翟若昊,申明周,王 雪

(中石化煉化工程(集團)股份有限公司洛陽技術(shù)研發(fā)中心,河南 洛陽 471003)

近年來,隨著國內(nèi)原油重質(zhì)化、劣質(zhì)化趨勢日益嚴重,原油的鹽含量、酸值、硫含量和金屬含量等逐年上升,煉油廠加工或摻煉重質(zhì)原油的難度逐漸加大。通常,重質(zhì)原油具有運動黏度高、瀝青質(zhì)含量高、更易與水乳化等特性。電脫鹽是原油加工的第一道預(yù)處理工序,目前重質(zhì)原油電脫鹽裝置運行中遇到的主要問題:原油乳化嚴重、罐內(nèi)乳化層較厚,進而導(dǎo)致脫后原油鹽含量居高不下,電脫鹽排水油含量較高,勢必會嚴重沖擊后續(xù)污水處理系統(tǒng)[1]。

國內(nèi)某煉化企業(yè)加工原油主體為塔河稠油,自2022年4月起,進廠原油鹽含量持續(xù)上升,平均值高達777.3 mg/L,遠超電脫鹽裝置設(shè)計的承受能力,在電脫鹽破乳劑加注質(zhì)量分數(shù)已達歷史最高值300 μg/g的條件下,三級脫后原油鹽含量依然居高不下,均值為11.3 mg/L,嚴重影響了后續(xù)裝置的長周期安全運行。針對塔河稠油高含鹽、高黏度、高瀝青質(zhì)的相關(guān)特性,在實驗室開展塔河稠油脫水脫鹽工藝研究,并對電脫鹽工藝及相關(guān)設(shè)備提出優(yōu)化改進方案,為減輕后續(xù)加工過程中裝置腐蝕、保證裝置長周期運行提供技術(shù)支撐。

1 試驗準備

1.1 原料與儀器

實驗室選用原料為塔河稠油,該原油具有黏度大,瀝青質(zhì)含量高等特點,具體性質(zhì)見表1。

表1 塔河稠油基本性質(zhì)

實驗室選用YS-4型電脫鹽試驗儀以及2671型耐壓測試儀進行電脫鹽試驗,儀器示意見圖1。

圖1 電脫鹽裝置示意

實驗室原油鹽含量測定依據(jù)SY/T 0536—2008《原油鹽含量的測定-電量法》,原油脫后含水測定依據(jù)GB/T 8929—2006《原油水含量的測定-蒸餾法》。

1.2 破乳劑篩選

實驗室選取了FC9303,FC961,TS-S2三種適用于重油脫水脫鹽的破乳劑,在低溫條件下進行塔河稠油的脫水評價試驗。試驗條件為:原油注蒸餾水10 mL,油水比例約5∶1,溫度90 ℃,預(yù)熱15 min后振蕩使油水充分乳化,注入質(zhì)量分數(shù)100 μg/g破乳劑。根據(jù)在相同條件下加注不同破乳劑后的油水分離情況,考察不同破乳劑對塔河稠油的油水分離效果。試驗結(jié)果見表2。

表2 破乳劑低溫評價脫水結(jié)果

從表2的數(shù)據(jù)可以看出,破乳劑FC9303對塔河稠油的低溫脫水效果較好,更適用于塔河稠油的脫水脫鹽試驗。

1.3 降黏劑篩選

塔河稠油黏度較大,試驗過程中加入降黏劑降低原油黏度,提高脫水脫鹽效率[2]。實驗室選取了31765,YH-103,31520等五種適用于重油脫水脫鹽的降黏劑,進行低溫脫水評價試驗。試驗條件:原油蒸餾水10 mL,油水比例約5∶1,溫度90 ℃,預(yù)熱15 min后振蕩使油水充分乳化,注入質(zhì)量分數(shù)100 μg/g的破乳劑FC9303,注入質(zhì)量分數(shù)100 μg/g的降黏劑。根據(jù)加注不同降黏劑后在相同條件下的油水分離情況,考察不同降黏劑對塔河稠油的油水分離效果。試驗結(jié)果見表3。

表3 降黏劑低溫評價脫水結(jié)果

從表3的數(shù)據(jù)可以看出,部分降黏劑能夠有效提高塔河稠油低溫下的脫水效果。降黏劑31765更適用于塔河稠油的脫水脫鹽試驗。

2 脫水脫鹽工藝條件研究

實驗室分別考察了注水量、破乳劑用量、降黏劑用量等參數(shù)對脫水脫鹽效果的影響。試驗過程中,考察某個參數(shù)時,要求其他參數(shù)不變,在相同條件下進行三級電脫鹽試驗。根據(jù)試驗數(shù)據(jù)確定塔河稠油的最佳脫水脫鹽工藝條件。

