SOTU重质污油处理技术的应用及分析

2020-04-01吴德鹏赵圣博郭海峰王小军

石油炼制与化工 2020年3期

吴德鹏，郭辉，赵圣博，郭海峰，王小军

(1.中国石化塔河炼化有限责任公司，新疆库车 842000；2.沧州信昌化工股份有限公司)

受世界范围内轻质原油产量日益减少和炼油厂加工效益降低的影响，近年来重质原油等非常规原油的加工利用逐渐提上日程。塔河原油因硫、沥青质及重金属含量高，黏度较大，低氢碳比而被称为塔河重质原油。重质原油的这些特点造成其加工困难，生产过程中污油量大。

塔河重质原油的密度(20 ℃)为0.945～0.952 kg/L，盐含量高，造成中国石化塔河炼化有限责任公司(简称塔河炼化)两套电脱盐装置运行效果不好。1号电脱盐脱后原油含盐量为5.5～13.5 mg/L，2号电脱盐脱后原油含盐量为5.5～8.5 mg/L；两套电脱盐排水的含油量为200～8 000 mg/L。电脱盐排水送至污水处理厂回收的污油密度大、水含量高，油水密度差小，难以实现油水分离。含水污油回炼至焦炭塔会在挥发线上结盐，掺入原油后进电脱盐装置回炼则使期负荷波动大，变压器电流波动频繁，脱后原油含盐量高，电脱盐排水的油含量更高，形成恶性循环，使装置无法正常运行。为避免回炼污油对装置运转造成大的波动，必须在污水处理厂对回收的污油进行处理，使污油含水率(w，下同)小于3.0%，污水含油量小于150 mg/L。

塔河炼化污油乳化严重、油品性质多样，以电脱盐排出的含水污油和焦化混合切水后的污油为主[1]。焦粉及其他杂质含量相对较高，对化学药剂不敏感。采用传统的罐区脱水工艺，油相、水相很难达到指标要求和排放标准，且实际的罐容不能保证足够的油水分离时间，所以污油回炼难度大，库存上升快，影响了日常生产。为了能够顺利回炼回收的污油，需要寻求新的重质污油处理技术对污油进行油水分离。基于油水乳化的机理和塔河炼化污油性质，沧州信昌化工股份有限公司(简称沧州信昌)研发了SOTU(Slop Oil Treatment Unit)重质污油处理技术。2018年12月采用该技术对塔河炼化重质污油进行分离试验，处理重质污油550 t，以下对试验结果进行分析和讨论。

1 SOTU重质污油处理技术介绍

SOTU重质污油处理技术采用多级循环处理工艺，主要包括预处理、一级分离、二级分离三部分。

1.1 预处理

污油经泵送入预处理装置(模型见图1)，在其中与蒸汽充分混合升温，升温污油被送入核心处理单元增核破乳。SOTU重质污油处理技术的核心是高能物理技术，由超声波破乳组件、次高频振动组件和高能电子束组件组成。污油进入核心处理部分后，3个组件能够依据油品性质、含水率以及机械杂质情况智能协同发挥作用。实验室小试、中试及油田、炼化企业现场应用结果表明，高能物理增核破乳技术在污油三相分离处理过程中起到了至关重要的作用。

图1 预处理装置模型

超声波破乳[2]组件是利用超声波的特性和在传播过程中发生的机械振动、热作用和空化作用来实现的[3]。超声波在污油中传播时，通过机械作用使液体微粒振动，乳核出现体积变大、质量增大、彼此碰撞聚集等现象，形成大乳核。在超声波空化作用下聚集的大乳核乳化物的表面张力迅速发生变化，可以达到几倍于原来的数值，并会突然溃缩，乳化状态被打破[4]，超声波作用原理见图2。

图2 超声波作用下粒子的“位移效应”示意

次高频振动基于污油特性，选用多自由度系统振动开发的振动组件，如图3所示。其机理是由多自由度系统振动，使乳化液体在多个维度上进行运动、碰撞。在高频振动作用下，水分子流速增大，在其界面张力诱导下界面流动液滴接触、相遇的频率增加，液滴界面振动加剧，油水界面膜破裂，乳化状态被打破。

