CN101497813B - 重质劣质原油深度电脱盐装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种重质劣质原油深度电脱盐装置，包括电脱盐罐体，电子调压器，电脱盐专用变压器，水平响应电极板，垂直响应电极板和进油分配器构成。通过电子调压器可以编程预先设定，修改或动态调整的输入到变压器的波形曲线。交流响应高压电输送到水平响应电极板上，正负响应高压电输送到垂直响应电极板上，水平响应电极板与油水界位形成交流响应高压电场，输送到水平响应电极板的高压电可以根据油水乳化层的的乳化程度进行自动调整，进油分配器设计在水平响应电极板与油水界位之间。形成水平响应高压电场和垂直响应高压电场，具有更强的破乳能力，将彻底解决加工重质劣质乳化原油过程中出现的运行变压器跳闸事故，确保装置长周期平稳运行，并大大降低脱后原油含水量，达到不大于0.2％的技术指标，含盐量减低到小于2mg/l的技术指标，实现深度脱盐的技术目标。

Description

重质劣质原油深度电脱盐装置

所属技术领域

本发明涉及一种油品脱盐技术设备，更具体地说它涉及一种利用高压静电场进行油水分离，脱除油品中的水份和盐份的电脱盐工艺设备，主要适用于高比重，高粘度，高酸值，高含盐量，高含水量，易乳化的重质劣质原油的深度脱盐技术。

背景技术

随着世界经济的快速发展，原油的需求量也越来越大。从地下开采出来的原油是极其复杂的烃类混合物，必须经过一系列加工处理，才能成为具有多种用途的产品。世界各地不同油田，不同油区，甚至不同油井所产原油性质不同，含水量和含盐量也各有差别，这对原油的储存、运输、炼制和产品等都有不利影响，为此要进行原油脱盐脱水。

原油的脱盐脱水多分两次进行，第一次是原油采出后立即在油田进行脱水脱盐，使原油的含水量和含盐量初步降低，达到一定的指标后再向外输送，各地原油的含水、含盐量有很大不同，这与油田的地质条件，开发年限和强化开采方式有关。含盐量则由几～几千mg/l不等。一般规定原油开采出来后，需要在油田就地进行脱盐脱水，达到含盐量≤50mg/l，含水量≤0.5％后外输到炼油厂；第二次是原油输送到炼油厂后，由于原油含有一些杂质，原油被输送到炼厂后，在炼制之前，在原油蒸馏之前还需要进行原油的预处理。这些需要脱除的杂质除了少量的泥沙、铁锈等固体杂质外，由于地层水的存在及油田注水等原因，采出的原油一般都含有水份，并且这些水中都溶有钠、钙、镁等盐类，这些盐类需要在原有炼制之前脱除掉。炼油厂根据石油加工工艺和设备要求进行脱盐以保证后续装置的长期、平稳和高效运行，根据炼油工艺要求，一般使脱盐脱水后的原油中盐含量降低到3mg/l，含水量降低到0.2％。

目前，在中国炼厂广泛应用的电脱盐技术主要有三种：第一种电脱盐技术是1993年以前的交流电脱盐技术，当时原中国石化总公司的五家炼厂先后从国外Petrolite公司和How-Baker公司引进几套交流电脱盐后，由中国石化总公司北京设计院、长江(扬中)电脱盐设备有限公司、长岭炼油厂等单位组成电脱盐设备国产化攻关小组，经过多位专家的辛勤工作，艰苦攻关，终于实现了电脱盐成套设备国产化。交流电脱盐成套设备采用两层或三层水平电极板，下层极板通电，上层极板接地，成功开发100％高阻抗电源设备，并于1988年4月通过鉴定，交流电脱盐成套设备运行平稳，脱盐脱水率高，达到脱后原油含盐小于5mg/l的技术指标。

