重質劣質原油深度電脫鹽技術的制作方法

專利名稱：重質劣質原油深度電脫鹽技術的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種油品脫鹽技術設備，更具體地說它涉及一種利用高壓靜電場進行油水分 離，脫除油品中的水份和鹽份的電脫鹽工藝設備，主要適用于高比重，高粘度，高酸值，高 含鹽量，高含水量，易乳化的重質劣質原油的深度脫鹽技術。
背景技術：
隨著世界經濟的快速發展，原油的需求量也越來越大。從地下開采出來的原油是極其復 雜的烴類混合物，必須經過一系列加工處理，才能成為具有多種用途的產品。世界各地不同 油田，不同油區，甚至不同油井所產原油性質不同，含水量和含鹽量也各有差別，這對原油 的儲存、運輸、煉制和產品等都有不利影響，為此要進行原油脫鹽脫水。
原油的脫鹽脫水多分兩次進行，第一次是在在原油采出后立即在油田進行脫水脫鹽，使 原油的含水量和含鹽量初步降低，達到一定的指標后再向外輸送，各地原油的含水、含鹽量 有很大不同，這與油田的地質條件，開發年限和強化開采方式有關。含鹽量則由幾 幾千mg/1 不等。 一般規定原油開采出來后，需要在油田就地進行脫鹽脫水，達到含鹽量《50mg/1，含 水量《0.5%后外輸到煉油廠；第二次是原油輸送到煉油廠后，由于原油含有一些雜質，原油 被輸送到煉廠后，在煉制之前，在原油蒸餾之前還需要進行原油的預處理。這些需要脫除的 雜質除了少量的泥沙、鐵銹等固體雜質外，由于地層水的存在及油田注水等原因，采出的原 油一般都含有水份，并且這些水中都溶有鈉、鈣、鎂等鹽類，這些鹽類需要在原有煉制之前 脫除掉。煉油廠根據石油加工工藝和設備要求進行脫鹽以保證后續裝置的長期、平穩和高效 運行，根據煉油工藝要求， 一般使脫鹽脫水后的原油中鹽含量降低到3mg/1，含水量降低到 0. 2%。
目前，在中國煉廠廣泛應用的電脫鹽技術主要有三種第一種電脫鹽技術是1993年以前 的交流電脫鹽技術，當時原中國石化總公司的五家煉廠先后從國外Petrolite公司和 How-Baker公司引進幾套交流電脫鹽后，由中國石化總公司北京設計院、長江(揚中)電脫鹽設 備有限公司、長嶺煉油廠等單位組成電脫鹽設備國產化攻關小組，經過多位專家的辛勤工作， 艱苦攻關，終于實現了電脫鹽成套設備國產化。交流電脫鹽成套設備采用兩層或三層水平電 極板，下層極板通電，上層極板接地，成功開發100%高阻抗電源設備，并于1988年4月通過鑒 定，交流電脫鹽成套設備運行平穩，脫鹽脫水率高，達到脫后原油含鹽小于5mg/l的技術指標。
3第二種電脫鹽技術是從1993年開始，隨著重油催化裂化技術的發展，為防止催化劑中毒， 要求原油脫后含鹽達到小于3mg/l深度脫鹽的目的。于是原中國石化總公司北京設計院、長江 (揚中)電脫鹽設備有限公司、金陵石化公司南京煉油廠又組成攻關小組，開發了交直流電脫 鹽技術，交直流電脫鹽技術充分利用交流電主要促進大水滴聚積和直流電主要促進細小水滴 聚結的不同特點，研制開發了交直流電脫鹽成套設備，是中國具有自主知識產權的電脫鹽技 術，專利號CN93246305. 3。交直流電脫鹽成套設備由正負垂掛式電極板沿罐體軸線方向依 次排列，自下而上形成交流弱電場、直流弱電場、直流強電場。