程仲富，劉 磊，曹 暢，任 波，楊祖國(guó)

中國(guó)石化西北油田分公司工程技術(shù)研究院，新疆 烏魯木齊

1.引言

近年來(lái)，常規(guī)石油資源日益減少，稠油資源的開發(fā)與利用逐漸受到關(guān)注。我國(guó)塔河油田稠油資源豐富，稠油因其黏度高、密度大、瀝青質(zhì)含量高等特點(diǎn)，給開采和集輸過(guò)程帶來(lái)極大挑戰(zhàn)[1][2]。因此，稠油有效改質(zhì)降黏對(duì)解決其開采、集輸過(guò)程中的流動(dòng)性問(wèn)題具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

目前，塔河油田主要采用摻稀降黏法進(jìn)行開采集輸。中國(guó)石化西北油田分公司原油產(chǎn)量中稠油約占50%。受制于稀油缺口及稀油與稠油價(jià)差，稠油地面改質(zhì)回?fù)郊夹g(shù)應(yīng)運(yùn)而生[3]。國(guó)內(nèi)外稠油地面熱改質(zhì)的主要方法有延遲焦化[4][5]、熱裂化等。由于延遲焦化熱轉(zhuǎn)化深度深，投資成本相對(duì)較高，而熱裂化具有能明顯降低產(chǎn)物黏度且投資成本相對(duì)較低的優(yōu)勢(shì)[6][7]。筆者在前期實(shí)驗(yàn)室小試的基礎(chǔ)上，探討了塔河稠油地面熱改質(zhì)降黏中試研究，以期為塔河稠油的開采、集輸問(wèn)題提供指導(dǎo)。

2.實(shí)驗(yàn)部分

2.1.實(shí)驗(yàn)原料

選取塔河稠油外輸油作為實(shí)驗(yàn)原料，經(jīng)過(guò)實(shí)沸點(diǎn)蒸餾后獲得常壓渣油，塔河稠油及其常壓渣油基本性質(zhì)見(jiàn)表1。

Table 1. The basic properties of Tahe heavy oil and atmospheric residue表1.塔河稠油及常壓渣油基本性質(zhì)

由表1 可知，塔河稠油50℃黏度為1385mPa?s，20℃密度為0.9560g/cm3，瀝青質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)14.5%。而塔河稠油常壓渣油100℃黏度為1479mPa?s，20℃密度為1.010g/cm3，瀝青質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)18.7%。

為了獲取塔河稠油餾程分布，采用安捷倫模擬蒸餾分析儀對(duì)其餾程進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果見(jiàn)圖1，可以看出，塔河稠油中餾出率75%的為大于350℃餾分，汽油餾分、柴油餾分收率分別約為6.5%和18.5%。

將塔河稠油中試原料與小試實(shí)驗(yàn)原料餾程進(jìn)行比較，結(jié)果見(jiàn)表2，塔河中試原油常壓渣油收率為75%，比小試原油更重。

Table 2. The distribution of distillation range of Tahe heavy oil表2.塔河稠油餾程分布

2.2.熱改質(zhì)中試實(shí)驗(yàn)

塔河稠油熱改質(zhì)中試實(shí)驗(yàn)流程見(jiàn)圖2。塔河稠油熱改質(zhì)中試實(shí)驗(yàn)流程：①原料油加熱到120℃左右，由原料泵抽出，經(jīng)計(jì)量(試驗(yàn)前先確定減黏的停留時(shí)間)與一定比例的高溫水蒸汽混合后進(jìn)入重油加熱爐加熱，控制加熱爐的出口溫度。②高溫物料經(jīng)轉(zhuǎn)油線進(jìn)入減黏反應(yīng)器進(jìn)行減黏裂化反應(yīng)。③減黏裂化產(chǎn)物不經(jīng)分餾塔分餾，液相產(chǎn)物直接從塔底流出收集于塔底產(chǎn)物罐中。

Figure 1.The distribution of distillation rangeof Tahe heavy oil by simulated distillation 圖1.塔河稠油模擬蒸餾餾程分布

2.3.產(chǎn)物分析

熱改質(zhì)產(chǎn)物的安定性通過(guò)斑點(diǎn)實(shí)驗(yàn)法進(jìn)行評(píng)價(jià)，參考標(biāo)準(zhǔn)為ASTM D4740；甲苯不溶物含量通過(guò)甲苯不溶物測(cè)定儀進(jìn)行分析，參考標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 2292－2018。

3.結(jié)果與討論

3.1.中試裝置操作條件

前期熱改質(zhì)降黏反應(yīng)釜小試數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

Table 3. The pilot test results of atmospheric pressure residue reactor for Tahe heavy oil表3.塔河稠油常壓渣油反應(yīng)釜小試結(jié)果

在400℃、80min 的緩和反應(yīng)條件下，所得減黏生成油50℃黏度可降至2522mPa?s，生焦率為0.12%，減黏油黏度和生焦率均要比要求的高(50℃黏度不超過(guò)2000 mPa?s，生焦率不超過(guò)0.1%)。