第二种电脱盐技术是从1993年开始，随着重油催化裂化技术的发展，为防止催化剂中毒，要求原油脱后含盐达到小于3mg/l深度脱盐的目的。于是原中国石化总公司北京设计院、长江(扬中)电脱盐设备有限公司、金陵石化公司南京炼油厂又组成攻关小组，开发了交直流电脱盐技术，交直流电脱盐技术充分利用交流电主要促进大水滴聚积和直流电主要促进细小水滴聚结的不同特点，研制开发了交直流电脱盐成套设备，是中国具有自主知识产权的电脱盐技术，专利号：CN93246305.3。交直流电脱盐成套设备由正负垂挂式电极板沿罐体轴线方向依次排列，自下而上形成交流弱电场、直流弱电场、直流强电场。原油、水、破乳剂组成的乳化液在水相中进入电脱盐罐内，经过水层的冲洗后，首先进入交流弱电场，在交流弱电场中，电极上的电荷每秒变化若干次，这就会引起水滴的形状和电荷极性的相应变化，这种振荡使包围水滴的乳化膜破裂，从而使水滴能够互相结合成为较大水滴从油相中沉降下来，同时介质的导电率大大降低，这为进入上面的直流强电场提供了有利的电场条件，避免了电极板击穿或短路事故的发生；在直流电场中，极化后两端带不同极性的小水滴发生电泳现象，这样水平方向电泳的水滴与垂直沉降的水滴碰撞几率大大增加，又增进水滴的聚结沉降。金陵石化公司南京炼油厂二套常减压车间加工含盐在106.5mg/l以下的原油，采用一级电脱盐罐不送电，二级脱后水回注一级，一级罐只作热沉降，二级罐交直流电脱盐送电的操作方案，原油脱后含盐达到了2.81mg/l的工艺技术指标。交直流电脱盐技术的成功开发使中国电脱盐技术走到世界先进行列，也标志着中国发展深度脱盐技术时代的开始，众多石油炼制专家及炼厂工作人员对这一技术给予了肯定，认为交直流电脱盐技术电场布局合理，符合电脱盐罐体内水滴的分布状况，具有脱盐脱水率高、操作稳定、对油品适应性强、维修方便等优点。

第三种电脱盐技术是高速电脱盐技术，是在中国炼厂大型化的背景下，被广泛推广和应用的。二十世纪九十年代末，随着中国加入WTO和市场经济的发展，中国石油、石化企业都及时采取改革措施迎接入世对炼油行业带来的剧烈竞争的挑战。这些改革措施涉及机构重组、结构调整、劳动资源重新配置等多方面，其中重要的一项就是“挖潜增效，实现规模经济”，也就是提高原油加工能力，降低单位加工量所消耗的成本，中国炼厂大型化进程加快。电脱盐设备所在的常减压装置的处理能力从250万吨/年迅速提高到350万吨/年，500万吨/年，600万吨/年，800万吨/年，1000万吨/年，甚至1200万吨/年。常减压装置处理能力的提高也要求电脱盐设备达到相应的处理能力。

在炼厂加工量大幅度提高的情况下，按交流或交直流电脱盐技术则需要很庞大的罐体，或者增加电脱盐罐体的数量，设备的加大或数量的增多不仅增加设备的投资费用，同时更为重要的是由于电脱盐设备比较庞大，炼厂在初建时往往不会留有足够的放置较大电脱盐罐的空间。电脱盐技术怎样适应炼厂大型化成为石油、石化行业有关人士关注的焦点，成为摆在众多石油炼制技术人员面前一个急需解决的重要课题。在电脱盐技术大型化过程中，中石化齐鲁石化公司，上海石化股份有限公司和镇海炼化公司先后从美国的PETRECO公司引进了高速电脱盐设备。

