加强原油质量管理提升炼厂效益

胡怀敏

（中国石油化工股份有限公司炼油事业部，北京100728）

全球石油产量每年超过48亿吨，跨国石油贸易量每年超过20亿吨，石油是备受关注且对各国经济影响巨大的大宗商品。但由于石油是天然形成的、大量存在于地底下的产物，其成油机理十分复杂，不同区块产出的原油品质差异大，而且不同地区原油的计价基准也各不相同，因此，同期不同性质原油销售价格迥异。全球贸易原油在装船前往往只作脱水处理。炼厂在安排原油采购计划时，也主要关注原油的一般性质，如API、硫含量、酸值、馏分收率、残炭、金属含量等。对原油含盐、含砷、含汞、有机氯等性质重视程度不够。在国际原油贸易环节中，由于原油贸易合同一般无特殊性质指标要求，但在实际原油贸易过程中，炼厂经常碰到采购的原油出现质量异常问题，对炼厂后续原油接卸、输转和加工过程造成较大影响。加强各环节原油质量管理，对于保证炼厂安全平稳生产、提升炼厂效益是重要的基础工作。

1 原油质量

1.1 国内原油质量标准

2018年以前，国内生产的原油销售主要遵循行业或企业标准，主要对原油含水有所限制，其他指标要求报告实测数据。2018年1月，中国国家标准化管理委员会发布了国内《原油》标准，对水含量、机械杂质、有机氯提出具体指标要求，对盐含量、密度、硫含量、酸值均只要求报告实测数据，见表1[1]。

1.2 国际贸易原油质量条款

由于原油性质的特殊性以及历史上原油卖方主导的市场特性，国际原油贸易的通用销售条款对原油品质要求规定很简单，多数国家原油销售条款对原油品质指标无具体要求，一般只明确装港该原油品种的常规出口品质，对卖方极其有利。例如，沙特原油贸易合同对交付原油品质描述如下：“The quality of each grade of crude oil delivered hereunder shall be the usual quality of that grade being made available by SELLER’s loading port in Saudi Arabia”。即使部分对原油质量指标有明确要求的销售条款，其规定的原油质量指标也比较宽泛，出现质量问题买方据此进行索赔难度很大。

表1 原油技术要求与实验方法

2 常见的原油质量问题及其影响

2.1 原油含水和含盐

原油含水或含盐超标是炼厂原油采购最常遇到的质量问题。原油从地下开采出来都含水，水中又溶解有NaCl、CaCl2、MgCl2等盐类。虽然在油田经过脱盐、脱水处理，但输送到装港的原油中仍含一定量的盐和水。原油在装船或航行过程中由于人为因素也可能增加原油含水。在原油进装置加工前一般需要沉降脱水。如果炼厂沉降脱水时间不够，容易造成原油经过电脱盐后仍含盐超标。原油含盐超标威胁炼油装置的稳定操作、加剧设备腐蚀、影响产品质量。

原油中的MgCl2和CaCl2等盐水解可产生具有腐蚀性的HCl。HCl溶于水中形成盐酸，具有很强的腐蚀作用，造成常减压装置的初馏塔、常压塔和减压塔顶部系统的腐蚀。当加工含硫原油时，含硫化合物分解放出H2S，与金属反应生成FeS，可以附着在金属表面上起保护作用，当同时有HCl存在时，HCl与FeS反应破坏保护层，释放H2S进一步加重腐蚀。因此，为防止设备腐蚀，必须对原油进行脱盐。原油中的盐经过常减压蒸馏后主要集中在渣油中。原料中的钠会破坏催化裂化分子筛催化剂的晶格，催化裂化进料一般要求含钠量小于l mg/L。原油经过换热器、管式加热炉等设备，随着温度升高、水分蒸发，盐类沉积在管壁上形成盐垢，影响传热。在电脱盐的操作中，同时会有大量的过滤性固体物质沉积在电脱盐罐的底部，这些沉积物容易使加热炉炉管和冷换设备结垢，影响传热效率，缩短开工周期。

导致原油含水含盐超标的原因很复杂：油田进入开采末期；油田脱水设施出现故障，装船前来不及脱水；混入加载仓的含盐水；油包水原油在航行过程中析出明水；装港取样或含水检测分析差异；承运船舶的结构、加温设施状况异常等影响。正常情况原油含水量一般不大于0.5%，含盐量多数小于50 mg/L，异常情况下出现原油含盐超过400 mg/L。

