嵇境鵬，鄭文晶，盛彬武，劉統(tǒng)華，李泓

（1.中國(guó)石油廣東石化公司，廣東揭陽(yáng)515200；2.中國(guó)石油大慶石化公司，黑龍江大慶163714；3.中國(guó)石油工程建設(shè)公司華東設(shè)計(jì)分公司，山東青島266071；4.江蘇三星科技有限公司，江蘇揚(yáng)中212299）

10M t·a-1重質(zhì)劣質(zhì)電脫鹽技術(shù)研究

嵇境鵬1，鄭文晶2，盛彬武1，劉統(tǒng)華3，李泓4

（1.中國(guó)石油廣東石化公司，廣東揭陽(yáng)515200；2.中國(guó)石油大慶石化公司，黑龍江大慶163714；3.中國(guó)石油工程建設(shè)公司華東設(shè)計(jì)分公司，山東青島266071；4.江蘇三星科技有限公司，江蘇揚(yáng)中212299）

通過(guò)大量的電脫鹽冷模、熱模實(shí)驗(yàn)，考察操作溫度、電場(chǎng)強(qiáng)度、注水量等工藝參數(shù)對(duì)Merey16重質(zhì)劣質(zhì)原油電脫鹽的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在溫度135℃，注水量10（V）%，SXF36型破乳劑，破乳劑注入量10μg·g-1，450/900/1300V·cm-1弱中強(qiáng)電場(chǎng)，停留時(shí)間15/9/11min的條件下，Merey16原油三級(jí)脫后含鹽≤3mg·L-1，脫后含水≤0.2（V）%，并在小試裝置上得到了驗(yàn)證。以實(shí)驗(yàn)結(jié)果為指導(dǎo)，創(chuàng)新開(kāi)發(fā)了“交直流+智能響應(yīng)”電脫鹽技術(shù)，完成10Mt·a-1加工負(fù)荷的大型（Φ5800×60000）電脫鹽系統(tǒng)工藝包設(shè)計(jì)。

重質(zhì)劣質(zhì)；大型；電脫鹽；條件優(yōu)化；智能響應(yīng)；交直流；工藝包

由于生產(chǎn)、運(yùn)輸工藝的約束，原油不可避免的含有水和鹽類［1］。其所含鹽類在加工過(guò)程中會(huì)存在腐蝕，還會(huì)沉淀在工藝管道、爐管和換熱器的管壁上而形成鹽垢，致使傳熱困難，燃料消耗增加。原油中的鹽類還會(huì)污染二次加工工藝中的催化劑，導(dǎo)致催化劑壽命縮短。國(guó)內(nèi)多數(shù)煉油廠要求脫鹽后原油鹽含量小于3mg·L-1。

中國(guó)石油廣東石化公司擬建的20Mt·a-1重質(zhì)原油加工工程，擬加工委內(nèi)瑞拉Merey16超重劣質(zhì)原油（見(jiàn)表1），這種原油具有密度高、酸含量高、含鹽量高的特點(diǎn)，電脫鹽存在油水密度差小、容易乳化、脫鹽難度高等技術(shù)難點(diǎn)。為科學(xué)選擇電脫鹽技設(shè)備，降低技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，依托國(guó)內(nèi)某電脫鹽設(shè)備供應(yīng)商的研發(fā)力量，研究開(kāi)發(fā)了10Mt·a-1大型“交直流+智能響應(yīng)”電脫鹽。該技術(shù)通過(guò)專家組審核，完成了10Mt·a-1加工負(fù)荷的大型（Φ5800×60000）電脫鹽系統(tǒng)工業(yè)設(shè)計(jì)。

1　研究方法

1.1研究基礎(chǔ)

擬建電脫鹽單系列處理能力為10Mt·a-1，加工Merey16原油，原油含水2（V）%，操作彈性60%～110%，年操作時(shí)數(shù)8400h，連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)不少于3a。目標(biāo)為原油脫后含鹽≯3mg·L-1，原油脫后含水≯0.2（V）%。

1.2研究方法

進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室單因素影響實(shí)驗(yàn)、小試裝置動(dòng)態(tài)驗(yàn)證試驗(yàn)，考察各因素對(duì)脫鹽脫水的影響，指導(dǎo)選擇適合加工Merey16原油的電脫鹽技術(shù)及工況，最終結(jié)合電脫鹽設(shè)備供應(yīng)商的工程經(jīng)驗(yàn)，確定電脫鹽工業(yè)設(shè)計(jì)。