高速电脱盐技术是美国PETRECO公司开发的一种电脱盐技术，它是在炼油厂处理量提高而放置较大电脱盐罐体空间不足的情况下产生的。高速电脱盐设备的处理能力是低速电脱盐处理能力的1.75～2.0倍。高速电脱盐比传统电脱盐处理量大，设备占地空间小，实现了小罐体大处理量的目标。高速电脱盐之所以能够提高处理量，关键在于改变了进油方式，油相进油对罐底水层不会产生搅动，不会影响油水界位的稳定，为进油速度提高提供了平稳运行的保证；油相进油方式的采用大大缩短了油流路径，原油不再是从水相中慢慢上浮，而是直接进入罐体中上部电场，油流路径的缩短大大减小了油流在罐体内的停留时间，提高了进油速度；而双层喷嘴的设计保证了有足够量的原油平稳地喷入电场中，并在电场中合理分布。这些使高速电脱盐在较小的罐体内实现大的处理量成为可能。由于采用了油相进油，原油不再从水相中进入罐体，减少了进油对罐体内水层高度的限制，油水界位可以设计在一个较高的位置，能有效降低排水含油量。

近年来，随着炼油技术的发展，国际能源形式的变化及市场经济的推进，进入炼厂的原油出现劣质化的变化，其主要原因包括：

首先，由于原油的紧缺和供应不能满足市场需求，炼厂在采购原油时，往往不能过多地对含盐含水量指标做严格的限制和要求，只要能够买到原油就满足了。因此，一些没有在油田进行认真脱水脱盐的高含盐，高含水原油直接进入到炼厂。

其次，随着原油深加工技术的进步，对炼厂电脱盐设备的脱盐脱水要求提出了更高的要求。炼厂深度加工技术，如催化裂化、加氢裂化，催化重整技术的发展，要求电脱盐技术对原油达到深度脱盐处理的要求，以防止催化剂中毒。

再次，由于近年来，原油价格持续攀高，造成炼油企业大规模亏损，各企业都在采取扭亏措施，如节能减排，挖潜增效等，其中在市场上采购价格便宜的劣质原油是采取的扭亏措施之一。一些炼厂将原设计加工的优质原油逐渐掺炼或加工高比重，高粘度，高含盐量，高酸值，易乳化的劣质原油，这些原油一次加工难度大，对电脱盐平稳操作、炼油设备腐蚀及最终产品质量等方面具有较大影响，这为作为炼厂对原油预处理的电脱盐技术设备提出了更高的要求。

劣质原油进入炼厂，增加了脱盐、脱水难度，更需要注意的是这些高比重，高粘度，高含盐量，高酸值的劣质原油往往在电脱盐罐体内发生乳化，在油水界面处生成稳定的难以破除的乳化物，在电脱盐设备运行过程中，电脱盐设备运行电流比较高，而且一旦形成顽固乳化层，会在很短的时间内出现电流快速升高，短路，报警，设备跳闸等情况，严重时出现送电困难或高压电场短路等情况，影响电脱盐装置平稳运行。

在现有的电脱盐技术中都没有涉及专门针对劣质易乳化的原油加工对高压电场结构的设计。如在中国电脱盐发展历史上占有重要地位的交直流电脱盐专利CN93246305.3，只是针对当时催化裂化技术和加氢技术的发展将脱后盐含量从交流电脱盐的5mg/l降低到3mg/l，在高压电场的设计上，采用交流弱电场，直流中电场和直流强电场的三种不同梯度的电场结构形式。高速电脱盐电脱水设备的电场装置专利CN0120753.1和一种高速电脱盐电脱水设备专利CN01201735.3均为高速电脱盐技术，都是从利用小罐体达到较大处理能力的技术创新，并没有在劣质原油加工过程中针对顽固乳化层的破除进行技术创新。双进油双电场的发明专利CN200610091044.5也是通过进油方式和电场的技术改造达到小罐体大处理量的技术目的，实际上是高速电脱盐技术的一种技术变形。一种原油脉冲电脱盐工艺CN200710054331.3的发明专利从电脱盐设备电源和操作条件进行了技术创新，涉及电脱盐工艺注水量，占空比，电场强度等，该专利也是从电脱盐操作工艺参数的角度，并没有进行高压电场破除顽固乳化层的针对性设计，更没有涉及到劣质原油的脱盐脱水过程。

