產(chǎn) 圣 王中杰 陳國強(qiáng) 李 輝

(中國石油化工股份有限公司安慶分公司，246001)

目前煉廠電脫鹽裝置普遍采用添加高效破乳劑的方法，以提高原油的脫鹽效果，但原油破乳劑的性能及其對不同種類原油的適應(yīng)性差異，在很大程度上影響了原油脫鹽的效果［1－3］。隨著中國石油化工股份有限公司安慶分公司(以下簡稱安慶石化)加工的原油性質(zhì)逐步劣質(zhì)化，常減壓電脫鹽裝置操作狀況也日趨異常，主要表現(xiàn)為乳化嚴(yán)重、脫后原油鹽質(zhì)量濃度高、脫鹽合格率低。脫后原油鹽質(zhì)量濃度高又造成了相關(guān)生產(chǎn)設(shè)備的嚴(yán)重腐蝕、常減壓裝置頻繁結(jié)鹽等問題。針對加工原油的劣質(zhì)化趨勢，通過試驗(yàn)找出適合不同原油的最佳工藝參數(shù)，評價(jià)不同工藝條件下的電脫鹽效果。因此，本課題通過自行研發(fā)的原油破乳劑動態(tài)評價(jià)裝置，模擬現(xiàn)場的實(shí)際生產(chǎn)情況，對多種原油破乳劑進(jìn)行篩選，篩選出脫鹽率較高的破乳劑，并在安慶石化煉油常減壓蒸餾裝置上進(jìn)行工業(yè)應(yīng)用試驗(yàn)。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)原料

試驗(yàn)原料為混合原油，其摻煉油品及比例為普托尼油14%、杰諾油36%，勝利油田管輸油50%。經(jīng)檢測分析，混合原油的鹽質(zhì)量濃度為17.56 mg/L，水質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.21%。

1.2 試驗(yàn)裝置與流程

在原油破乳劑動態(tài)評價(jià)裝置上進(jìn)行試驗(yàn)，該裝置模擬工業(yè)電脫鹽裝置研制而成，采用兩級電脫鹽工藝。原油先預(yù)熱后再加入到原料油罐，原料油罐內(nèi)的原油經(jīng)原油泵入口T型過濾器過濾后，由原油泵注入系統(tǒng);油溶性破乳劑通過破乳劑泵輸送到原油泵入口，與原油一起由原油泵混合輸出，然后再與一級注水泵注入的洗滌水混合后一起通過加熱盤管，由加熱盤管將物料加熱達(dá)到實(shí)驗(yàn)所需的溫度。為保證油、水、破乳劑能充分混合均勻，在加熱盤管后設(shè)置磁力攪拌混合器，混合均勻的物料進(jìn)入一級脫鹽罐，在電場作用下，脫除原油中的水分。脫水后的原油從一級脫鹽罐上部流出，再與二級注水泵注入的洗滌水混合，然后在磁力攪拌混合器中混合均勻，進(jìn)入二級脫鹽罐，在電場作用下進(jìn)行第二次脫水，脫水后的原油進(jìn)入接收罐內(nèi)，接收罐內(nèi)的原油定期排放到污油池內(nèi)。一級、二級脫鹽罐中沉積的含鹽污水自動排放到污水罐內(nèi)，維持油水界面相對穩(wěn)定。裝置流程見圖1。

圖1 原油破乳劑動態(tài)評價(jià)裝置流程

1.3 試驗(yàn)方案與內(nèi)容

(1)在實(shí)驗(yàn)室原油破乳劑動態(tài)評價(jià)裝置上，進(jìn)行原油破乳劑篩選試驗(yàn)。幾種原油破乳劑按照相同的工藝條件，考察它們對安慶石化混合原油的脫鹽效果，以脫后原油鹽質(zhì)量濃度和脫鹽率為考察指標(biāo)，篩選出適合安慶石化原油特性的原油破乳劑。

(2)由于原油電脫鹽效果除受到原油密度、鹽質(zhì)量濃度、水質(zhì)量分?jǐn)?shù)等性質(zhì)影響外，還與電脫鹽的操作過程相關(guān)。針對安慶石化原油特性，在實(shí)驗(yàn)室原油破乳劑動態(tài)評價(jià)裝置上，進(jìn)行原油電脫鹽工藝條件優(yōu)化試驗(yàn)，考察脫鹽溫度、注水量、混合強(qiáng)度及電場強(qiáng)度等條件對脫鹽效果的影響。