表1　Merey16原油一般性質(zhì)Tab.1 Definition of Merry 16 crude

2　單級(jí)強(qiáng)電場(chǎng)單因素實(shí)驗(yàn)

將Merey16原油60g與實(shí)驗(yàn)注入量的煉廠凈化水混合，在實(shí)驗(yàn)溫度下加熱0.5h至實(shí)驗(yàn)溫度，然后手動(dòng)混合100次，注入定量SXF36型破乳劑，手動(dòng)混合50次，放入實(shí)驗(yàn)電壓下高壓靜電場(chǎng)處理。（破乳劑及其注入量的篩選不在本文論述）。

2.1溫度對(duì)原油脫鹽脫水的影響

在電場(chǎng)強(qiáng)度800V·cm-1，作用時(shí)間5min，沉降時(shí)間2min、注水量7（v）%、SXF36型破乳劑10μg·g-1條件下，進(jìn)行不同溫度下Merey16原油脫鹽脫水效果考察。結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1　溫度對(duì)原油脫鹽和脫水的影響Fig.1 Impactof temperature on crude desalting and dewatering

根據(jù)Stokes沉降公式［2］：

其中d：水滴直徑，cm；ρ1、ρ2：水、油的密度，g·cm3；η：原油粘度，g·cm·s；g：重力加速度，cm·s-2。

沉降速度u主要與油水密度差Δρ、原油粘度η有關(guān)。圖1表明，隨著溫度的升高原油脫后含鹽、含水先減少后增加。原油中的水滴隨著溫度的升高，沉降過(guò)程先受油水密度差增大、粘度降低的推動(dòng)加速沉降，后由于原油粘度降低趨勢(shì)放緩、油水密度差反向降低，相對(duì)沉降推動(dòng)力減小。另外，水在油中的溶解度隨溫度上升而增加。適宜Merey16原油脫鹽脫水的溫度應(yīng)在130～135℃。

圖2為溫度對(duì)粘度與密度的影響。

圖2　溫度對(duì)粘度和密度的影響Fig.2 Impact of temperature on viscosity and density

由圖2可見(jiàn)，Merey16原油的粘度η隨著溫度的升高單調(diào)下降；油水的密度差Δρ隨著溫度的升高先增后降。

2.2電場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)原油脫鹽脫水的影響

在實(shí)驗(yàn)溫度130℃，作用時(shí)間5min，沉降時(shí)間2min，注水量7（v）%，SXF36型破乳劑10μg·g-1條件下，進(jìn)行不同電場(chǎng)強(qiáng)度下Merey16原油脫鹽脫水效果考察。結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3電場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)原油脫鹽和脫水的影響Fig.3 Impact of electric field strength on crude desalting and dewatering

圖3表明，在其他因素一定時(shí)，隨著高壓靜電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度增大，Merey16原油含鹽量、含水量均呈逐漸減少趨勢(shì)。

2.3注水量對(duì)原油脫鹽脫水的影響

在實(shí)驗(yàn)溫度130℃，電場(chǎng)強(qiáng)度1300V·cm-1，作用時(shí)間5min，沉降時(shí)間2min，SXF36型破乳劑10× 10-6條件下，進(jìn)行不同注水量下Merey16原油脫鹽脫水效果考察。結(jié)果見(jiàn)圖4。

圖4　注水量對(duì)原油脫鹽和脫水的影響Fig.4 Impact of injection water volume on crude desalting and dewatering

隨著注水量比例的提高，Merey16原油含鹽、含水量降低，并在注水量比例9%附近趨于一致。由于隨著注水量增加，電脫鹽運(yùn)行過(guò)程中油水混合物的導(dǎo)電性也增加，電脫鹽設(shè)備運(yùn)行電流大，能耗增加，甚至是短路喪失脫鹽功能。所以注水量比例不宜一味增大，適宜的注水量比例為8（w）%～10（w）%。

通過(guò)單級(jí)強(qiáng)電場(chǎng)單因素優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，考察各主要因素對(duì)Merey16原油脫鹽脫水的影響，優(yōu)化結(jié)果為：溫度應(yīng)在130～135℃，電場(chǎng)強(qiáng)度1300V·cm-1，注水量比例8%～10%。