2.1 破乳劑用量影響

一般來說,煉油廠每級電脫鹽選擇破乳劑注入質(zhì)量分數(shù)為20～50 μg/g,重劣質(zhì)原油的電脫鹽可適當提高破乳劑的注入量[3]。針對塔河稠油脫水脫鹽困難的特點,實驗室考察了不同破乳劑注入量對塔河稠油脫水脫鹽效果的影響。試驗條件:破乳劑FC9303,注水量為10%,溫度 145 ℃,電場強度1 100 V/cm。脫鹽試驗結(jié)果見表4。

表4 不同破乳劑用量的脫鹽脫水效果

從表4的數(shù)據(jù)可以看出,對于塔河稠油,破乳劑FC9303注入質(zhì)量分數(shù)增加到每級100 μg/g時,脫后含鹽含水量均較低,再增加破乳劑用量對脫水脫鹽效果提升不明顯。因此實驗室選擇的破乳劑質(zhì)量分數(shù)為100 μg/g。但此時對塔河稠油的脫水脫鹽效果仍不理想,脫后含鹽含水均較高,不滿足實際操作工藝要求。

2.2 降黏劑用量的影響

破乳劑用量試驗表明:常規(guī)注破乳劑已不能滿足塔河稠油的脫水脫鹽要求,為進一步降低塔河稠油的黏度,保證原油在電脫鹽操作溫度下黏度進一步降低,實驗室采用了注降黏劑的方法,并考察了不同降黏劑注入量對塔河稠油的脫水脫鹽效果的影響。試驗條件:注入質(zhì)量分數(shù)100 μg/g破乳劑FC9303,降黏劑31765,注水量10%,試驗溫度145 ℃,電場強度1 100 V/cm。三級脫鹽試驗結(jié)果見表5。

表5 不同降黏劑用量的脫鹽脫水效果

從表5試驗結(jié)果可以看出,對于塔河稠油,注入質(zhì)量分數(shù)為100 μg/g破乳劑FC9303時,再注入降黏劑31765,能夠進一步有效地降低脫后含水,降黏劑質(zhì)量分數(shù)為150 μg/g時,三級脫水脫鹽效果更好,繼續(xù)增加降黏劑用量對脫水脫鹽效果提升不明顯。因此實驗室選擇的降黏劑質(zhì)量分數(shù)為150 μg/g。但此時塔河稠油的脫水脫鹽效果仍不理想,依然難以滿足實際操作工藝要求。

2.3 注水量的影響

一般來說,煉油廠電脫鹽選擇注水量在 3%～8%之間,重劣質(zhì)原油的電脫鹽應(yīng)適當增大注水量,一般國外對重劣質(zhì)原油的電脫鹽注水可提高至10%以上,但過高的注水也會帶來一些問題,如由于原油含水高導(dǎo)致脫鹽電流大影響正常供電等問題[4]。針對塔河稠油脫水脫鹽難度較大的特點,實驗室加大了每級電脫鹽的注水量,考察了不同注水量對塔河稠油脫水脫鹽的效果影響。試驗條件:質(zhì)量分數(shù)100 μg/g的破乳劑FC9303,質(zhì)量分數(shù)150 μg/g的降黏劑31765,試驗溫度 145 ℃,電場強度1 100 V/cm。三級脫鹽試驗結(jié)果見表6,脫后含鹽含水效果見圖2。

圖2 不同注水量的脫水脫鹽效果

表6 不同注水量試驗結(jié)果

由圖2可知,增大注水量,強化水洗過程,能夠有效地降低塔河稠油的脫后鹽含量,當注水量達到20%時,三級脫后鹽質(zhì)量濃度已經(jīng)可以降低至10 mg/L以下。但是注水量過大,也增加了裝置能耗,同時增大注水量會增大裝置運行風險,易造成加電裝置的短路。因此,應(yīng)考慮在提高脫鹽率的前提下,盡量控制注水量在合適范圍內(nèi),過度增大注水量,對實際操作過程及裝置的安全平穩(wěn)造成不利影響,仍需進一步研究。

上述研究表明,適用于塔河稠油脫鹽脫水的最優(yōu)工藝條件:質(zhì)量分數(shù)100 μg/g的破乳劑FC9303;質(zhì)量分數(shù)150 μg/g的降黏劑31765;操作溫度145 ℃,電場強度1 100 V/cm。該工藝條件下,三級脫后的鹽質(zhì)量濃度可以降低至10 mg/L以下,脫后含水量約0.17%。