原油、水、破乳劑組成的乳 化液在水相中進入電脫鹽罐內，經過水層的沖洗后，首先進入交流弱電場，在交流弱電場中， 電極上的電荷每秒變化若干次，這就會引起水滴的形狀和電荷極性的相應變化，這種振蕩使 包圍水滴的乳化膜破裂，從而使水滴能夠互相結合成為較大水滴從油相中沉降下來，同時介 質的導電率大大降低，這為進入上面的直流強電場提供了有利的電場條件，避免了電極板擊 穿或短路事故的發生；在直流電場中，極化后兩端帶不同極性的小水滴發生電泳現象，這樣 水平方向電泳的水滴與垂直沉降的水滴碰撞幾率大大增加，又增進水滴的聚結沉降。金陵石 化公司南京煉油廠二套常減壓車間加工含鹽在106. 5mg/l以下的原油，采用一級電脫鹽罐不送 電，二級脫后水回注一級， 一級罐只作熱沉降，二級罐交直流電脫鹽送電的操作方案，原油 脫后含鹽達到了2.81mg/l的工藝技術指標。交直流電脫鹽技術的成功開發使中國電脫鹽技術 走到世界先進行列，也標志著中國發展深度脫鹽技術時代的開始，眾多石油煉制專家及煉廠 工作人員對這一技術給予了肯定，認為交直流電脫鹽技術電場布局合理，符合電脫鹽罐體內 水滴的分布狀況，具有脫鹽脫水率高、操作穩定、對油品適應性強、維修方便等優點。
第三種電脫鹽技術是高速電脫鹽技術，是在中國煉廠大型化的背景下，被廣泛推廣和應 用的。二十世紀九十年代末，隨著中國加入WTO和市場經濟的發展，中國石油、石化企業都及 時采取改革措施迎接入世對煉油行業帶來的劇烈競爭的挑戰。這些改革措施涉及機構重組、
結構調整、勞動資源重新配置等多方面，其中重要的一項就是"挖潛增效，實現規模經濟"， 也就是提高原油加工能力，降低單位加工量所消耗的成本，中國煉廠大型化進程加快。電脫 鹽設備所在的常減壓裝置的處理能力從250萬噸/年迅速提高到350萬噸/年，500萬噸/年，600 萬噸/年，800萬噸/年，1000萬噸/年，甚至1200萬噸/年。常減壓裝置處理能力的提高也要求 電脫鹽設備達到相應的處理能力。
在煉廠加工量大幅度提高的情況下，按交流或交直流電脫鹽技術則需要很龐大的罐體， 或者增加電脫鹽罐體的數量，設備的加大或數量的增多不僅增加設備的投資費用，同時更為 重要的是由于電脫鹽設備比較龐大，煉廠在初建時往往不會留有足夠的放置較大電脫鹽罐的空間。電脫鹽技術怎樣適應煉廠大型化成為石油、石化行業有關人士關注的焦點，成為擺在 眾多石油煉制技術人員面前一個急需解決的重要課題。在電脫鹽技術大型化過程中，中石化 齊魯石化公司，上海石化股份有限公司和鎮海煉化公司先后從美國的PETRECO公司引進了高速
電脫鹽設備。
高速電脫鹽技術是美國PETRECO公司開發的一種電脫鹽技術，它是在煉油廠處理量提高而 放置較大電脫鹽罐體空間不足的情況下產生的。高速電脫鹽設備的處理能力是低速電脫鹽處 理能力的1.75 2.0倍。高速電脫鹽比傳統電脫鹽處理量大，設備占地空間小，實現了小罐體 大處理量的目標。高速電脫鹽之所以能夠提高處理量，關鍵在于改變了進油方式，油相進油 對罐底水層不會產生攪動，不會影響油水界位的穩定，為進油速度提高提供了平穩運行的保 證；油相進油方式的采用大大縮短了油流路徑，原油不再是從水相中慢慢上浮，而是直接進 入罐體中上部電場，油流路徑的縮短大大減小了油流在罐體內的停留時間，提高了進油速度； 而雙層噴嘴的設計保證了有足夠量的原油平穩地噴入電場中，并在電場中合理分布。這些使 高速電脫鹽在較小的罐體內實現大的處理量成為可能。由于采用了油相進油，原油不再從水 相中進入罐體，減少了進油對罐體內水層高度的限制，油水界位可以設計在一個較高的位置， 能有效降低排水含油量。
近年來，隨著煉油技術的發展，國際能源形式的變化及市場經濟的推進，進入煉廠的原 油出現劣質化的變化，其主要原因包括