3　三級(jí)復(fù)合電場(chǎng)單因素實(shí)驗(yàn)

3.1三級(jí)復(fù)合電場(chǎng)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

由于在電脫鹽設(shè)備工程應(yīng)用中，普遍認(rèn)為交直流電脫鹽在供給強(qiáng)電場(chǎng)后，在電脫鹽設(shè)備中將形成弱/中/強(qiáng)3種電場(chǎng)［3］。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)為：同一試樣，模擬交直流電脫鹽的弱中強(qiáng)電場(chǎng)（根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，模擬弱中強(qiáng)電場(chǎng)分別為450/900/1300V·cm-1），實(shí)驗(yàn)溫度130℃、作用時(shí)間5min，沉降時(shí)間2min，注水量7（v）%，SXF36型破乳劑10μg·g-1條件下，進(jìn)行3次串級(jí)Merey16原油脫鹽脫水效果考察。以驗(yàn)證單級(jí)單因素實(shí)驗(yàn)中優(yōu)化結(jié)果。

表2　三級(jí)復(fù)合電場(chǎng)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果Tab.2 Experimental results on differentelectric field strength

三級(jí)脫鹽后原油含鹽6.0mg·L-1高于脫后含鹽目標(biāo)（3.0mg·L-1以下），原油中含水0.7（w）%高于脫后含水目標(biāo)（0.2%以下）。未達(dá)目標(biāo)，需進(jìn)一步優(yōu)化。

3.2三級(jí)復(fù)合電場(chǎng)條件優(yōu)化實(shí)驗(yàn)

同一試樣3次串級(jí)操作，實(shí)驗(yàn)溫度為135℃，注水量7（v）%，SXF36型破乳劑10μg·g-1條件下，沉降時(shí)間2min，模擬交直流電脫鹽的弱中強(qiáng)電場(chǎng)（分別為450、900、1300V·cm-1），進(jìn)行作用時(shí)間優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，初始作用時(shí)間為12/7/9min（弱中強(qiáng)電場(chǎng)停留時(shí)間比例根據(jù)根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)）。

三級(jí)復(fù)合電場(chǎng)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3　三級(jí)復(fù)合電場(chǎng)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)結(jié)果Tab.3 Experimental results on optimized electric field strength

在提高電場(chǎng)作用時(shí)間后，Merey16原油脫鹽脫水效果提高，但仍未達(dá)到目標(biāo)。進(jìn)一步增大注水量比例后，Merey16原油脫鹽脫水效果達(dá)到目標(biāo)。原油乳化液在電場(chǎng)同停留時(shí)間20/11/15min和停留時(shí)間15/9/11min的三級(jí)脫除效果接近。綜合考慮確定原油在電場(chǎng)中適宜的停留時(shí)間為15/9/11min。

在三級(jí)復(fù)合電場(chǎng)實(shí)驗(yàn)中，經(jīng)過(guò)對(duì)影響電脫鹽的主要單因素進(jìn)行反復(fù)考察，在溫度135℃，注水量10（v）%，破乳劑10μg·g-1，原油在450/900/1300V· cm-1弱中強(qiáng)電場(chǎng)，停留時(shí)15/9/11min的條件下，能夠達(dá)到Merey16原油脫鹽脫水目標(biāo)。

4　三級(jí)模擬小試裝置動(dòng)態(tài)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

在實(shí)驗(yàn)室優(yōu)化操作參數(shù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行三級(jí)電脫鹽模擬小試裝置動(dòng)態(tài)運(yùn)行。將SXF36型破乳劑10μg·g-1加入儲(chǔ)油罐內(nèi)混合均勻，預(yù)熱至90℃，Merey16原油加熱到137℃，操作壓力0.8MPa，原油流量18L·h-1，每級(jí)按10（v）%比例注入煉廠凈化水，進(jìn)行脫鹽脫水。模擬小試裝置三級(jí)電脫鹽罐體φ219×360mm，壁厚6mm，容積分別為48.4L，垂掛式極板，極板高度80mm，交流電源，強(qiáng)電場(chǎng)強(qiáng)度1300V·cm-1。

小試裝置運(yùn)行結(jié)果見(jiàn)表4，原油脫后含鹽2.1mg· L-1，原油脫后含水0.15（v）%，達(dá)到預(yù)定目標(biāo)。

