塔河稠油电脱盐工艺优化研究*

翟若昊,申明周,王 雪

(中石化炼化工程(集团)股份有限公司洛阳技术研发中心,河南 洛阳 471003)

近年来,随着国内原油重质化、劣质化趋势日益严重,原油的盐含量、酸值、硫含量和金属含量等逐年上升,炼油厂加工或掺炼重质原油的难度逐渐加大。通常,重质原油具有运动黏度高、沥青质含量高、更易与水乳化等特性。电脱盐是原油加工的第一道预处理工序,目前重质原油电脱盐装置运行中遇到的主要问题:原油乳化严重、罐内乳化层较厚,进而导致脱后原油盐含量居高不下,电脱盐排水油含量较高,势必会严重冲击后续污水处理系统[1]。

国内某炼化企业加工原油主体为塔河稠油,自2022年4月起,进厂原油盐含量持续上升,平均值高达777.3 mg/L,远超电脱盐装置设计的承受能力,在电脱盐破乳剂加注质量分数已达历史最高值300 μg/g的条件下,三级脱后原油盐含量依然居高不下,均值为11.3 mg/L,严重影响了后续装置的长周期安全运行。针对塔河稠油高含盐、高黏度、高沥青质的相关特性,在实验室开展塔河稠油脱水脱盐工艺研究,并对电脱盐工艺及相关设备提出优化改进方案,为减轻后续加工过程中装置腐蚀、保证装置长周期运行提供技术支撑。

1 试验准备

1.1 原料与仪器

实验室选用原料为塔河稠油,该原油具有黏度大,沥青质含量高等特点,具体性质见表1。

表1 塔河稠油基本性质

实验室选用YS-4型电脱盐试验仪以及2671型耐压测试仪进行电脱盐试验,仪器示意见图1。

图1 电脱盐装置示意

实验室原油盐含量测定依据SY/T 0536—2008《原油盐含量的测定-电量法》,原油脱后含水测定依据GB/T 8929—2006《原油水含量的测定-蒸馏法》。

1.2 破乳剂筛选

实验室选取了FC9303,FC961,TS-S2三种适用于重油脱水脱盐的破乳剂,在低温条件下进行塔河稠油的脱水评价试验。试验条件为:原油注蒸馏水10 mL,油水比例约5∶1,温度90 ℃,预热15 min后振荡使油水充分乳化,注入质量分数100 μg/g破乳剂。根据在相同条件下加注不同破乳剂后的油水分离情况,考察不同破乳剂对塔河稠油的油水分离效果。试验结果见表2。

表2 破乳剂低温评价脱水结果

从表2的数据可以看出,破乳剂FC9303对塔河稠油的低温脱水效果较好,更适用于塔河稠油的脱水脱盐试验。

1.3 降黏剂筛选

塔河稠油黏度较大,试验过程中加入降黏剂降低原油黏度,提高脱水脱盐效率[2]。实验室选取了31765,YH-103,31520等五种适用于重油脱水脱盐的降黏剂,进行低温脱水评价试验。试验条件:原油蒸馏水10 mL,油水比例约5∶1,温度90 ℃,预热15 min后振荡使油水充分乳化,注入质量分数100 μg/g的破乳剂FC9303,注入质量分数100 μg/g的降黏剂。根据加注不同降黏剂后在相同条件下的油水分离情况,考察不同降黏剂对塔河稠油的油水分离效果。试验结果见表3。

表3 降黏剂低温评价脱水结果

从表3的数据可以看出,部分降黏剂能够有效提高塔河稠油低温下的脱水效果。降黏剂31765更适用于塔河稠油的脱水脱盐试验。

2 脱水脱盐工艺条件研究

实验室分别考察了注水量、破乳剂用量、降黏剂用量等参数对脱水脱盐效果的影响。试验过程中,考察某个参数时,要求其他参数不变,在相同条件下进行三级电脱盐试验。根据试验数据确定塔河稠油的最佳脱水脱盐工艺条件。