2.2 原油含硫

由于产品质量对硫含量的限制日益严格，原油硫含量是企业采购原油需重点考虑的质量指标。加工含硫原油一般需要对设备材质进行升级，需要对催化原料预处理、增加汽油加氢、柴油加氢等装置，同时需配套提升硫黄装置能力和催化烟气脱硫脱硝设施等。在加工过程中高硫原油对设备的腐蚀仍是一个棘手问题。在输送、储存、加工等各个环节都会受到硫腐蚀的影响。炼厂从加工低硫油改为加工高硫原油，几乎都遇到硫对设备的严重腐蚀造成泄漏、迫使装置局部或全部停工等问题。加工高硫原油除了对硬件设施进行材质升级改造，还需要加强高硫油加工的系统性风险管理，对污水排放指标的检测。尤其需要高度重视的是，加工含硫原油容易产生H2S气体，在H2S泄漏或装置检修时容易造成人员中毒伤亡。因此，在采购高硫原油时，除了考虑加工高硫原油的经济性，还需认真核准相关装置对硫含量的设防值，同时还要加强设备防腐、H2S检测、污水排放监测，确保安全环保生产。

2.3 原油凝点

凝点是评价原油低温流动性的主要指标，是管道输送和原油存储的主要参考指标。凝点和倾点都是表征油品低温流动性的指标。国际上一般采用倾点，它是在规定条件下被测油品保持流动的最低温度。原油随着温度降低，黏度增加，当黏度大到一定程度时就失去流动性。此外，随着原油温度降低，原油含蜡结晶而失去流动性。原油含蜡量的高低是影响原油凝点的重要因素。此外，胶质、沥青质含量高对原油黏度和凝点也有一定影响。

在实际原油采购过程中，由于测定条件不同或混合原油区块比例的变化，同一种原油的测定凝点差异大。实际贸易中曾遇到标准库原油凝点为3℃，实际采购检测为–9℃，由于管输原油要求凝点比地温低3℃以上，导致不得不临时调整卸港。部分低凝点原油采用常温输送，在原油采购时要考虑对原油凝点要求以及同一种原油实际凝点的变化，防止凝管。部分进口原油含蜡量与凝点的变化关系见图1。

图1 部分进口原油含蜡量与凝点的变化关系

2.4 原油含有机氯

原油中的氯化物分为无机氯化物和有机氯化物。无机氯化物可在原油脱水和脱盐过程中脱除。现有电脱盐工艺无机氯化物脱除率一般在88%～99%。炼厂一般配有二级或三级电脱盐装置，要求原油脱盐后含盐浓度小于3 mg/L。原油中的有机氯主要来自于油田开采过程中添加的含氯有机化学助剂。水溶性的含氯化学助剂在原油脱盐和脱水过程中容易脱除，但是油溶性化学助剂中的有机氯无法在脱盐脱水过程中脱除。由于有机氯多数是油溶性化合物，电脱盐工艺无法脱除。有机氯在加工过程中分解形成盐酸，对设备造成腐蚀。由于重整装置或乙烯装置对石脑油的氯含量有严格要求，加工有机氯含量高的原油，经常出现设备腐蚀严重、产品质量不合格无法出厂。有机氯在高温下分解形成的盐酸，易和有机胺反应形成铵盐结晶并堵塞换热器，造成装置经常性的非计划停工，大大影响炼厂加工负荷和经济效益。

2.5 原油含 H2S

H2S是石油化工行业排在首位的职业危害因素。H2S主要经呼吸道吸入，侵害呼吸系统和眼睛，妨碍肌体对氧的摄取和运输。H2S浓度为0.025～ 1.000 ppm，人的嗅觉能闻到。当空气中的H2S为10～15 ppm时会使人出现中毒症状。我国工作场所最大容许H2S浓度为10 ppm。

由于H2S分布范围广，接触人员多，毒性危害大，高含硫油在气田开发、净化，炼油厂绝大部分装置、化工厂裂解、制苯等装置、含H2S的废气、废液排放不当以及污水处理、化验分析、检维修等作业环节都有接触H2S的可能。H2S可溶于水和油中，可随水或油至远离发生源处，而引起意外中毒事故。

中东原油占我国进口原油比例近50%，中东高硫原油大部分气相H2S含量超过1 000 ppm。为保证国内石油资源稳定供应，采购和加工中东高硫原油是必然选择。为应对接卸和加工含H2S原油，炼厂要完善码头、管线、储罐等相关硬件设施，在原油运输、接卸、仓储全程实现密闭输送，并完善接卸、仓储及管输含H2S原油的操作规章制度；分析高风险因素、设备及区域，加装H2S监控检测及加强人员防护等。

