高固體含量原油加工技術應用及探討

顏軍文

（中國石油化工股份有限公司鎮(zhèn)海煉化分公司，浙江省寧波市315207）

摘要：清罐原油加工一直是煉油企業(yè)加工的難題，主要原因是清罐原油中固體顆粒物含量較高。中國石油化工股份有限公司鎮(zhèn)海煉化分公司在常減壓裝置大比例摻煉清罐油時探索試用固體脫除技術。結(jié)果表明，固體脫除技術可顯著改善電脫鹽乳化情況，實現(xiàn)了電脫鹽穩(wěn)定運行，排水中油含量不超指標，固體顆粒質(zhì)量分數(shù)由試用前不到10μg/g上升到395.2μg/g，脫固效果明顯。同時清罐原油中鐵脫除率由試用前約5%提高到52.2% 。利用該技術成功完成了清罐原油的摻煉任務，為常減壓裝置大比例、高效處理清罐原油積累了經(jīng)驗。

關鍵詞：常減壓裝置 清罐油 固體顆粒物 電脫鹽 脫固劑

        按照SY/T5921-2011《立式圓筒形鋼制焊接油罐操作維護修理規(guī)程》，油罐的檢修周期一般為6～9a［1］，中國石油化工股份有限公司鎮(zhèn)海煉化分公司（鎮(zhèn)海煉化）原油儲罐一般8a進行一次清罐檢測。鎮(zhèn)海煉化擁有原油罐27具，儲罐容量1590dam³，正常每年有3具原油罐需要進行清罐維護檢查。清罐通常采用時間短、效率高的機械清洗技術，該技術主要是用相對輕質(zhì)的原油經(jīng)加溫、加壓后噴入清洗罐中，擊碎、溶解淤渣并送至收集罐中，如此反復，直至清除罐內(nèi)所有油污［2］。收集罐中積存的油稱為清罐原油（清罐油），每年因此產(chǎn)生清罐油15～25kt。清罐油黏度高、組成復雜、含水量高、乳化穩(wěn)定、固體雜質(zhì)含量高，是典型的高固體含量（高固含）原油，進常減壓裝置加工時，易引起電脫鹽油水乳化、污水含油發(fā)黑、油水界面形成乳化層，導致電脫鹽電流波動，甚至跳閘停止運行［3］。部分未從電脫鹽罐脫除的油泥等固體顆粒將進入換熱器、塔并沉積下來，造成換熱效果下降、塔盤堵塞，影響裝置長周期運行和經(jīng)濟效益。通常的做法是大部分清罐油在常減壓裝置停工檢修前1個月進行少量摻煉（約10～20t/h），其余送到延遲焦化裝置作為焦炭塔的急冷油少量摻煉，流量約0.5～2t/h。

       2018年6月，鎮(zhèn)海煉化原油罐G901積存有35kt清罐油，由于該原油罐需進行拆除改造，時間緊迫，而以加工重質(zhì)原油為主的2號常減壓裝置剛剛經(jīng)過檢修并投入運行。為確保在短時間內(nèi)完成清罐油的加工，同時保證在加工過程中電脫鹽操作穩(wěn)定，清罐油中的固體顆粒物能在電脫鹽中大部分脫除，不造成裝置換熱器、塔盤堵塞，不影響裝置長周期運行，為此，與助劑廠家進行合作，研究制訂方案，采用固體脫除技術，成功進行了常減壓裝置大比例摻煉清罐油試驗，清罐油最高摻煉量達到110t/h，電脫鹽排水油質(zhì)量分數(shù)200mg/l（工藝卡片指標不大于300mg/l），圓滿完成了35kt清罐油的摻煉任務，為常減壓裝置大比例、高效處理清罐油積累了經(jīng)驗。

1 常減壓裝置及清罐油情況

1.1 2號常減壓裝置及電脫鹽情況

2號常減壓裝置設計加工卡賓達混合油（4:3）重質(zhì)混合原油，年處理能力6.0Mt，裝置采用四級蒸餾工藝，設三級電脫鹽，其中一級罐為低速電脫鹽罐，二、三級均為高速電脫鹽罐。

1.2 清罐油分析

       2018年5月25日，對G901罐的原油樣品進行了固體含量分析，數(shù)據(jù)顯示該罐原油的固體含量非常高，超過600μg/g（質(zhì)量分數(shù)），分析數(shù)據(jù)見表1。