只有专利CN93102196.0混合渣油电脱盐工艺涉及到了重质劣质原油的加工，但是该专利技术只是涉及了劣质原油的加工操作工艺如电场强度，脱盐温度，操作压力，注水量，混合强度，破乳剂，破乳剂注入量和电场停留时间等，也没有涉及针对劣质原油加工在电场结构方面增强破乳能力的技术创新。

专利US6,113,765也没有在高压电场的设计上进行技术创新，而是为增加高压电场的脱盐脱水效果，向电脱盐脱水工艺中加入了一种表面活性剂，使原油的导电率增加25～100％，事实上，这种增加原油导电率的表面活性剂仅是用于导电率低的原油中。象劣质重质原油因乳化导电率已经很高，也就是说，在劣质原油脱盐脱水过程中，重要的不是增强原油的导电率，而是降低原油的导电率，使电脱盐设备送电正常，不发生短路，平稳运行。

专利US6，860，979只是在脱盐过程中的新鲜水注入方式上进行改进，将传统的洗涤水在管线上注入由混合阀进行混合改为在电脱盐罐体顶部注入由高压电场进行混合，在高压电场作用下，水滴发生混合、分散、聚积和沉降四个过程，高压电场采用了非金属材料的复合电场设计。但是，所采用的电场结构并没有针对易在油水界位处发生乳化的劣质原油进行技术创新，也没有涉及对劣质原油加工的描述。

发明内容

本发明的目的在于提供一种对劣质原油加工过程中电脱盐罐内油水界位处形成的顽固油水乳化层具有高效破乳能力的高压电脱盐电场技术，以适应目前炼厂加工劣质原油的需要，解决加工劣质原油过程中出现的电脱盐设备运行电流大，能耗高，易发生极板击穿、短路和电脱盐设备跳闸问题，确保电脱盐设备平稳运行。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：由单相智能交流调压模块、电子触发控制回路和控制测量显示仪表等组成的电子调压电脱盐专用变压器向电脱盐罐体内同时输出正负响应高压电和交流响应高压电，其中正负响应高压电输送到垂直设计的电极板上，交流响应高压电输送到水平设计的电极板上，水平响应电极板与油水界位形成交流响应高压电场，水平响应极板的高压电可以根据油水乳化层的乳化程度进行调整。进油分配器设计在水平响应电极板与油水界位之间，重质劣质原油乳化液通过进油分配器以水平方向喷出。

本发明的有益效果是：当炼厂加工重质劣质原油时，可以保留现有电脱盐主体设备，只需要对在现有部分构件如变压器，高压电场进行改造就能满足对重质劣质原油加工的技术要求。向水平响应电极板输出的可以根据油水乳化层的乳化程度进行调整的高压电，形成水平响应高压电场，具有更强的破乳能力，将彻底解决加工重质劣质乳化原油过程中出现的运行变压器跳闸事故。在水平响应高压电场和垂直响应高压电场的高效破乳作用下，脱后原油含水量会大大降低，达到不大于0.2％的技术指标，含盐量减低到小于2mg/l的技术指标，实现深度脱盐的技术目标。

附图说明

图1为本发明重质劣质原油深度电脱盐技术原理主视图

图2为现有电脱盐技术中油水界位处的水滴受力示意图

图3为本发明输出到高压电极板上的一个典型的高压波形图

图4为乳化液在进油分配器喷出时分离后原油和水的流向示意图

图中：1、电子调压器，2、电脱盐专用变压器，3、电脱盐罐，4、原油相，5、高压负极板，6、高压正极板，7、水平响应电极板，8、进油分配器，9、油水界位，10、水相，