3 強化水洗對脫水脫鹽效果的影響

重質(zhì)原油脫鹽困難的主要原因是原油中含有大量結(jié)晶鹽,需增大注水量、增大混合強度,在水相中給予充足的停留時間,才能保證結(jié)晶鹽及部分有機物隨著洗滌水的脫除而脫除[5]。同時,原油中的瀝青質(zhì)等強極性大分子吸附了一定量的膠質(zhì),以膠體狀態(tài)在原油中分散,以瀝青質(zhì)為核心的膠團之間會因締合效應(yīng)發(fā)生聚并,對原油乳化液起到穩(wěn)定作用[6]。因此水洗過程很大程度上決定了原油電脫鹽的實際效果。強化水洗過程,能夠保證無機組分充分溶解于水相,最終達到脫除的目的[7]。實際操作過程中,電脫鹽采用水相進料的方式,原油進入電場區(qū)域之前有一個與水相的短暫接觸停留,但該水洗過程不充分不徹底,因此脫鹽的效果不夠理想。強化水洗過程是解決重質(zhì)原油脫鹽問題的關(guān)鍵一步,在進入電場區(qū)域脫鹽之前,給予原油更充分的水洗條件,能夠強化重質(zhì)原油的脫鹽效果。

3.1 強化水洗過程對脫鹽效果的影響

實驗室進行了塔河稠油強化水洗過程試驗,大量注水多次振蕩洗滌后排水,再按照研究所得最佳工藝條件進行三級電脫鹽試驗,試驗結(jié)果見表7。

表7 強化水洗過程電脫鹽試驗結(jié)果

研究表明,在進入電場區(qū)域之前,強化水洗過程能夠有效降低原油中結(jié)晶鹽含量,同時充分的水洗條件能夠使與有機大分子結(jié)合的無機鹽充分釋放進入水相,最終隨排水脫除。強化水洗過程后電脫鹽過程排水效果理想,三級脫后含水低于0.3%,三級脫后鹽質(zhì)量濃度降低到6.14 mg/L。

3.2 脫鹽助劑對脫鹽效果的影響

塔河油田原油脫出水中氯化物質(zhì)量分數(shù)為100 000～150 000 μg/g,原油中的氯除以氯化鈉、氯化鈣等無機鹽形式存在外,由于原油中瀝青質(zhì)的正電性,會存在一部分氯離子與瀝青質(zhì)因為電性原因結(jié)合,進而形成穩(wěn)定的有機大分子,而瀝青質(zhì)等重質(zhì)組分的聚集是自發(fā)的,大量的芳環(huán)堆積導(dǎo)致聚集在一起的分子數(shù)目龐大,這就導(dǎo)致了與瀝青質(zhì)等重質(zhì)組分結(jié)合的氯離子更加難以脫除[8]。常規(guī)的水洗電脫鹽手段難以將這部分氯脫除,強化水洗過程能夠保證無機組分的充分溶解。而研究表明,在重質(zhì)原油脫水脫鹽過程中加注脫鹽助劑,能夠促進與有機大分子的水解,進而達到更好的脫鹽效果[9]。實驗室針對上述結(jié)論進行了相關(guān)研究。

在強化水洗過程的前提下進行三級電脫鹽,每級除注水注破乳劑外,額外加注質(zhì)量分數(shù)50 μg/g的脫鹽助劑A或脫鹽助劑B,試驗結(jié)果見表8。

表8 添加脫鹽助劑試驗結(jié)果

試驗表明,添加脫鹽助劑,能夠進一步降低塔河稠油的脫后含鹽。對比發(fā)現(xiàn)脫鹽助劑B對于塔河稠油脫水脫鹽的效果更好,三級脫后鹽質(zhì)量濃度小于5 mg/L,脫鹽率可達96.3%,脫后含水量小于0.3%。脫鹽助劑B是塔河稠油電脫鹽過程的理想助劑。

4 結(jié) 論

(1)塔河稠油通過常規(guī)三級脫鹽手段難以有效脫鹽脫水。強化水洗過程以及加注脫鹽助劑,能夠有效提高脫鹽率,降低原油脫后鹽含量。

(2)實驗室確定了塔河稠油的最優(yōu)脫水脫鹽參數(shù),具體為:電脫鹽強化水洗過程,多次振蕩洗滌后進行三級脫鹽,質(zhì)量分數(shù)100 μg/g的破乳劑FC9303;質(zhì)量分數(shù)150 μg/g的降黏劑31765;脫鹽助劑B質(zhì)量分數(shù)50 μg/g;停留時間40 min,混合強度振蕩100次,溫度145 ℃,電場強度1 100 V/cm。三級脫后鹽質(zhì)量濃度小于5 mg/L,脫后含水量小于0.3%。

(3)在重質(zhì)原油脫水脫鹽過程中,應(yīng)重點考慮瀝青質(zhì)等極性大分子在過程中的作用及變化規(guī)律。生產(chǎn)裝置中適當降低電脫鹽進料分布器的位置,延長原油在水相中的停留時間,強化水洗過程,確保進料部位不會形成新的乳化層。高效的促進極性組分的水解,促進無機組分的釋放,是解決重質(zhì)原油乳化嚴重、脫鹽困難問題的關(guān)鍵。