2.6 原油含砷

砷化物一般有毒性，三价砷化合物毒性更强。含砷废水、废气和废渣的排放，会对环境造成污染。砷和砷化物一般可通过水、大气和食物等途径进入人体，造成危害。普通原油中的砷含量一般小于1 ppm。但是部分原油含砷量可超过1 ppm，含砷较高的原油主要有大庆原油、新疆克拉玛依等陆相原油等。

原油石脑油中石油烃中的砷一般具有AsR3的形式，其中R为氢或烃基，如甲基、乙基、丙基或苯基。烷基砷在空气中易被氧化，而芳香砷较为稳定。这些砷化物在石油炼制过程中，按沸点高低，分别进入液化气、石脑油、柴油等馏分。大部分砷化合物分布在常压渣油中，且随着催化裂化原料进入到催化裂化体系。

高含砷原油石脑油馏分段砷含量富集，但是对航煤、汽油、柴油加氢等装置也会有影响。铂铼重整催化剂对原料的砷含量要求非常苛刻，要求小于1 ppb。加工含砷原油时，一般需要在原料预处理前加装脱砷罐，确保经过处理后的原料砷含量符合下游装置指标要求。否则容易造成催化剂失活或永久性中毒，导致频繁更换催化剂，增加加工成本并影响装置连续生产。图2为原油砷含量约为5 600 ppb的各馏分砷含量分布情况。

图2 原油切割馏分含砷随温度分布曲线

2.7 原油含汞

原油中的汞形态包括游离态、有机汞化物、氯化汞、汞的硫化物等。在石油馏分中，汞主要以有机汞的形式存在。由于有机汞的沸点与石脑油馏分的沸程接近，因此，在石油加工过程中，大部分有机汞存在于石脑油中。汞由于具有持久性、迁移性和高度的生物富集性、毒性强等特点，许多国家把汞作为优先级的控制对象。原油含汞会沉积在低温设备中，导致铝换热器发生汞合作用而受到损坏。原料含汞会使二次加工装置的催化剂中毒并降低使用寿命，造成分子筛吸附剂处理和再生困难。含汞污水处理及排放危害环境等。原油含汞的情况不常见，但是含汞原油的石脑油处理非常困难，炼厂一旦发现原油含汞一般禁止采购。

3 相关建议

3.1 重视贸易环节原油质量管理

目前，原油外贸合同对原油的特殊品质一般不作要求，如含汞、含砷、含有机氯等，在贸易环节应该加强对原油质量情况的了解，对于新出口原油或老油田中混入新区块出产的原油，要关注原油含汞、含砷、含有机氯等情况，一旦发现有上述情况，要待炼厂研究完善加工方案后才能考虑采购。对于H2S含量高的原油，要充分考虑加工企业的接卸条件和储运设施情况。

3.2 重视环保要求对原油质量的影响

由于产品质量提升和环保要求日益严格，原油品质直接影响到排放的废气和废水，原油采购要高度重视环保排放要求。要综合考虑卸货码头对原油品质的要求、炼厂污染物排放标准的要求，坚持从源头抓起，控制劣质原油对大气和水质的污染。

3.3 加强原油质量监控分析

由于原油是地下开采的天然混合物，有些出口原油是由不同区块出产的原油混合物。炼厂应该加强对原油品质的检测和跟踪分析，除了常规的含盐、含水、硫含量、酸值、密度、馏分收率、凝点等指标外，对新油种要加强含砷、含汞、有机氯等指标分析，以确保炼厂安全平稳生产。

3.4 在开采环节注意油田助剂的使用

地底下的原油一般不含有机氯，有机氯大部分是在油田开采过程中添加开采助剂带来的。原油中含有的有机氯，由于在脱水和脱盐环节无法脱除，对炼厂的设备腐蚀危害大，易造成装置非计划停工。在油田开采环节，一定要把好开采助剂采购关，严格控制含有机氯助剂的使用。

3.5 在采购环节要注意质量问题对效益的影响

原油含水、含盐异常，增加脱水和脱盐的难度，增加原油调和成本和加工损失。原油含有机氯、含汞、含砷等导致催化剂中毒及非计划停工，在安排采购计划时要综合评价上述质量问题对加工效益的影响。