的测量。专利 CN101685058A和专利CN2852109Y公开了涉及到石油化工类似的高温黏度测量装置，但是 所用装置升温速率较慢，以分钟计量，同时所用装置的黏度-扭矩功率公式必须建立在选 取的标准物质温度不发生性质变化的基础上，不能满足热反应过程黏度测量的需要。因此， 以提高测量系统升温速率、测量简单快捷性以及应对热反应体系复杂相态分布的能力为重 点，研究一种新的重质油热反应过程黏度表征方法，开发重质油热反应过程黏度快速即时 测量的装置具有重要的意义。 【实用新型内容】
[0006] 本实用新型的目的就是针对重质油热反应过程的特点，克服上述现有方法存在的 不足而提供一种用于重质油热反应过程中黏度的测定装置。
[0007] 为实现上述目的，本实用新型采用下述技术方案：一种用于重质油热反应过程中 黏度的测定装置，由反应装置、测量系统、控制系统三部分组成。
[0008] 所述反应装置包括驱动电机、电磁加热系统、不锈钢耐压釜体、釜盖、外筒、外筒转 轴；所述驱动电机设置在不锈钢耐压釜体的底部；所述电磁加热系统，包括电磁加热线圈 和程序升温控制器，所述电磁加热线圈和程序升温控制器通过导线相连，所述电磁加热线 圈采用中/低频电磁震荡作用快速提升电磁线圈范围内反应装置的温度，所述程序升温控 制器用于控制反应温度，所述电磁加热线圈设置于不锈钢耐压釜体的外侧壁；所述不锈钢 耐压釜体，其一端为开口端，釜盖与所述开口端通过螺栓密闭连接，所述釜盖上设有真空系 统和供气系统，其在黏度测量时为反应系统提供不同的热反应压力和气氛条件；所述不锈 钢耐压釜体内部设有一个外筒，所述外筒顶端开口，所述外筒底端与所述驱动电机通过外 筒转轴连接，为主动装置；所述外筒底端设置方孔，所述外筒与外筒转轴的一端以方孔连 接，保证外筒和外筒转轴的一体性，且所述外筒既能随外筒转轴转动又能够轻便地取下用 于装料或清焦；所述外筒转轴的另一端穿过不锈钢耐压釜体和电磁加热线圈与所述驱动电 机固定连接，所述不锈钢耐压釜体与外筒转轴通过轴承密闭连接。
[0009] 所述测量系统包括内盘、内盘转轴、转速传感器和数据处理系统；所述内盘设置于 所述外筒内部，与所述外筒同轴且保持一定间隙，所述内盘通过内盘转轴与所述釜盖上方 的转速传感器相连接，为从动装置，内盘转轴的一端与内盘固定连接，内盘转轴的另一端穿 过釜盖与所述转速传感器固定连接，所述釜盖与内盘转轴通过轴承密闭连接；所述转速传 感器、驱动电机与数据处理系统通过导线连接；所述转速传感器，用于采集所述外筒和内盘 之间的转速差，并将其传送至所述数据处理系统；所述数据处理系统，依据本测量装置测定 的标准物质的转速差-黏度对应表，将所述转速差换算成相应的黏度值。
[0010] 所述控制系统包括红外线测温仪和气路背压阀，所述红外线测温仪设置于釜盖内 侦牝用于控制不锈钢反应釜内的温度，所述气路背压阀设置于所述真空系统上，用于稳定反 应装置内部的压力，使压力保持在预先设定好的压力值范围内。
[0011] 优选的，所述不锈钢耐压釜体外侧底部的外筒转轴上套设冷水夹套，所述冷水夹 套的上端与不锈钢耐压釜体固定连接，所述冷水夹套的下端与所述驱动电机固定连接，所 述冷水夹套内部充水，用于冷却外筒转轴。
[0012] 优选的，所述真空系统和供气系统包括气体进口管、进口控制阀、气体出口管、出 口控制阀和压力表。
[0013] 优选的，所述内盘为圆柱体，所述内盘与所述外筒径向间隙距离为5-15mm，轴向间 隙距离为5_15mm 〇