具体实施方式

参见附图1，重质劣质原油深度电脱盐技术是专门针对重质劣质原油加工过程中油水界位处的容易形成的顽固乳化的破乳的一种深度电脱盐技术。电脱盐设备正常运行过程中，电脱盐罐3的内上部为油相4，高压电场将全部设计在油相4中；电脱盐罐3的下部为水相10。在油相4和水相10之间为油水界位9。当加工重质劣质原油过程中，油水界位9处将聚积很多油水乳化液，并形成乳化层，该乳化层中含有大量的水，导电率比较高，当乳化层增厚时，将造成电脱盐运行电流急剧增加。严重时，会造成高压电极板间短路，变压器跳闸。在实际运行过程中，油水界位9高时，电脱盐设备运行电流大，油水界位9低时，运行电流小，也充分表明电脱盐设备运行的电流实际上就是油水界位9与高压电极板底部形成的高压电场的运行电流，而不是上部的强电场的电流，因此，必须针对油水界位9处的乳化层设计高压具有高效破乳能力的响应高压电场。

在电脱盐罐1内的上部设计了高压负极板5和高压正极板6，正、负极板相间排列布置，所有的正极板连接在一起，通过绝缘吊挂悬挂在正极梁上；所有的负极板连接在一起，通过绝缘吊挂悬挂在负极梁上。在正负极板之间形成高压直流电场，电场方向为水平方向。电脱盐专用变压器2的三个高压输出端的两个分别为正高压和负高压，分别与电脱盐罐3内的正极板6和负极板5相连。

在正负极板下方设计一层水平响应电极板7，水平响应电极板7与油水界位9之间形成响应高压电场，该电场主要用于破除油水9处聚积的顽固乳化层，特别是加工重质劣质原油时对聚积的顽固乳化层的破除。

本案中水平响应电极板7与油水界位9形成水平响应高压电场对聚积的顽固乳化层的有效破除是本发明的主要技术贡献。在传统的电脱盐技术中，输送到罐内电极板上的高压都为恒定电压，在这种情况下，油水界位处的水滴受力情况如图2所示。首先水滴受到一个重力，并有向下运动趋势，因原油粘度的存在水滴受到方向向上的原油粘滞力，其次相邻水滴之间还受到偶极力以及因水滴带电荷而受到电场的介电场力，再次水滴受到高压电场的电场力。在这几种力的作用下，油水界面处的细小水滴处于相对稳定平衡的状态，在这种状态下，细小水滴将不断聚积，在加上水滴本身固有的一些乳化物质，形成稳定的油水乳化层。为打破水滴这种相对稳定的平衡，向电脱盐罐1内的水平响应电极板7上输送变化的而不是恒定的高压电，而是变化的高压电，通过改变油水界面处细小水滴所受的电场力而打破水滴所受力平衡，从而达到破除乳化的效果。

图3为一条典型的输送到水平响应电极板7上高压电曲线。以坐标原点开始，在曲线A段，向水平响应电极板施加了一个比较低的电压后，一般设定在1500～2500V，立即开始升压，在A段的末端达到一个小的峰值，A段电压是用来将形成的含水量非常高的乳化层破坏，脱除其中大部分水脱除掉，降低乳化液的导电率，有时乳化液的导电率比较高，即使在曲线A段的电压也能达到短路，出现送电困难，为避免这种情况的出现，在曲线B段将电压降低为零，也就是暂停输出高压。然后在通过曲线C段和曲线D段尝试并缓慢将电压升高到最高电压值，并在最高电压值维持一段时间，也就是曲线中的E段，E段电压很高，该电压值将根据所加工的不同导电率性质的原油进行设定，一般在25000～35000V之间。由于该电压比较高，将向原油乳化液施加一个电场强度很高的高压电场力，促进微小水滴聚积成大水滴。但是如果原油导电率比较高，因电压过高将产生极板间的高压短路或击穿，因此，E段的送电时间一定要很短，可设定在1～3秒之间，防止短路的形成。同时，由于瞬时高压电的输送，高压电场中间一些尚未聚积的细小水滴会在高压电场中产生运动，事实上在E段这种高压电场力作用下细小水滴的运动也是一种稳定状态，为打破这种状态，将电压立即降低到零，也就是曲线中的F段。经过A-B和C-D-E-F两段电场脱水后，能够大大降低原油乳化液中含水量，解决因原油乳化液导电率过高送电困难的情况。然后在曲线G段就可以输送更高的电压了，经过H段升压后的高压I段也可以输送更高的电压了，而且经过I段高压送电后，不再需要立即将电压降低为零，而且可以通过J段缓慢降低电压到零，即K段。在没有输送电压的曲线段如B，F，K，M段的时间都比较少，一般在1-1.5秒左右，因为相对送电来说，不送电更是一个大的破乳冲击力，对电场中相对稳定的水滴有很大的破除稳定的作用。经过K段零电压后，原油乳化液的导电状况得到彻底改善，然后在L，M，N段就可以平稳输送电压了，不再需要更高的电压冲击，从而使电场得到有效平稳运行。