图3 多自由度系统振动

微型高能加速器使少量被加速的电子束轰击含泥污油，使其中部分含泥污油发生在常规方法下难以引发的物理化学反应，从而达到增核破乳的目的[5-7]。

1.2 一级分离装置

图4为一级分离装置模型。该装置是利用高速旋转的转鼓产生的离心力，把污油中的固体颗粒截留在转鼓内，在力的作用下将固体自动卸出；同时在离心力的作用下，污油中的液体通过过滤介质、转鼓小孔被甩出，达到液固分离过滤的目的[8]。

图4 一级分离装置模型

1.3 二级分离装置

图5为二级分离装置模型。该装置采用特殊设计的旋分曲线，合理地解决了油水分离的技术难题，使密度大的水沿环状路径流向外侧，密度小的油在内圈，并聚成大的油珠上浮分离。二级分离装置采用沧州信昌自主设计制造的超高机械强度、超高旋转速度的分离机，最终实现油、水、固体三相分离[9-10]。

图5 二级分离装置模型

1.4 工艺流程简介

塔河重质污油被输送到预处理装置中加热至90 ℃，然后输送到核心处理单元进行物理增核，进入一级分离装置进行固液分离，去除污油中96%以上密度大于1.0 g/cm3的固体杂质；一级处理后的污油经静置后实现初步油水分离。一级分离出的固体杂质成分与污油特性有关，固体杂质中油质量分数为0.5%～2%，水质量分数为70%～85%，固体中有机物质量分数为0.2%～2.0%。处理后的油水混合物继续进入二级分离器，二级分离器为油水高速离心分离器，可将污油与污水分离。二级处理后的油相出口含水率为0.2%～3.5%(随油品变化)，水相含油量为30～150 mg/L。处理后的污油、污水达到指标要求。污油进缓冲罐并经泵输送至储罐，水进入污水处理系统，乳化物返回到预处理部分，进行破乳增核，再进入一级处理装置循环处理。具体流程见图6，其中，污油加热器与核心处理单元组成预处理装置。

图6 SOTU重质污油处理工艺流程示意

2 SOTU重质污油处理技术的应用

试验装置设计处理量为8 t/h，受塔河炼化污油乳化严重、油水密度差小等因素影响，试验期间将污油处理量控制在3～4 t/h。

2018年12月12—31日进行现场试验，不计设备参数调试时间，累计处理144 h，合计处理污油550 t，设备平均处理量为3.8 t/h。图7为塔河炼化和沧州信昌对处理后油中含水率的分析数据对比。从图7可知，两家单位对处理后污油含水率的分析结果基本在3.0%以下，平均为1.45%。数据高点为12月30日12：00—16：00，此时对设备参数进行调整，寻求处理量和质量的平衡点。最终结果表明处理量超过4 t/h时，处理后污油的含水率迅速升至3.5%～12%。在现有工艺条件下，要保证处理后污油的含水率小于3%，污油处理量不得超过4 t/h。处理后污水的平均含油量为49.3 mg/L。

图7 处理后污油含水率分析数据对比

经分析，处理后的污油密度(20 ℃)平均为961.4 kg/m3，比原油密度(20 ℃)947.3 kg/m3大，含盐量不超过10 mg/L。剔除12月30日18：00设备调整期间的分析结果，SOTU重质污油处理技术在塔河炼化的污油处理试验比较成功。图8和图9分别为处理前后的污油图片。

图8 处理前污油

图9 处理后污油

3 经济分析

此次试验共处理污油550 t，产出合格污油240 t、固体废渣(简称固渣)1.5 t。污油产率为43.64%，固渣率为0.27%，污水产率为56.09%。设备总功率为35.8 kW，合计用电量为35.8×144≈6 000 kW·h，污油耗电量为11 kW·h/t，电费为9.27元/t；运行期间共用水3×7=21 t，耗水量为0.04 t/t，水费为0.1元/t；蒸汽共计使用38 t，耗蒸汽量为0.07 t/t，蒸汽费用为9元/t。处理污油的单位能耗费用为9.27+0.1+9=18.37元/t，具体明细见表1。