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        減壓渣油脫鈣技術(shù)研究

        2022-02-26 04:20:40唐應(yīng)彪
        河南化工 2022年1期
        關(guān)鍵詞:效果

        唐應(yīng)彪

        (中石化煉化工程集團(tuán) 洛陽(yáng)技術(shù)研發(fā)中心 , 河南 洛陽(yáng) 471003)

        0 前言

        隨著重質(zhì)原油的大量開(kāi)采,原油中的鈣、鎂、鐵等金屬含量大大增加,這些金屬一部分以水溶性鹽和微溶性鹽的形式存在,另一部分以油溶性的石油酸鹽形式存在。常規(guī)的電脫鹽可以脫除大多數(shù)可溶性鹽,但對(duì)于微溶性鹽和油溶性的石油酸鹽脫除效果不佳。伴隨著原油加工過(guò)程,鈣、鎂、鐵等金屬化合物大部分富集于渣油中,影響渣油的進(jìn)一步加工和利用[1-3]。在渣油加氫過(guò)程中,原料中的金屬化合物沉積在催化劑表面及顆粒間,導(dǎo)致催化劑失活及板結(jié),引起反應(yīng)器床層壓力降升高,嚴(yán)重時(shí)可使裝置被迫停工[4-5]。

        目前原油脫金屬的方法較多,主要有螯合沉淀法、加氫催化法、樹(shù)脂脫除法、CO2脫除法、生物脫除法、膜分離法、過(guò)濾法等,而關(guān)于渣油脫金屬方面的研究報(bào)道甚少[6]。

        針對(duì)某煉廠減壓渣油的原料特點(diǎn),動(dòng)態(tài)模擬現(xiàn)場(chǎng)工況,開(kāi)展了減壓渣油脫鈣技術(shù)研究,考察了流量、溫度、電壓等操作條件對(duì)脫鈣效果的影響,優(yōu)化了工藝參數(shù),并對(duì)其他金屬的脫除效果也進(jìn)行了評(píng)價(jià)。

        1 試驗(yàn)準(zhǔn)備

        1.1 減壓渣油原料性質(zhì)

        減壓渣油原料性質(zhì)分析結(jié)果見(jiàn)表1。

        表1 減壓渣油性質(zhì)

        從表1來(lái)看,該減壓渣油的特點(diǎn)是密度大、黏度高和金屬含量高。

        1.2 試驗(yàn)設(shè)備

        自建靜電分離試驗(yàn)裝置,主要由氣源系統(tǒng)、原料系統(tǒng)、靜電分離系統(tǒng)、液封系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等組成。

        具體的工藝流程為:原料加入原料攪拌釜,經(jīng)過(guò)攪拌預(yù)熱后,經(jīng)原料泵進(jìn)入加熱爐,經(jīng)加熱達(dá)到試驗(yàn)溫度后依次進(jìn)入靜電分離器進(jìn)行靜電分離,靜電分離后的凈化油依次進(jìn)入液封罐和凈化油罐。

        1.3 試驗(yàn)方法

        分別改變流量、電壓、溫度等操作條件,獲得不同工藝條件下的凈化油,采用電感耦合等離子體法對(duì)其鈣含量進(jìn)行分析,脫鈣率的計(jì)算如下:

        (1)

        式中:Φ為脫鈣率;W0為靜電分離處理前減壓渣油中的鈣含量,μg/g;W1為靜電分離處理后減壓渣油中的鈣含量,μg/g。另外,采用尼康TS100F顯微系統(tǒng)觀察減壓渣油的微觀形貌。

        2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

        2.1 流量對(duì)減壓渣油脫鈣效果的影響

        試驗(yàn)條件:電壓為7 kV,溫度為160 ℃??疾炝髁繉?duì)減壓渣油脫鈣效果的影響,試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