2.1 破乳剂用量影响

一般来说,炼油厂每级电脱盐选择破乳剂注入质量分数为20～50 μg/g,重劣质原油的电脱盐可适当提高破乳剂的注入量[3]。针对塔河稠油脱水脱盐困难的特点,实验室考察了不同破乳剂注入量对塔河稠油脱水脱盐效果的影响。试验条件:破乳剂FC9303,注水量为10%,温度 145 ℃,电场强度1 100 V/cm。脱盐试验结果见表4。

表4 不同破乳剂用量的脱盐脱水效果

从表4的数据可以看出,对于塔河稠油,破乳剂FC9303注入质量分数增加到每级100 μg/g时,脱后含盐含水量均较低,再增加破乳剂用量对脱水脱盐效果提升不明显。因此实验室选择的破乳剂质量分数为100 μg/g。但此时对塔河稠油的脱水脱盐效果仍不理想,脱后含盐含水均较高,不满足实际操作工艺要求。

2.2 降黏剂用量的影响

破乳剂用量试验表明:常规注破乳剂已不能满足塔河稠油的脱水脱盐要求,为进一步降低塔河稠油的黏度,保证原油在电脱盐操作温度下黏度进一步降低,实验室采用了注降黏剂的方法,并考察了不同降黏剂注入量对塔河稠油的脱水脱盐效果的影响。试验条件:注入质量分数100 μg/g破乳剂FC9303,降黏剂31765,注水量10%,试验温度145 ℃,电场强度1 100 V/cm。三级脱盐试验结果见表5。

表5 不同降黏剂用量的脱盐脱水效果

从表5试验结果可以看出,对于塔河稠油,注入质量分数为100 μg/g破乳剂FC9303时,再注入降黏剂31765,能够进一步有效地降低脱后含水,降黏剂质量分数为150 μg/g时,三级脱水脱盐效果更好,继续增加降黏剂用量对脱水脱盐效果提升不明显。因此实验室选择的降黏剂质量分数为150 μg/g。但此时塔河稠油的脱水脱盐效果仍不理想,依然难以满足实际操作工艺要求。

2.3 注水量的影响

一般来说,炼油厂电脱盐选择注水量在 3%～8%之间,重劣质原油的电脱盐应适当增大注水量,一般国外对重劣质原油的电脱盐注水可提高至10%以上,但过高的注水也会带来一些问题,如由于原油含水高导致脱盐电流大影响正常供电等问题[4]。针对塔河稠油脱水脱盐难度较大的特点,实验室加大了每级电脱盐的注水量,考察了不同注水量对塔河稠油脱水脱盐的效果影响。试验条件:质量分数100 μg/g的破乳剂FC9303,质量分数150 μg/g的降黏剂31765,试验温度 145 ℃,电场强度1 100 V/cm。三级脱盐试验结果见表6,脱后含盐含水效果见图2。

图2 不同注水量的脱水脱盐效果

表6 不同注水量试验结果

由图2可知,增大注水量,强化水洗过程,能够有效地降低塔河稠油的脱后盐含量,当注水量达到20%时,三级脱后盐质量浓度已经可以降低至10 mg/L以下。但是注水量过大,也增加了装置能耗,同时增大注水量会增大装置运行风险,易造成加电装置的短路。因此,应考虑在提高脱盐率的前提下,尽量控制注水量在合适范围内,过度增大注水量,对实际操作过程及装置的安全平稳造成不利影响,仍需进一步研究。

上述研究表明,适用于塔河稠油脱盐脱水的最优工艺条件:质量分数100 μg/g的破乳剂FC9303;质量分数150 μg/g的降黏剂31765;操作温度145 ℃,电场强度1 100 V/cm。该工艺条件下,三级脱后的盐质量浓度可以降低至10 mg/L以下,脱后含水量约0.17%。