(3)工業(yè)應(yīng)用試驗(yàn)操作條件。電脫鹽裝置加工負(fù)荷為8～9.7 kt/d，原油密度0.91 g/cm3左右。破乳劑注入點(diǎn)為原油泵入口，注入量8～12，采用三級電脫鹽裝置工藝。

一級:原油進(jìn)電脫鹽罐，溫度120～130℃，加水量4% ～6%，操作壓力0.75～0.9 MPa，電流150～250 A，電場強(qiáng)度520 v/cm，混合強(qiáng)度50～150 kPa;

二級:加水量4% ～6%，電脫鹽罐操作壓力0.6～0.7 MPa，電流5～10 A，電場強(qiáng)度640 v/cm，混合強(qiáng)度50～250 kPa;

三級:加水量4% ～6%，電脫鹽罐操作壓力0.55～0.65 MPa，電流5～10 A，電場強(qiáng)度760 v/cm，混合強(qiáng)度50～250 kPa。

脫鹽指標(biāo)要求:脫鹽合格率90%以上，脫后原油鹽質(zhì)量濃度(以NaCl計(jì))不大于3 mg/L，脫后原油水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不大于0.3%。

2 結(jié)果與討論

2.1 原油破乳劑的篩選

由于不同礦區(qū)原油性質(zhì)不同，同時(shí)原油乳狀液的性質(zhì)還取決于開采和儲運(yùn)條件。目前國內(nèi)外尚無廣譜效力破乳劑可供工業(yè)通用，還不能根據(jù)原油性質(zhì)和破乳劑結(jié)構(gòu)決定適用的破乳劑，又因破乳劑有很強(qiáng)的選擇性，所以必須針對某種原油，從眾多的破乳劑中評選出脫鹽、脫水效果好的破乳劑。因而對每一種原油而言，均需要通過具體的實(shí)驗(yàn)評選才能找出一種或幾種有針對性的有效破乳劑。

2.1.1 不同類型破乳劑的脫鹽效果

根據(jù)十幾種原油破乳劑在恒溫靜置沉降脫水試驗(yàn)中的篩選結(jié)果，初選了A、B、C這3種靜態(tài)試驗(yàn)效果較好的破乳劑，在實(shí)驗(yàn)室原油破乳劑動態(tài)評價(jià)裝置上進(jìn)行動態(tài)評價(jià)試驗(yàn)。3種破乳劑按照相同的工藝條件，考察它們的脫鹽效果(見表1)。其實(shí)驗(yàn)工藝條件為:溫度120℃、注水量4%，混合強(qiáng)度1 350 r/min，電場電壓3.6 kV，操作壓力一級 0.7 MPa、二級 0.6 MPa，加劑量 10 mg/kg。脫鹽率計(jì)算:脫鹽率=(脫前原油鹽質(zhì)量濃度－脫后原油鹽質(zhì)量濃度)/脫前原油鹽質(zhì)量濃度。

表1 不同破乳劑的脫鹽效果

由表1可看出，在實(shí)驗(yàn)室原油破乳劑動態(tài)評價(jià)裝置上3種破乳劑的脫鹽效果差別不大。破乳劑A一級脫后原油鹽質(zhì)量濃度為1.8 mg/L、二級脫后原油鹽質(zhì)量濃度為0.8 mg/L，脫鹽率分別達(dá)89.7%和95.4%;破乳劑B一級脫后原油鹽質(zhì)量濃度為1.3 mg/L、二級脫后原油鹽質(zhì)量濃度為0.7 mg/L，脫鹽率分別達(dá)92.6%和96.0%;破乳劑C一級脫后原油鹽質(zhì)量濃度為1.5 mg/L、二級脫后原油鹽質(zhì)量濃度為0.8 mg/L，脫鹽率分別達(dá)91.5%和95.4%。由此可見，破乳劑B的脫鹽效果最好。

2.1.2 破乳劑添加量對脫鹽效果的影響

選擇破乳劑B，在溫度120℃，注水量4%，混合強(qiáng)度1 350 r/min，電場電壓3.6 kV，操作壓力一級0.7 MPa、二級0.6 MPa的條件下進(jìn)行破乳劑添加量試驗(yàn)，添加量對混合原油脫后的鹽質(zhì)量濃度的影響結(jié)果列于表2。