        圖1 流量對(duì)減壓渣油脫鈣效果的影響

        從圖1可以看出,當(dāng)流量<4 L/h時(shí),隨著流量的增大,減壓渣油中的鈣含量基本不變,脫鈣率保持穩(wěn)定狀態(tài);當(dāng)流量>4 L/h時(shí),隨著流量的增大,減壓渣油中的鈣含量急劇升高,脫鈣率迅速降低。在電場(chǎng)作用下,渣油中的金屬化合物、膠質(zhì)和瀝青質(zhì)等極性物質(zhì)容易發(fā)生聚結(jié)和沉降,當(dāng)流量較大時(shí),靜電分離時(shí)間過(guò)短,極性物質(zhì)容易被帶出裝置,造成脫鈣率下降。從原料處理量和處理效果綜合考慮,適宜的流量為4 L/h。

        2.2 電壓對(duì)減壓渣油脫鈣效果的影響

        試驗(yàn)條件:溫度為160 ℃,流量為4 L/h??疾祀妷簩?duì)減壓渣油脫鈣效果的影響,試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

        圖2 電壓對(duì)減壓渣油脫鈣效果的影響

        從圖2可以看出,減壓渣油中的鈣含量隨著電壓的升高而降低,當(dāng)電壓>12 kV時(shí),脫鈣率基本保持穩(wěn)定。提高電壓可以增大電場(chǎng)強(qiáng)度,加速金屬化合物的極化、聚結(jié)和吸附,提高脫金屬效果,但電壓過(guò)高,會(huì)導(dǎo)致耗電量增大,容易造成變壓器短路跳閘,不利于裝置的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。因此,基于脫鈣效果與裝置電耗的考慮,試驗(yàn)選用電壓12 kV進(jìn)行優(yōu)化操作。

        2.3 溫度對(duì)減壓渣油脫鈣效果的影響

        試驗(yàn)條件:電壓為12 kV,流量為4 L/h??疾鞙囟葘?duì)減壓渣油脫鈣效果的影響,試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

        圖3 溫度對(duì)減壓渣油脫鈣效果的影響

        由圖3可見(jiàn),隨著溫度的升高,減壓渣油中的鈣含量逐漸降低,當(dāng)溫度>200 ℃時(shí),脫鈣效果保持穩(wěn)定狀態(tài)。提高溫度可以降低渣油的黏度,增加分子的熱運(yùn)動(dòng),減小金屬化合物的運(yùn)動(dòng)阻力,有利于金屬化合物的聚結(jié)沉降,提高靜電分離效率。但溫度不能太高,溫度過(guò)高會(huì)增大渣油的飽和蒸氣壓和電導(dǎo)率,短路及電弧極易發(fā)生,致使電壓不穩(wěn),電流增大,導(dǎo)致能耗增大。因此,從能耗和脫鈣效果綜合考慮,選擇適宜的溫度為200 ℃。

        2.4 輕油對(duì)減壓渣油脫鈣效果的影響

        試驗(yàn)條件:電壓為12 kV,流量為4 L/h,溫度為200 ℃??疾燧p油對(duì)減壓渣油脫鈣效果的影響,試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。摻混輕油的比例以渣油的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)來(lái)進(jìn)行計(jì)量。

        圖4 輕油摻入量對(duì)脫鈣效果的影響

        從圖4可以看出,在靜電場(chǎng)作用下,隨著輕油摻入量的增加,減壓渣油中的鈣含量逐漸降低,脫鈣率呈上升趨勢(shì),當(dāng)輕油摻入量增加到20%時(shí),脫鈣率上升趨勢(shì)變緩。輕油的添加有助于提高減壓渣油的脫鈣效果,其原因在于:隨著輕油摻入量的增加,減壓渣油的黏度逐漸降低,金屬化合物的運(yùn)動(dòng)阻力減小,更容易被脫除。但是當(dāng)輕油摻入量>20%后,減壓渣油中的鈣含量保持不變,脫鈣率趨于穩(wěn)定,繼續(xù)增大輕油摻入比例意義不大。從經(jīng)濟(jì)性及資源利用的有效性考慮,選擇合適的輕油摻入量為20%,并進(jìn)行優(yōu)化工藝試驗(yàn)。