表4　小試裝置動(dòng)態(tài)運(yùn)行結(jié)果Tab.4 Desalting and dewatering results of laboratory scale dynamic experiment

表5　三級(jí)復(fù)合電場(chǎng)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)結(jié)果Tab.5 Experimental results on optim ized electric field strength

表6　單級(jí)電脫鹽罐關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)Tab.6 Key design parameters for single electric desalter equipment

5　電脫鹽工藝設(shè)計(jì)方案

5.1電脫鹽級(jí)數(shù)的選擇

根據(jù)實(shí)驗(yàn)室對(duì)Merey16原油的各種工況下的脫鹽結(jié)果，再考慮到重質(zhì)劣質(zhì)原油電脫鹽實(shí)際運(yùn)行中，第一級(jí)電脫鹽往往受到?jīng)_擊比較大，罐內(nèi)淤泥沉積嚴(yán)重，實(shí)際脫鹽效率較低。建議單系列10Mt·a-1電脫鹽采用三級(jí)電脫鹽工藝流程（見(jiàn)圖6）。加工重質(zhì)劣質(zhì)原油的中海油惠州煉化、中石化鎮(zhèn)海煉化、中石化青島石化、中石化長(zhǎng)陵石化、中石化金陵石化等企業(yè)均采用三級(jí)電脫鹽工藝流程，這也印證了三級(jí)脫鹽的必要。

5.2電脫鹽技術(shù)的選擇

Merey16原油具有高比重、高粘度、高含鹽量，高酸值等特點(diǎn)，脫鹽過(guò)程容易頑固乳化層。電脫鹽罐內(nèi)設(shè)計(jì)采用智能響應(yīng)控制的高頻和高效交直流負(fù)荷電場(chǎng)的“交直流+智能響應(yīng)”電脫鹽技術(shù)。

針對(duì)易乳化的問(wèn)題，在電脫鹽罐油水界位處設(shè)計(jì)高頻智能響應(yīng)電場(chǎng)（見(jiàn)圖5）。該電場(chǎng)設(shè)計(jì)有3臺(tái)高頻智能響應(yīng)變壓器。該變壓器具有如下特點(diǎn)：（1）頻率、電壓無(wú)極可調(diào)；（2）依據(jù)電流反饋?zhàn)詣?dòng)調(diào)整輸出電壓；（3）可按PLC設(shè)定的波形曲線輸出電壓；該變壓器利用高頻的強(qiáng)穿透特點(diǎn)增強(qiáng)破乳效果，不會(huì)發(fā)生短路跳閘，能夠在高導(dǎo)電率的乳化層建立持續(xù)的強(qiáng)電場(chǎng)，而曲線波形高壓可以避免出現(xiàn)油中水滴電場(chǎng)力平衡，促進(jìn)破乳化和油水分離。頻率、電壓無(wú)極可調(diào)的特點(diǎn)又在節(jié)省電耗同時(shí)增強(qiáng)了電脫鹽設(shè)備的油品適應(yīng)能力。

在電脫鹽罐上部設(shè)計(jì)具有不同電場(chǎng)強(qiáng)度的交直流梯度電場(chǎng)，對(duì)更小水滴的聚積提供高壓電場(chǎng)。電脫鹽罐體內(nèi)采用垂直懸掛的電極板，自下而上形成交變?nèi)蹼妶?chǎng)，直流中電場(chǎng)，直流強(qiáng)電場(chǎng)、直流高強(qiáng)電場(chǎng)四個(gè)電場(chǎng)區(qū)域，向水滴施加不同的電場(chǎng)力，在不同電場(chǎng)中完成對(duì)不同粒徑的水滴聚集分離。

5.3電脫鹽罐的設(shè)計(jì)

以實(shí)驗(yàn)優(yōu)化結(jié)果為指導(dǎo)，原油在罐體最大橫截面上的上升速度為主要設(shè)計(jì)依據(jù)，再參考原油在電場(chǎng)中的停留時(shí)間、原油在罐體內(nèi)的停留時(shí)間等技術(shù)參數(shù)，充分考慮設(shè)備的設(shè)計(jì)余量，結(jié)合實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，最終確定電脫鹽設(shè)備的工業(yè)設(shè)計(jì)。