表2 原油破乳劑B添加量試驗(yàn)結(jié)果

由表2可看出，隨著破乳劑添加量的增加，脫后原油的鹽質(zhì)量濃度逐漸減少，脫鹽率逐漸增加。但破乳劑添加量從8 mg/kg增加到12 mg/kg時(shí)，混合原油脫后的鹽質(zhì)量濃度變化不大，脫鹽率也差不多。因此，破乳劑最佳添加量為8～10 mg/kg。

2.2 工藝條件的優(yōu)化

在實(shí)驗(yàn)室原油破乳劑動態(tài)評價(jià)裝置上開展原油電脫鹽工藝條件優(yōu)化試驗(yàn)，考察電場強(qiáng)度、混合強(qiáng)度、注水量及脫鹽溫度對脫鹽效果的影響。試驗(yàn)選取4因素3水平，采用L9(34)正交表安排試驗(yàn)，脫鹽后原油鹽質(zhì)量濃度、脫后原油水質(zhì)量分?jǐn)?shù)見表3和表4。

表3 因素水平

表4 工藝條件優(yōu)化正交設(shè)計(jì)試驗(yàn)結(jié)果

從因素A看，它的第一水平下的3次試驗(yàn)的脫后原油鹽質(zhì)量濃度之和K1為6.02;它的第二水平下的3次試驗(yàn)的脫后原油鹽質(zhì)量濃度之和K2為2.18;它的第三水平下的3次試驗(yàn)的脫后原油鹽質(zhì)量濃度之和K3為1.97。

從因素B看，它的第一水平下的3次試驗(yàn)的脫后原油鹽質(zhì)量濃度之和K1為3.76;它的第二水平下的3次試驗(yàn)的脫后原油鹽質(zhì)量濃度之和K2為3.29;它的第三水平下的3次試驗(yàn)的脫后原油鹽質(zhì)量濃度之和K3為3.12。

從因素C看，它的第一水平下的3次試驗(yàn)的脫后原油鹽質(zhì)量濃度之和K1為3.53;它的第二水平下的3次試驗(yàn)的脫后原油鹽質(zhì)量濃度之和K2為3.24;它的第三水平下的3次試驗(yàn)的脫后原油鹽質(zhì)量濃度之和K3為3.40。

從因素D看，它的第一水平下的3次試驗(yàn)的脫后原油鹽質(zhì)量濃度之和K1為3.64;它的第二水平下的3次試驗(yàn)的脫后原油鹽質(zhì)量濃度之和K2為3.14;它的第三水平下的3次試驗(yàn)的脫后原油鹽質(zhì)量濃度之和K3為3.39。

同樣，表4中也同時(shí)可從各因素看到第一、第二、第三水平下的脫后原油水質(zhì)量分?jǐn)?shù)之和。

從9次試驗(yàn)結(jié)果直接看，6號試驗(yàn)結(jié)果最好，脫后原油鹽質(zhì)量濃度和脫后水質(zhì)量分?jǐn)?shù)都最低，即試驗(yàn)水平為:A2、B3、C1、D2，脫鹽溫度取中水平(120℃)，注水量取高水平(6%)，電場電壓取低水平(3 000 V)，混合強(qiáng)度取中水平(1 000 r/min)。

極差R越大，表示因素對試驗(yàn)指標(biāo)影響越大。因此按極差的大小決定因素的主次，從表4中看出主次因素的順序如下:

影響脫后原油鹽質(zhì)量濃度效果的重要性排序?yàn)?脫鹽溫度(A)、注水量(B)、混合強(qiáng)度(D)、電場電壓(C);影響脫后水質(zhì)量分?jǐn)?shù)效果的重要性排序?yàn)?脫鹽溫度(A)、電場電壓(C)、注水量(B)、混合強(qiáng)度(D)。

從計(jì)算脫后原油鹽質(zhì)量濃度和脫后原油水質(zhì)量分?jǐn)?shù)的總和 K1、K2與 K3值看，試驗(yàn)水平為:A3、B3、C2、D2，即控制在脫鹽溫度高水平(130℃)、注水量高水平(6%)、電場電壓中水平(3 600 V)、混合強(qiáng)度中水平(1 000 r/min)操作條件下，是獲得脫后原油鹽質(zhì)量濃度效果的最佳工藝。