        2.5 綜合優(yōu)化試驗(yàn)

        根據(jù)上述試驗(yàn)結(jié)果得出優(yōu)化工藝條件為:溫度200 ℃,電壓12 000 V,流量4 L/h,輕油摻入量20%。在該工藝條件下,進(jìn)行重復(fù)驗(yàn)證試驗(yàn),并對(duì)其他金屬的脫除效果進(jìn)行評(píng)價(jià),試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

        表2 綜合優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果

        綜合優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果表明:減壓渣油經(jīng)過(guò)靜電分離處理后,其鈣含量可降低至1.8 μg/g,脫鈣率高達(dá)92.50%,減壓渣油中的鎂、鐵含量顯著下降,鎳、釩等金屬含量也有一定程度的下降,減輕了渣油中的金屬等雜質(zhì)對(duì)后續(xù)裝置的不利影響。因此,針對(duì)減壓渣油中金屬的脫除,靜電分離法效果十分顯著。

        2.6 減壓渣油微觀形貌觀察

        采用尼康TS100F顯微系統(tǒng)對(duì)未施加電場(chǎng)以及電場(chǎng)施加中的減壓渣油進(jìn)行微觀形貌觀察,其微觀形貌分別見(jiàn)圖5和圖6。

        圖5 未施加電場(chǎng)的減壓渣油微觀形貌

        圖6 電場(chǎng)施加中的減壓渣油微觀形貌

        對(duì)比圖5和圖6可以發(fā)現(xiàn):未施加電場(chǎng)時(shí),減壓渣油的體系比較穩(wěn)定,未出現(xiàn)極性物質(zhì)聚結(jié)與沉降現(xiàn)象;施加電場(chǎng)時(shí),減壓渣油體系的穩(wěn)定性開(kāi)始下降,出現(xiàn)大量極性物質(zhì)的聚結(jié)與沉降。在靜電分離器底部收集這些沉降物質(zhì)進(jìn)行分析,分析結(jié)果表明,沉降物主要組成為瀝青質(zhì)、硫酸鹽、碳酸鹽和磺酸鹽等物質(zhì)。

        相關(guān)研究表明,瀝青質(zhì)聚結(jié)沉降的發(fā)生,與石油膠體體系的穩(wěn)定性密切相關(guān)。一般認(rèn)為,分散介質(zhì)的黏度和芳香度、分散相瀝青質(zhì)的含量以及油樣的雜原子數(shù)量等都對(duì)石油膠體體系的穩(wěn)定性有著重要的影響。分散介質(zhì)的黏度和芳香度越大,瀝青質(zhì)含量越低,以及油樣中含有的雜原子越多, 體系中的膠體分散狀態(tài)越穩(wěn)定, 其中的瀝青質(zhì)越不容易聚結(jié)沉降。

        因此,通過(guò)在減壓渣油中摻入輕油稀釋降低黏度,再結(jié)合靜電聚結(jié)的強(qiáng)化作用,可以改變膠體的穩(wěn)定性,實(shí)現(xiàn)瀝青質(zhì)的聚結(jié)沉積,并脫除減壓渣油中的金屬。

        3 結(jié)論

        采用自建的靜電分離試驗(yàn)裝置,開(kāi)展了減壓渣油脫鈣技術(shù)研究,試驗(yàn)結(jié)果表明:在流量4 L/h,電壓12 000 V,溫度200 ℃,摻混輕油質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的優(yōu)化工藝條件下,對(duì)減壓渣油進(jìn)行靜電分離處理,其鈣含量可降低至1.8 μg/g,脫鈣率高達(dá)92.50%,渣油中的鎂、鐵含量顯著下降,鎳、釩等金屬含量也有一定程度的下降,減輕了渣油中的金屬等雜質(zhì)對(duì)后續(xù)裝置的不利影響。

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