首先，由于原油的緊缺和供應不能滿足市場需求，煉廠在采購原油時，往往不能過多地 對含鹽含水量指標做嚴格的限制和要求，只要能夠買到原油就滿足了。因此， 一些沒有在油 田進行認真脫水脫鹽的高含鹽，高含水原油直接進入到煉廠。
其次，隨著原油深加工技術的進步，對煉廠電脫鹽設備的脫鹽脫水要求提出了更高的要 求。煉廠深度加工技術，如催化裂化、加氫裂化，催化重整技術的發展，要求電脫鹽技術對 原油達到深度脫鹽處理的要求，以防止催化劑中毒。
再次，由于近年來，原油價格持續攀高，造成煉油企業大規模虧損，各企業都在采取扭 虧措施，如節能減排，挖潛增效等，其中在市場上采購價格便宜的劣質原油是采取的扭虧措 施之一。 一些煉廠將原設計加工的優質原油逐漸摻煉或加工高比重，高粘度，高含鹽量，高 酸值，易乳化的劣質原油，這些原油一次加工難度大，對電脫鹽平穩操作、煉油設備腐蝕及 最終產品質量等方面具有較大影響，這為作為煉廠對原油預處理的電脫鹽技術設備提出了更 高的要求。
劣質原油進入煉廠，增加了脫鹽、脫水難度，更需要注意的是這些高比重，高粘度，高
5含鹽量，高酸值的劣質原油往往在電脫鹽罐體內發生乳化，在油水界面處生成穩定的難以破 除的乳化物，在電脫鹽設備運行過程中，電脫鹽設備運行電流比較高，而且一旦形成頑固乳 化層，會在很短的時間內出現電流快速升高，短路，報警，設備跳閘等情況，嚴重時出現送 電困難或高壓電場短路等情況，影響電脫鹽裝置平穩運行。
在現有的電脫鹽技術中都沒有涉及專門針對劣質易乳化的原油加工對高壓電場結構的設 計。如在中國電脫鹽發展歷史上占有重要地位的交直流電脫鹽專利CN93246305.3，只是針對 當時催化裂化技術和加氫技術的發展將脫后鹽含量從交流電脫鹽的5mg/l降低到3mg/1，在高 壓電場的設計上，采用交流弱電場，直流中電場和直流強電場的三種不同梯度的電場結構形 式。高速電脫鹽電脫水設備的電場裝置專利CN0120753. l和一種高速電脫鹽電脫水設備專利 CN01201735.3均為高速電脫鹽技術，都是從利用小罐體達到較大處理能力的技術創新，并沒 有在劣質原油加工過程中針對頑固乳化層的破除進行技術創新。雙進油雙電場的發明專利 CN20()610091044.5也是通過進油方式和電場的技術改造達到小罐體大處理量的技術目的，實 際上是高速電脫鹽技術的一種技術變形。 一種原油脈沖電脫鹽工藝CN20071005433L 3的發明 專利從電脫鹽設備電源和操作條件進行了技術創新，涉及電脫鹽工藝注水量，占空比，電場 強度等，該專利也是從電脫鹽操作工藝參數的角度，并沒有進行高壓電場破除頑固乳化層的 針對性設計，更沒有涉及到劣質原油的脫鹽脫水過程。
只有專利CN93102196.0混合渣油電脫鹽工藝涉及到了重質劣質原油的加工，但是該專利 技術只是涉及了劣質原油的加工操作工藝如電場強度，脫鹽溫度，操作壓力，注水量，混合 強度，破乳劑，破乳劑注入量和電場停留時間等，也沒有涉及針對劣質原油加工在電場結構 方面增強破乳能力的技術創新。
專利US6， 113, 765也沒有在高壓電場的設計上進行技術創新，而是為增加高壓電場的脫鹽 脫水效果，向電脫鹽脫水工藝中加入了一種表面活性劑，使原油的導電率增加25 100%，事 實上，這種增加原油導電率的表面活性劑僅是用于導電率低的原油中。象劣質重質原油因乳 化導電率已經很高，也就是說，在劣質原油脫鹽脫水過程中，重要的不是增強原油的導電率， 而是降低原油的導電率，使電脫鹽設備送電正常，不發生短路，平穩運行。