1.3 加工清罐油電脫鹽乳化原因

       清罐油固體雜質(zhì)含量高，是正常原油的10～20倍，這些固體雜質(zhì)主要為原油儲罐底部的油泥。原油中膠體膠粒（石蠟質(zhì)、瀝青質(zhì)、細粒泥砂）相互吸附，尺寸增大，聚集沉積，乳化水滴聚結(jié)下沉，同時攜帶溶解其中的無機鹽一并沉積形成油泥［4］。固體雜質(zhì)對原油乳狀液的穩(wěn)定性有很大影響，特別是含鐵的無機物顆粒，與瀝青質(zhì)包裹在一起，可改變顆粒的潤濕性，更容易在界面吸附，增加界面膜的強度，導致電脫鹽乳化層增厚［5］，電脫鹽操作不斷惡化，電流上升，電壓下降，形成惡性循環(huán)，甚至跳閘。

表1G901清罐油固體含量

2 原油固體脫除技術

       在電脫鹽罐中使用常規(guī)破乳劑，可以脫除原油中水和溶解在水中的鹽及固體顆粒物。如果原油中固體顆粒物外包裹油質(zhì)，則固體顆粒物直徑大的，大部分進入水相，造成排水發(fā)黑且含油超標，直徑小的將溶在原油中，隨著原油進入換熱器和塔及后續(xù)渣油加工裝置，造成換熱器等設備結(jié)塊甚至堵塞，催化劑中毒、床層壓力降升高。

       固體脫除技術是在原油中加入一定濃度的固體脫除劑（脫固劑），通過剝除包裹在固體外圍的油相，使之被水潤濕，以達到從乳化層進入水相的目的。該技術最大的優(yōu)點是可以脫除原油中的固體，讓原油中的固體最大可能進入電脫鹽排水，含有大量固體顆粒的排水雖然會導致排水發(fā)黑，但由于固體脫除劑的添加，并不會導致排水中的油含量和COD明顯增加。該技術方案的實施，一方面可以減少固體含量，另一方面可以減少固體對下游裝置的影響。

3 摻煉清罐油固體脫除技術應用及效果

3.1 固體脫除技術試用方案

       根據(jù)清罐油中固體含量及性質(zhì)，經(jīng)過實驗室小試，擬選用SRA1脫固劑，注入量為10～12μg/g。由于脫固劑不能和現(xiàn)有的破乳劑注劑直接混用，注入點改為裝置原油備用泵入口，并接臨時管線，見圖1。

圖 １ 脫固劑注入流程

       固體脫除技術方案如下：①將固體脫除劑注入原油泵前，確保藥劑和原油、固體充分接觸；②藥劑注入4h后，開始采樣，分析相關項目，確認相關變化；③ 電脫鹽界位向下調(diào)整，由正常60%下調(diào)到40%左右，使已經(jīng)脫除的漂浮在乳化層下方的固體迅速排出，直至1號觀察口的水發(fā)黑；④啟用電脫鹽罐底沉渣沖洗流程，保持適當沖洗量，確保大量固體沉積物不在罐底堆積；⑤根據(jù)現(xiàn)場情況，繼續(xù)拉低液位直至電脫鹽罐一級排水出現(xiàn)固體（不帶油）為止。

3.2試用過程

      根據(jù)生產(chǎn)安排，2018年6月12日，2號常減壓加工卡賓達原油，加工量14kt/d ，同步開始摻煉G901清罐油，摻煉量從20t/h起步提到40t/h，14日摻煉量提至60～80t/h，15日逐步提到100～110t/h，摻煉清罐油后各電脫鹽罐電流均有不程度上升，電脫鹽罐乳化層變厚，18日乳化層固體顆粒物質(zhì)量分數(shù)高達5625μg/g，6月19日開始注入脫固劑，注入量10μg/g，6月25日清罐油摻煉結(jié)束，停用脫固劑。

3.3注脫固劑前后效果分析

3.3.1加脫固劑前后乳化層變化及固體含量

      6月15-18日，隨著摻煉清罐油量提高及時間的推移，電脫鹽罐乳化不斷加劇，電脫鹽1號和2號觀察口已觀察不到油水界面。19日開始注脫固劑，20日檢查發(fā)現(xiàn)觀察口1號和2號油水界面清晰，說明乳化情況在顯著改善。電脫鹽罐各觀察口從上到下由黑（基本為原油）逐漸轉(zhuǎn)向灰黑（含油減少，固體顆粒物增多），直到排水變?yōu)榛液凇?/span>