2.3 工業(yè)試驗(yàn)

本次工業(yè)應(yīng)用試驗(yàn)考察時(shí)間為45 d，為了比較油溶性原油破乳劑的脫鹽、脫水效果，我們選擇同一裝置使用水溶性原油破乳劑時(shí)的同時(shí)間長度工業(yè)生產(chǎn)中的脫鹽、脫水效果來進(jìn)行對比(水溶性原油破乳劑型號為8282，加劑量為40 mg/kg)，主要比較內(nèi)容為工業(yè)生產(chǎn)中使用兩種不同的破乳劑時(shí)，一定周期內(nèi)脫后原油鹽質(zhì)量濃度和水質(zhì)量分?jǐn)?shù)合格率。即:

鹽質(zhì)量濃度合格率=周期內(nèi)鹽質(zhì)量濃度小于3 mg/L的點(diǎn)數(shù)/周期內(nèi)鹽質(zhì)量濃度總的檢測點(diǎn)數(shù)

水質(zhì)量分?jǐn)?shù)合格率=周期內(nèi)水質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.3%的點(diǎn)數(shù)/周期內(nèi)水質(zhì)量分?jǐn)?shù)總的檢測點(diǎn)數(shù)

(1)水溶性原油破乳劑工業(yè)效果。使用水溶性破乳劑時(shí)，考察周期內(nèi)脫后原油鹽質(zhì)量濃度平均值為4.07 mg/L，不能滿足脫后原油鹽質(zhì)量濃度小于3 mg/L的質(zhì)量要求，合格率為23.2%，也沒有達(dá)到合格率90%以上的生產(chǎn)控制要求;脫后原油水質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均值為0.27%，合格率為83.7%，沒有達(dá)到合格率90%以上的生產(chǎn)控制要求。

(2)油溶性原油破乳劑工業(yè)效果。使用油溶性破乳劑時(shí)，整個(gè)實(shí)驗(yàn)周期內(nèi)脫后原油鹽質(zhì)量濃度平均值為2.71 mg/L，合格率93.3%，達(dá)到了生產(chǎn)控制要求;脫后原油水質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均值為0.22%，合格率為98.5%，達(dá)到生產(chǎn)控制要求。

與水溶性破乳劑相比，使用油溶性破溶劑后，脫后原油鹽質(zhì)量濃度和水質(zhì)量分?jǐn)?shù)均有明顯下降，兩項(xiàng)工藝控制指標(biāo)的合格率有大幅提高，滿足工藝生產(chǎn)控制要求。

3 結(jié)論

(1)實(shí)驗(yàn)室篩選出的破乳劑B在工業(yè)試驗(yàn)期間，脫鹽罐內(nèi)乳化情況較好。脫后原油鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)和水質(zhì)量分?jǐn)?shù)合格率均能達(dá)到指標(biāo)要求。

(2)從生產(chǎn)成本方面看，安慶石化原油加工量約為4.5 Mt/a，使用水溶性破乳劑的平均使用量為40 mg/kg，消耗破乳劑180 t/a，破乳劑單價(jià)為1.9萬元/t，破乳劑使用成本為342萬元/a;而油溶性破乳劑的平均使用量為8 mg/kg，消耗破乳劑36 t/a，破乳劑單價(jià)6.0萬元/t，破乳劑使用成本為216萬元/a，可節(jié)約成本126萬元/a。

(3)原油破乳劑工業(yè)試驗(yàn)結(jié)果與實(shí)驗(yàn)室的小試試驗(yàn)結(jié)果相一致，表明原油破乳劑動態(tài)評價(jià)裝置的試驗(yàn)結(jié)果對工業(yè)生產(chǎn)具有一定的指導(dǎo)意義。

1 李美蓉，馮剛，婁來勇，等.原油破乳劑篩選及破乳效果研究［J］.精細(xì)石油化工進(jìn)展，2006，7(11):14－18.

2 康萬利，李金環(huán)，劉桂范.原油破乳劑的研制進(jìn)展［J］.石油與天然氣化工，2004，33(6):433－436.

3 趙敏，李慶梅，康強(qiáng)利，等.哈薩克斯坦原油加工中破乳劑的篩選與評定［J］.石油煉制與化工，2008，33(6):60－62.