输送到水平响应电极板7上的高压电曲线可以通过电子调压器1根据加工不同原油的性质和特点预先编程设定的波形曲线，也可以动态调整输出控制曲线和修改调压曲线参数，改变了单一高压输出的情况，使各种原油都达到较好的深度脱盐脱水效果，特别对高比重、高粘度、高酸值、易乳化更具有良好的处理效果。

在电脱盐罐3内上部设计垂直响应电极板，并分别由电脱盐专用变压器2输出正、负高压电到垂直响应电极板上。在垂直极板间形成正负高压电场，在正负高压电场中，细小的含盐水滴发生横向“电泳”现象，与垂直下降的水滴增加了碰撞合并的机率，有利于细小的水滴在直流电场中聚积合并，形成大水滴从原油中沉降下来。

本案中将进油分配器8设计在水平响应电极板7和油水界位9之间，使原油与水的乳化液水平喷出是本发明的另一个主要的技术贡献。在加工重油劣质原油时，不仅原油与水易发生乳化，而且由于原油与水的比重比较接近，再加上粘度较大，原油与水分离速度很慢。在这种情况下，应尽量减轻原油流动与水流动的阻力，为水滴沉降提供更有利的条件。因此，将进油分配器8设计在水平响应电极板7和油水界位9之间，使原油与水的乳化液水平喷出，乳化液一喷出，立即受到水平响应电极板7与油水界位9形成的高压电场力的作用，油水得到初步分离，水滴沿水平抛物线轨迹向下运动，原油沿对称的水平抛物线方向向上运动，如图4所示。原油与水的流动路径不互相干扰，减轻了水滴向下流动时原油对其造成的逆向运动阻力，有利于水滴的沉降，促进了油水的有效分离。

Claims (1)

1.重质劣质原油深度电脱盐装置，其特征在于主要由电脱盐罐体，电子调压器，电脱盐专用变压器，水平响应电极板，垂直响应电极板和进油分配器构成，在电脱盐罐体形成交流响应高压电场和直流响应高压电场；通过电子调压器可以编程预先设定，修改或动态调整输入到变压器的波形曲线，所述垂直响应电极板安装在电脱盐罐体内的上部位置，由垂直响应正电极板和垂直响应负电极板相间排列布置；所述水平响应电极板设置在垂直响应电极板下方油水界位的上方；所述进油分配器设计在水平响应电极板与油水界位之间，所述电脱盐专用变压器主要由单相智能交流调压模块、电子触发控制回路和控制测量显示仪表组成，其三个高压输出端中的两个分别为正高压和负高压，分别与电脱盐罐内的垂直响应正极板和垂直响应负极板相连；一个为交流响应高压电输出端与水平响应电极板相连接，水平响应电极板与油水界位形成交流响应高压电场，水平响应电极板的高压电可以根据油水乳化层的乳化程度进行自动调整。

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