專利US6， 860， 979只是在脫鹽過程中的新鮮水注入方式上進行改進，將傳統的洗滌水在管 線上注入由混合閥進行混合改為在電脫鹽罐體頂部注入由高壓電場進行混合，在高壓電場作 用下，水滴發生混合、分散、聚積和沉降四個過程，高壓電場采用了非金屬材料的復合電場 設計。但是，所采用的電場結構并沒有針對易在油水界位處發生乳化的劣質原油進行技術創 新，也沒有涉及對劣質原油加工的描述。

發明內容
本發明的目的在于提供一種對劣質原油加工過程中電脫鹽罐內油水界位處形成的頑固油 水乳化層具有高效破乳能力的高壓電脫鹽電場技術，以適應目前煉廠加工劣質原油的需要， 解決加工劣質原油過程中出現的電脫鹽設備運行電流大，能耗高，易發生極板擊穿、短路和 電脫鹽設備跳閘問題，確保電脫鹽設備平穩運行。
本發明解決上述技術問題所采用的技術方案是由單相智能交流調壓模塊、電子觸發控 制回路和控制測量顯示儀表等組成的電子調壓電脫鹽專用變壓器向電脫鹽罐體內同時輸出正 負響應高壓電和交流響應高壓電，其中正負響應高壓電輸送到垂直設計的電極板上，交流響 應高壓電輸送到水平設計的電極板上，水平響應電極板與油水界位形成交流響應高壓電場， 水平響應極板的高壓電可以根據油水乳化層的乳化程度進行調整。進油分配器設計在水平響 應電極板與油水界位之間，重質劣質原油乳化液通過進油分配器以水平方向噴出。
本發明的有益效果是當煉廠加工重質劣質原油時，可以保留現有電脫鹽主體設備，只 需要對在現有部分構件如變壓器，高壓電場進行改造就能滿足對重質劣質原油加工的技術要 求。向水平響應電極板輸出的可以根據油水乳化層的乳化程度進行調整的高壓電，形成水平 響應高壓電場，具有更強的破乳能力，將徹底解決加工重質劣質乳化原油過程中出現的運行 變壓器跳間事故。在水平響應高壓電場和垂直響應高壓電場的高效破乳作用下，脫后原油含
水量會大大降低，達到不大于0.2%的技術指標，含鹽量減低到小于2mg/l的技術指標，實現深
度脫鹽的技術目標。


圖l為本發明重質劣質原油深度電脫鹽技術原理主視圖
圖2為現有電脫鹽技術中油水界位處的水滴受力示意圖
圖3為本發明輸出到高壓電極板上的一個典型的高壓波形圖
圖4為乳化液在進油分配器噴出時分離后原油和水的流向示意圖
圖中1、電子調壓器，2、電脫鹽專用變壓器，3、電脫鹽罐，4、原油相，5、高壓負極 板，6、高壓正極板，7、水平響應電極板，8、進油分配器，9、油水界位，10、水相，
具體實施例方式
參見附圖l，重質劣質原油深度電脫鹽技術是專門針對重質劣質原油加工過程中油水界位 處的容易形成的頑固乳化的破乳的一種深度電脫鹽技術。電脫鹽設備正常運行過程中，電脫 鹽罐3的內上部為油相4，高壓電場將全部設計在油相4中；電脫鹽罐3的下部為水相10。在油 相4和水相10之間為油水界位9。當加工重質劣質原油過程中，油水界位9處將聚積很多油水乳化液，并形成乳化層，該乳化層中含有大量的水，導電率比較高，當乳化層增厚時，將造成 電脫鹽運行電流急劇增加。嚴重時，會造成高壓電極板間短路，變壓器跳閘。在實際運行過 程中，油水界位9高時，電脫鹽設備運行電流大，油水界位9低時，運行電流小，也充分表明 電脫鹽設備運行的電流實際上就是油水界位9與高壓電極板底部形成的高壓電場的運行電流， 而不是上部的強電場的電流，因此，必須針對油水界位9處的乳化層設計高壓具有高效破乳能 力的響應高壓電場。
在電脫鹽罐1內的上部設計了高壓負極板5和高壓正極板6，正、負極板相間排列布置，所 有的正極板連接在一起，通過絕緣吊掛懸掛在正極梁上；所有的負極板連接在一起，通過絕 緣吊掛懸掛在負極梁上。在正負極板之間形成高壓直流電場，電場方向為水平方向。電脫鹽 專用變壓器2的三個高壓輸出端的兩個分別為正高壓和負高壓，分別與電脫鹽罐3內的正極板6 和負極板5相連。