[0014] 优选的，不锈钢反应釜的容量为50-500ml。
[0015] 优选的，当所述装置的供气系统提供氧化性气氛时，所用气体为氧气；当所述装置 的供气系统提供还原性气体气氛时，所用气体为氢气或一氧化碳；当所述装置的供气系统 提供惰性气体气氛时，所用气体为氮气。
[0016] 优选的，所述反应装置提供的压力范围是0~IMPa。
[0017] 优选的，所述标准物质的转速差-黏度对应表通过以下方法获得：在所测重质油 的压力条件下，选用在不同温度下黏度已知的重质油品作为标准物质，用所述重质油热反 应过程中黏度测量装置测量其在不同预设反应温度下的转速差，进而获得转速差和黏度值 的对应表。
[0018] 通常情况下400°C下样品重质油会发生反应，黏度随时发生变化，很难直接测量， 但内盘和外筒之间的转速差是可以即时测定。由于在不高于350°C条件下的标准油样是稳 定的，不会发生反应，同时它的黏度在ll〇°C -200°C之间的黏度值区别很大，基本可以覆盖 从低到高黏度的区域。所以可以通过已知的标准油样的粘度值，然后再在同一温度条件下， 测定该标准油样处于该黏度时得到转速差，将ll〇°C -200°C之间多个温度条件下的标准物 质黏度和本装置对应的转速差罗列，即可得到本测量装置标准物质的转速差-黏度对应 表。通过本测量装置测量样品重质油内盘的转速与驱动电机转速差值，就可以换算得到样 品重质油的黏度值。
[0019] 一般的，采用扭矩法测算粘度值时，为保证测量数值准确。扭矩大小要在 20%-85%之间，若扭矩过小或者过大时，误差比较严重，得到的粘度数值不准确，甚至不能 进行测定；而本实用新型通过对外筒和内盘的转速差进行数据处理，根据标准物质的转速 差-黏度对应表换算成相应的粘度值，克服了通过扭矩法测量产生的误差，同时还适用于 粘度范围更广的测定体系。
[0020] 本实用新型采用驱动电机进行驱动，这是由于磁力驱动的驱动效率较低，对于密 度高、粘度大的介质，由于传动的转矩相对较大，使用严重受限，本实用新型采用轴承对转 轴进行密封的方式，提高了驱动效率，降低了维护成本。
[0021] 本实用新型中，反应装置中采用中/低频电磁振荡，产生的能量能在较短时间里 作用在金属反应器内部，最大程度的快速提升装置内温度，尽快达到反应温度，减少测量误 差广生。
[0022] 本实用新型的有益效果是，本实用新型的装置，实现了对重质油热反应过程中黏 度及其在特定温度下变化趋势的测量；整个装置采用电磁加热方式，加热速率快，实现以秒 为单位，能够迅速将测试系统加热到热反应所需温度，减少副反应发生，保证了测量的准确 性，并可保持恒温，解决了常规测量系统难以快速升温的问题，可对快速热反应过程的黏度 进行定量测量，还可实现对快速反应中重质油黏度的在线的，连续的，即时测量；测量过程 简单快捷，通过装置预先测定的标准物质的转速差-黏度对应表，可以迅速的测定重质油 热反应复杂相态分布情况下的体系黏度，测量数值准确，测量粘度范围广，保证装置可适用 于热过程中生成气相和固相产物的反应体系；预先测定转速差-黏度对应表采用已知黏度 分布的重质油作为标准物质，保证测量方式测量过程方便，适用温度范围较大，尤其在重质 油热反应的高温条件下也能适用；测量气氛条件广，在氧化性（如氧气）、还原性气体（如 氢气、一氧化碳）、惰性条件下（如氮气）均能使用；测量压力范围广，可在〇~IMPa