3 强化水洗对脱水脱盐效果的影响

重质原油脱盐困难的主要原因是原油中含有大量结晶盐,需增大注水量、增大混合强度,在水相中给予充足的停留时间,才能保证结晶盐及部分有机物随着洗涤水的脱除而脱除[5]。同时,原油中的沥青质等强极性大分子吸附了一定量的胶质,以胶体状态在原油中分散,以沥青质为核心的胶团之间会因缔合效应发生聚并,对原油乳化液起到稳定作用[6]。因此水洗过程很大程度上决定了原油电脱盐的实际效果。强化水洗过程,能够保证无机组分充分溶解于水相,最终达到脱除的目的[7]。实际操作过程中,电脱盐采用水相进料的方式,原油进入电场区域之前有一个与水相的短暂接触停留,但该水洗过程不充分不彻底,因此脱盐的效果不够理想。强化水洗过程是解决重质原油脱盐问题的关键一步,在进入电场区域脱盐之前,给予原油更充分的水洗条件,能够强化重质原油的脱盐效果。

3.1 强化水洗过程对脱盐效果的影响

实验室进行了塔河稠油强化水洗过程试验,大量注水多次振荡洗涤后排水,再按照研究所得最佳工艺条件进行三级电脱盐试验,试验结果见表7。

表7 强化水洗过程电脱盐试验结果

研究表明,在进入电场区域之前,强化水洗过程能够有效降低原油中结晶盐含量,同时充分的水洗条件能够使与有机大分子结合的无机盐充分释放进入水相,最终随排水脱除。强化水洗过程后电脱盐过程排水效果理想,三级脱后含水低于0.3%,三级脱后盐质量浓度降低到6.14 mg/L。

3.2 脱盐助剂对脱盐效果的影响

塔河油田原油脱出水中氯化物质量分数为100 000～150 000 μg/g,原油中的氯除以氯化钠、氯化钙等无机盐形式存在外,由于原油中沥青质的正电性,会存在一部分氯离子与沥青质因为电性原因结合,进而形成稳定的有机大分子,而沥青质等重质组分的聚集是自发的,大量的芳环堆积导致聚集在一起的分子数目庞大,这就导致了与沥青质等重质组分结合的氯离子更加难以脱除[8]。常规的水洗电脱盐手段难以将这部分氯脱除,强化水洗过程能够保证无机组分的充分溶解。而研究表明,在重质原油脱水脱盐过程中加注脱盐助剂,能够促进与有机大分子的水解,进而达到更好的脱盐效果[9]。实验室针对上述结论进行了相关研究。

在强化水洗过程的前提下进行三级电脱盐,每级除注水注破乳剂外,额外加注质量分数50 μg/g的脱盐助剂A或脱盐助剂B,试验结果见表8。

表8 添加脱盐助剂试验结果

试验表明,添加脱盐助剂,能够进一步降低塔河稠油的脱后含盐。对比发现脱盐助剂B对于塔河稠油脱水脱盐的效果更好,三级脱后盐质量浓度小于5 mg/L,脱盐率可达96.3%,脱后含水量小于0.3%。脱盐助剂B是塔河稠油电脱盐过程的理想助剂。

4 结 论

(1)塔河稠油通过常规三级脱盐手段难以有效脱盐脱水。强化水洗过程以及加注脱盐助剂,能够有效提高脱盐率,降低原油脱后盐含量。

(2)实验室确定了塔河稠油的最优脱水脱盐参数,具体为:电脱盐强化水洗过程,多次振荡洗涤后进行三级脱盐,质量分数100 μg/g的破乳剂FC9303;质量分数150 μg/g的降黏剂31765;脱盐助剂B质量分数50 μg/g;停留时间40 min,混合强度振荡100次,温度145 ℃,电场强度1 100 V/cm。三级脱后盐质量浓度小于5 mg/L,脱后含水量小于0.3%。

(3)在重质原油脱水脱盐过程中,应重点考虑沥青质等极性大分子在过程中的作用及变化规律。生产装置中适当降低电脱盐进料分布器的位置,延长原油在水相中的停留时间,强化水洗过程,确保进料部位不会形成新的乳化层。高效的促进极性组分的水解,促进无机组分的释放,是解决重质原油乳化严重、脱盐困难问题的关键。