在正負極板下方設計一層水平響應電極板7，水平響應電極板7與油水界位9之間形成響應
高壓電場，該電場主要用于破除油水9處聚積的頑固乳化層，特別是加工重質劣質原油時對聚
積的頑固乳化層的破除。
本案中水平響應電極板7與油水界位9形成水平響應高壓電場對聚積的頑固乳化層的有效
破除是本發明的主要技術貢獻。在傳統的電脫鹽技術中，輸送到罐內電極板上的高壓都為恒 定電壓，在這種情況下，油水界位處的水滴受力情況如圖2所示。首先水滴受到一個重力，并 有向下運動趨勢，因原油粘度的存在水滴受到方向向上的原油粘滯力，其次相鄰水滴之間還 受到偶極力以及因水滴帶電荷而受到電場的介電場力，再次水滴受到高壓電場的電場力。在 這幾種力的作用下，油水界面處的細小水滴處于相對穩定平衡的狀態，在這種狀態下，細小 水滴將不斷聚積，在加上水滴本身固有的一些乳化物質，形成穩定的油水乳化層。為打破水 滴這種相對穩定的平衡，向電脫鹽罐1內的水平響應電極板7上輸送變化的而不是恒定的高壓 電，而是變化的高壓電，通過改變油水界面處細小水滴所受的電場力而打破水滴所受力平衡， 從而達到破除乳化的效果。
圖3為一條典型的輸送到水平響應電極板7上高壓電曲線。以坐標原點開始，在曲線A段， 向水平響應電極板施加了一個比較低的電壓后， 一般設定在1500 2500V，立即開始升壓，在 A段的末端達到一個小的峰值，A段電壓是用來將形成的含水量非常高的乳化層破壞，脫除其 中大部分水脫除掉，降低乳化液的導電率，有時乳化液的導電率比較高，即使在曲線A段的電 壓也能達到短路，出現送電困難，為避免這種情況的出現，在曲線B段將電壓降低為零，也就 是暫停輸出高壓。然后在通過曲線C段和曲線D段嘗試并緩慢將電壓升高到最高電壓值，并在
8最高電壓值維持一段時間，也就是曲線中的E段，E段電壓很高，該電壓值將根據所加工的不同導電率性質的原油進行設定， 一般在25000 35000V之間。由于該電壓比較高，將向原油乳化液施加一個電場強度很高的高壓電場力，促進微小水滴聚積成大水滴。但是如果原油導電率比較高，因電壓過高將產生極板間的高壓短路或擊穿，因此，E段的送電時間一定要很短，可設定在1 3秒之間，防止短路的形成。同時，由于瞬時高壓電的輸送，高壓電場中間一些尚未聚積的細小水滴會在高壓電場中產生運動，事實上在E段這種高壓電場力作用下細小水滴的運動也是一種穩定狀態，為打破這種狀態，將電壓立即降低到零，也就是曲線中的F段。經過A-B和C-D-E-F兩段電場脫水后，能夠大大降低原油乳化液中含水量，解決因原油乳化液導電率過高送電困難的情況。然后在曲線G段就可以輸送更高的電壓了，經過H段升壓后的高壓I段也可以輸送更高的電壓了，而且經過I段高壓送電后，不再需要立即將電壓降低為零，而且可以通過J段緩慢降低電壓到零，SPK段。在沒有輸送電壓的曲線段如B， F， K， M段的時間都比較少， 一般在1-L5秒左右，因為相對送電來說，不送電更是一個大的破乳沖擊力，對電場中相對穩定的水滴有很大的破除穩定的作用。經過K段零電壓后，原油乳化液的導電狀況得到徹底改善，然后在L， M， N段就可以平穩輸送電壓了，不再需要更高的電壓沖擊，從而使電場得到有效平穩運行。
輸送到水平響應電極板7上的高壓電曲線可以通過電子調壓器1根據加工不同原油的性質
和特點預先編程設定的波形曲線，也可以動態調整輸出控制曲線和修改調壓曲線參數，改變了單一高壓輸出的情況，使各種原油都達到較好的深度脫鹽脫水效果，特別對高比重、高粘