圖5　智能響應(yīng)+交直流高壓布置示意圖Fig.5 Schematic diagram for electric desalter equipmentwith intelligent-response and AC-DC

單系列10Mt·a-1電脫鹽系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)采用3臺(tái)Φ5800×60000罐體，串級(jí)組成三級(jí)脫鹽工藝流程。此時(shí)原油在罐體最大橫截面上的上升速度為1.08mm·s-1，原油在智能變頻電場(chǎng)、弱電場(chǎng)、中電場(chǎng)、強(qiáng)電場(chǎng)和高強(qiáng)電場(chǎng)中的總停留時(shí)間為24.1min，原油在罐體內(nèi)的停留時(shí)間為56.7min，單位體積的罐體在單位時(shí)間內(nèi)處理的原油量為0.83m3·（m3·h）-1。油水界位設(shè)定高度為1600mm。

表5　單級(jí)電脫鹽罐基本信息Tab.5 Thebasic information forsingleelectricdesalterequipment

圖6　加工Merey16原油電脫鹽系統(tǒng)原則工藝流程圖Fig.6 The electric desalting process flow diagrams for Merey16 crude

6　結(jié)論

本研究以突破Merey16原油容易乳化、脫鹽難度高等技術(shù)難點(diǎn)為目標(biāo)，通過(guò)大量的電脫鹽冷漠和熱模實(shí)驗(yàn)，考察操作溫度、電場(chǎng)強(qiáng)度、注水量等各種因素對(duì)Merey16脫鹽脫水的影響，取得了處理委內(nèi)瑞拉Merey16原油比較優(yōu)化的條件。根據(jù)實(shí)驗(yàn)研究成果創(chuàng)新開(kāi)發(fā)“交直流+智能響應(yīng)”電脫鹽技術(shù)，設(shè)計(jì)完成中國(guó)石油廣東石化20Mt·a-1重質(zhì)原油加工工程電脫鹽系統(tǒng)工藝技術(shù)包。

［1］王成斌.智能響應(yīng)型原油電脫鹽設(shè)備的研究［D］.中國(guó)石油大學(xué)碩士學(xué)位論文，2011.

［2］郭振宇.斯托克斯定律在煉油廠催化常壓裝置的應(yīng)用［J］.化工生產(chǎn)與技術(shù)，2006,13（2）：30-31.

［3］梁志勇，孫甲，劉政，等.原油電脫鹽脫水技術(shù)的研究現(xiàn)狀及進(jìn)展［J］.石油和化工設(shè)備，2012,15：26-27.

Research for the 10M t·a-1electrostatic desalting unit technology and it's application processing lowquality heavy crude oils

JIJing-peng1，ZHENGWen-jing2，SHENG Bin-wu1，LIU Tong-hua3，LIHong4
（1.Petrochina Guangdong Petrochemical Company，Jieyang 515200，China；2.Petrochina Daqing Petrochemical Company，Daqing 163714，China；3.CPECC East-China Design Branch，Qingdao 266071，China；4.Jiangsu Sanxing Science&Technology Co.Ltd.，Yangzhong 212299，China）

The large number of electric desalting cold model and hotmodel experiment.Investigated and Research for the impact of operating temperature，electric field strength，water injection and other process parameters on the electrical desalting for heavy and low-quality Merey16 crude.Experimental results show that at the temperature should be 135℃，injection volume should be 10（V）%，the demulsifier type should be SXF36，the demulsifier amount should be 10μg·g-1，the composite electric field strength should be 450/900/1300V·cm-1，the residence times in electric field should be 15/9/11 min.After three times desalting，the Merey16 crude salt content is≤3mg·L-1，water content is≤0.2（V）%，and in a small pilot p lant has been verified.The experimental results to guide a process design package.Electric desalting technology，called"AC/DC+intelligent-response"was invented and development.The process design package for a large electric desalting unit in processing 10M t/a crude oils is completed.

low-quality heavy crude；large unit；electric desalting；optimization；intelligent-response；AC-DC；process design package

TE624.1

A

10.16247/j.cnki.23-1171/tq.20160984

2016-00-00

嵇境鵬（1981-），男，工程師，2004年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院化學(xué)工程與工藝專業(yè)本科，主要從事石油化工的生產(chǎn)技術(shù)管理工作。