3.3.2 摻煉清罐油后電脫鹽固體含量分析

      6月11日裝置加工阿曼油，固體含量很低，電脫鹽罐幾乎不含固體，6月12日以后，固體開始在電脫鹽油水界面聚集，隨著界位的逐步提高，可以看到固體分布在向上轉(zhuǎn)移。隨著G901清罐油摻煉量的增加，固體在電脫鹽中逐漸聚集，并由油水界面擴散（主要向油相擴散）。G901的摻煉量提高，聚集在電脫鹽中的固體含量也顯著提高。

     加注脫固劑后排水中固體含量顯著提高，可以清楚看到電脫鹽中固體逐漸下移，排水變灰黑，固體顆粒物隨之排出。6月22日，注劑泵發(fā)生故障停注脫固劑后，乳化層中的固體沒有得到及時排出，油水乳化層界面隨即開始積累，致使 6月23日電脫鹽一級罐1號、2號觀察口固體含量再次上升。

3.3.3注脫固劑前后排水情況

   加注脫固劑18h后，大量固體被分離出乳化層，隨排水帶走，顏色變成灰黑。油質(zhì)量分數(shù)為220μg/g，考慮到水中高固體顆粒物對紫外法的影響，將樣品10 倍稀釋，分析油質(zhì)量分數(shù)為180μg/g，二者平均約200μg/g，低于300μg/g的工藝卡片控制指標要求。

   注脫固劑前后電脫鹽排水固體含量分析見表2。從表2可以看出，注脫固劑前排水中固體質(zhì)量分數(shù)總體很低，約10μg/g。隨著脫固劑的注入，排水固體含量逐漸提高。6月22日（第3 天）達到最高591μg/g，但6月23日急劇下降到43μg/g。分析是因為6月22日注劑泵發(fā)生故障，脫固劑未能正常注入。排除注劑泵故障情況，注脫固劑后排水固體質(zhì)量分數(shù)平均達到395.2μg/g，較試用前大幅度提升。

表 ２ 注脫固劑前后電脫鹽排水固體含量

3.3.4 注脫固劑前后鐵含量變化情況

   原油中微小的固體顆粒物除開采過程攜帶的泥砂外，大部分來自運輸過程中管道、設備的腐蝕，其中含有大量的鐵。對試用脫固劑前后的電脫鹽三級罐后原油鐵含量進行分析，結(jié)果見表3

表3試用脫固劑前后的電脫鹽三級罐后原油鐵含量分析

     從表3可以看出，加脫固劑后三級脫后原油鐵得到很好的脫除，脫除率平均達到52.2%，對下游裝置的催化劑保護和長周期運行非常有利。 未加脫固劑時電脫鹽對鐵的脫除率很低，5%左右。表3中6月15日脫后原油鐵含量出現(xiàn)大幅度增加，分析這是因為隨著電脫鹽加工清罐油的增加，出現(xiàn)較為嚴重的乳化現(xiàn)象，乳化層不斷累積變厚，達到一定程度后含大量固體顆粒物的乳化層隨原油間斷帶出電脫鹽罐，造成脫后原油的鐵含量出現(xiàn)倒掛現(xiàn)象。

4 結(jié)論及建議

（1）在常減壓裝置大比例摻煉固體顆粒物含量很高的清罐油時，試用固體脫除技術，明顯改善了電脫鹽的操作，電脫鹽排水中含油量不超工藝指標，排水中固體顆粒質(zhì)量分數(shù)由試用前不到10μg/g上升到395.2μg/g，表明脫固效果明顯。

（2）試用固體脫除技術，脫后原油固體脫除率平均達到52.2% ，較試用前的約5%有大幅度提高，不但可減少常減壓裝置換熱器沉積，提高傳熱效率，減緩塔盤堵塞造成的壓力降升高，還可以降低脫后原油中的鐵含量，對保護下游裝置催化劑、確保裝置長周期運行非常有利。

（3）固體脫除技術為解決長期困擾煉油企業(yè)的清罐油加工提供了方案。利用固體脫除技術可顯著提高煉油企業(yè)劣質(zhì)油加工能力。

（4）固體脫除技術中需用脫固劑，不可避免增加加工成本，因此建議煉油企業(yè)將固體含量分析納入常減壓裝置劣質(zhì)原油加工的日常分析項目，并在質(zhì)量分數(shù)超過75μg/g時實施脫固技術，確保裝置長周期運行。

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