度、高酸值、易乳化更具有良好的處理效果。
在電脫鹽罐3內上部設計垂直響應電極板，并分別由電脫鹽專用變壓器2輸出正、負高壓電到垂直響應電極板上。在垂直極板間形成正負高壓電場，在正負高壓電場中，細小的含鹽水滴發生橫向"電泳"現象，與垂直下降的水滴增加了碰撞合并的機率，有利于細小的水滴在直流電場中聚積合并，形成大水滴從原油中沉降下來。
本案中將進油分配器8設計在水平響應電極板7和油水界位9之間，使原油與水的乳化液水
平噴出是本發明的另一個主要的技術貢獻。在加工重油劣質原油時，不僅原油與水易發生乳化，而且由于原油與水的比重比較接近，再加上粘度較大，原油與水分離速度很慢。在這種情況下，應盡量減輕原油流動與水流動的阻力，為水滴沉降提供更有利的條件。因此，將進油分配器8設計在水平響應電極板7和油水界位9之間，使原油與水的乳化液水平噴出，乳化液一噴出，立即受到水平響應電極板7與油水界位9形成的高壓電場力的作用，油水得到初步分離，水滴沿水平拋物線軌跡向下運動，原油沿對稱的水平拋物線方向向上運動，如圖4所示。
9原油與水的流動路徑不互相干擾，減輕了水滴向下流動時原油對其造成的逆向運動阻力'有利于水滴的沉降，促進了油水的有效分離。
權利要求
1. 重質劣質原油深度電脫鹽技術，其特征在于主要由電脫鹽罐體，電子調壓器，電脫鹽專用變壓器，水平響應電極板，垂直響應電極板和進油分配器構成，在電脫鹽罐體形成交流響應高壓電場和直流響應高壓電場。
2. 根據權利要求l所述的重質劣質原油深度電脫鹽技術，其特征在于通過電子調壓器可 以編程預先設定，修改或動態調整的輸入到變壓器的波形曲線。
3. 根據權利要求l所述的重質劣質原油深度電脫鹽技術，其特征在于電脫鹽專用變壓器 可以同時向電脫鹽罐體內輸出正負響應高壓直流高壓電和交流響應高壓電。
4.,根據權利要求l所述的重質劣質原油深度電脫鹽技術，其特征在于水平響應電極板與 油水界位形成交流響應高壓電場，水平響應電極板的高壓電可以根據油水乳化層的的乳化 程度進行自動調整。
5. 根據權利要求l所述的重質劣質原油深度電脫鹽技術，其特征在于其進油分配器設計 在水平響應電極板與油水界位之間。
6. 根據權利要求3所述的電子調壓電脫鹽專用變壓器，其特征在于交流響應高壓電輸送 到水平響應電極板上，正負響應高壓電輸送到垂直響應電極板上。
全文摘要
本發明涉及一種重質劣質原油深度電脫鹽技術，包括電脫鹽罐體，電子調壓器，電脫鹽專用變壓器，水平響應電極板，垂直響應電極板和進油分配器構成。通過電子調壓器可以編程預先設定，修改或動態調整的輸入到變壓器的波形曲線。交流響應高壓電輸送到水平響應電極板上，正負響應高壓電輸送到垂直響應電極板上，水平響應電極板與油水界位形成交流響應高壓電場，輸送到水平響應電極板的高壓電可以根據油水乳化層的乳化程度進行自動調整，進油分配器設計在水平響應電極板與油水界位之間。形成水平響應高壓電場和垂直響應高壓電場，具有更強的破乳能力，將徹底解決加工重質劣質乳化原油過程中出現的運行變壓器跳閘事故，確保裝置長周期平穩運行，并大大降低脫后原油含水量，達到不大于0.2％的技術指標，含鹽量減低到小于2mg/l的技術指標，實現深度脫鹽的技術目標。
文檔編號C10G33/02GK101497813SQ20081018993
公開日2009年8月5日 申請日期2008年12月30日 優先權日2008年12月30日
發明者劉建春, 王洪福, 肖根華 申請人:江蘇三星化工有限公司;長江(揚中)電脫鹽設備有限公司