在體系生焦率不超過(guò)0.1%的前提下，外輸油的黏度(50℃)要求不超過(guò)2000 mPa·s。延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間與提高反應(yīng)溫度具有一定的互補(bǔ)性，都能提高反應(yīng)深度，但反應(yīng)溫度對(duì)生焦影響更顯著。綜合生焦率和黏度的要求，確定中試試驗(yàn)條件見(jiàn)表4。

Figure 2.The processof pilot test of thermal updating of Tahe heavy oil 圖2.塔河稠油熱改質(zhì)中試實(shí)驗(yàn)流程圖

Table4.The condition for operating the pilot test plant 表4.中試裝置操作條件

3.2.中試改質(zhì)降黏效果

3.2.1.條件A、B改質(zhì)降黏效果

根據(jù)條件A、B開展中試試驗(yàn)，所得減黏生成油的產(chǎn)物黏度和生焦率分別見(jiàn)表5。

Table5.The oil generation propertiesfor conditionsA and Bof viscosity reduction 表5.條件A、B減黏生成油性質(zhì)

A條件(400℃，80min)中試試驗(yàn)所得減黏生成油的50℃黏度為3452mPa?s，比高壓釜小試實(shí)驗(yàn)的黏度更高。這是由于中試原油常壓渣油(收率75%)，比小試原油(收率70%)更重。減黏生成油的生焦率為0.21%，比高壓釜小試實(shí)驗(yàn)的生焦率高。這主要是由于瀝青質(zhì)是影響生焦率的主要因素，而中試常壓渣油瀝青質(zhì)含量(18.7%)比小試渣油瀝青質(zhì)含量(17.9%)高。B條件(405℃，60 min)中試試驗(yàn)所得減黏生成油的50℃黏度為4508mPa?s，比高壓釜小試實(shí)驗(yàn)的黏度更高。減黏生成油的生焦率為0.30%，比高壓釜小試實(shí)驗(yàn)的生焦率高。

改質(zhì)油的穩(wěn)定性是保證其安全集輸?shù)那疤釛l件，因此對(duì)減黏生成油的穩(wěn)定性進(jìn)行了評(píng)價(jià)，結(jié)果見(jiàn)圖3。A 條件減黏生成油的斑點(diǎn)等級(jí)為二級(jí)，穩(wěn)定性較好。這主要是由于渣油膠體體系的穩(wěn)定性取決于各組分在各相之間作用的動(dòng)態(tài)平衡，即瀝青質(zhì)含量必須適當(dāng)，可溶質(zhì)芳香性不能太低，且必須有相當(dāng)量的膠質(zhì)作為瀝青質(zhì)的膠溶組分。而該工藝條件下生成油各組分在各相之間作用的動(dòng)態(tài)平衡尚未完全破壞，故其穩(wěn)定性較好。條件B減黏生成油的斑點(diǎn)等級(jí)為三級(jí)，體系不穩(wěn)定。

Figure 3.The spot gradeof viscosity reduction and oil generation 圖3.減黏生成油斑點(diǎn)等級(jí)

3.2.2.條件C、D改質(zhì)降黏效果

瀝青質(zhì)聚沉生焦是限制裂化反應(yīng)深度的關(guān)鍵因素。為了減少生焦，在條件A、B基礎(chǔ)上分別采取注水方式(即分別為試驗(yàn)條件C、D)。條件C、D注水中試減黏產(chǎn)物性質(zhì)見(jiàn)表6。注水之后，條件C、D減黏生成油的生焦率可降低到0.1%以內(nèi)，但條件C、D減黏生成油的黏度(100℃)都很高，分別為1275、1397 mPa?s，降黏率僅為13.8%和5.5%，降幅不明顯。3.2.3.對(duì)比分析

Table 6. The product property of viscosity reduction in pilot test under conditions A and B表6.條件C、D 注水中試減黏產(chǎn)物性質(zhì)

根據(jù)塔河常壓渣油熱改質(zhì)不注水(條件A、B)與注水(條件C、D)中試試驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比塔河常壓渣油熱改質(zhì)不注水與注水中試試驗(yàn)相比，注水可減少焦的生成，能將生焦率降低至0.1%以內(nèi)。注水之后，減黏生成油的黏度較原料渣油而言，降幅不明顯，減黏改質(zhì)效果比不注水差。塔河常壓渣油中試減黏生成油的生焦率較小試略高。中試減黏生成油的降黏率與小試基本一致，均在97%以上。

4.結(jié)論

1)中試(不注水)與小試評(píng)定減黏裂化生成油降黏率基本一致，均在97%以上，中試生焦率略高。

2)400℃×80 min (不注水)中試進(jìn)料流率為2.39L/h，所得減黏裂化生成油穩(wěn)定性較好，與小試結(jié)果基本一致。

3)注水雖可減少生焦(降至0.1%以內(nèi))，但降黏改質(zhì)效果差。

4)塔河稠油熱改質(zhì)4組中試條件中，400℃×80min(不注水)工藝條件改質(zhì)效果相對(duì)最優(yōu)。