CN102925208A

CN102925208A - 原油脱酸装置和方法

Info

Publication number: CN102925208A
Application number: CN2011102276544A
Authority: CN
Inventors: 杨敬一; 徐心茹; 包喜荣; 李少萍
Original assignee: East China University of Science and Technology
Current assignee: East China University of Science and Technology
Priority date: 2011-08-09
Filing date: 2011-08-09
Publication date: 2013-02-13
Anticipated expiration: 2031-08-09
Also published as: CN102925208B

Abstract

本发明提供了一种原油脱酸装置，包括：分别用于容纳脱酸剂和待处理原油的脱酸剂罐和原油罐；分别用于容纳脱酸处理后的原油和碱渣脱酸后原油罐和碱渣罐；分别连接至脱酸剂罐和原油罐的脱酸剂传输泵和原油传输泵；填料塔，填料塔内设置有填料，脱酸剂传输泵和原油传输泵分别将脱酸剂和原油送入填料塔，脱酸剂和原油在填料塔内发生反应；以及沉降分离装置，沉降分离装置连接至填料塔，以接收来自填料塔的反应后的脱酸剂和原油混合液。本发明还提供了一种原油脱酸方法。在本发明的原油脱酸装置中采用了填料塔作为化学反应器，故可以使原油和脱酸剂充分反应，达到良好的脱酸效果。另外，填料塔的使用还可以显著改善乳化现象。

Description

原油脱酸装置和方法

技术领域

本发明总地涉及化学反应装置和方法，特别是涉及原油脱酸装置和方法。

背景技术

随着国民经济持续稳定快速增长，我国石油的需求量也在逐年增加。另一方面，随着石油资源的深度开采，高酸值原油的产量正逐年增加。高酸值原油不但酸值较高，而且含有多种杂质，因此炼制加工困难，但其价格优势非常明显，故还是被广泛采用。研究发现，在原油的酸值高于0.3mg(KOH)/g时，将会对炼制过程造成一定的影响。如果原油酸值高于0.5mg(KOH)/g，则会对原油运输及炼油设备带来明显的腐蚀。

原油中主要包含环烷酸、固体脂肪酸、芳香族酸以及酚类等酸性化合物，其中环烷酸是是最主要的酸性氧化物，约占原油酸性含氧化合物的90％左右。当温度在210～420℃范围内会引起环烷酸的剧烈腐蚀，且严重腐蚀主要发生在液相。

因此，在炼油设备中，环烷酸腐蚀主要发生在高温部位，如常减压蒸馏装置的常压转油线、减压转油线、常压加热炉及减压加热炉的出口、常减压塔进料处的塔壁、减三线等；在催化裂化与焦化装置中，主要发生腐蚀部位有高温重油管道、裂化加热炉的炉管、分馏塔及相应的换热设备等。此外，在生产中容易出现乳化现象，造成产品的分离困难。即使少量的环烷酸盐也会影响油品的质量，导致油品热稳定性变差，降低油品的使用性能。如果在炼制之前不进行脱酸处理，后续生产的馏分油也会含有较高的酸值，从而间接影响油品的品质，因此需要对原油进行脱酸处理。

在本发明之前，没有专门的原油脱酸装置和相应的方法。无论是在实验还是生产中，基本上都是简单地将原油和脱酸剂直接加入到一个容器内，使它们静态地发生反应。然而，这样做使得原油和脱酸剂的反应不充分，而且乳化现象严重。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于，提供一种能使原油和脱酸剂的反应更加充分的原油脱酸装置和方法。

为实现上述目的，本发明提供了一种原油脱酸装置，包括：分别用于容纳脱酸剂和待处理原油的脱酸剂罐和原油罐；分别用于容纳脱酸处理后的原油和碱渣的脱酸后原油罐和碱渣罐；分别连接至脱酸剂罐和原油罐的脱酸剂传输泵和原油传输泵；填料塔，填料塔内设置有填料，脱酸剂传输泵和原油传输泵分别将脱酸剂和原油送入填料塔，脱酸剂和原油在填料塔内发生反应；以及沉降分离装置，沉降分离装置连接至填料塔，以接收来自填料塔的反应后的脱酸剂和原油混合液。

较佳的是，脱酸剂和原油并行地从填料塔的顶部送入填料塔，或逆行地分别从填料塔的顶部和底部送入填料塔。

较佳的是，填料是拉西环、鲍尔环、隔栅式填料、弧鞍形填料、槽鞍形填料、丝网波纹填料和板波纹填料中的至少一种。

较佳的是，在沉降分离装置中设置有电极板，以对脱酸剂和原油的混合液施加电场。

较佳的是，还包括碱渣再生装置，其包括：连接至碱渣罐的碱渣传输泵；二氧化碳气源；再生塔，所述碱渣传输泵和所述二氧化碳气源分别连接至所述再生塔，以使碱渣和二氧化碳在所述再生塔内发生化学反应；以及与所述再生塔连接的再生分离罐，用于接纳再生产物在其中静置分离。

本发明还提供了一种原油脱酸方法，该方法包括如下步骤：将脱酸剂从脱酸剂罐经脱酸剂传输泵输送进入填料塔；将含酸原油从原油罐经原油传输泵输送进入填料塔；使脱酸剂和含酸原油在填料塔内发生化学反应；待反应结束后，使脱酸剂和原油的混合液进入沉降分离装置，使混合液经沉降分离装置后，分为油水两相，上层为脱酸后的原油，下层为碱渣；以及将脱酸后的原油和碱渣分别传输至脱酸后原油罐和碱渣罐。

较佳的是，还包括加入防乳化剂的步骤，防乳化剂与脱酸剂一同添加或直接添加到沉降分离装置内。

较佳的是，还包括通过电极板(8)在沉降分离装置(6)对脱酸剂和原油的混合液施加电场的步骤。

较佳的是，脱酸选自NaOH、Na₂CO₃、乙醇胺、二乙醇胺、氨水-乙醇中的至少一种。

较佳的是，还包括使碱渣再生的过程，其包括：通过碱渣传输泵将碱渣送入再生塔；将来自二氧化碳气源的二氧化碳气体通入再生塔；使碱渣和二氧化碳在所述再生塔内发生化学反应；以及待反应结束后，使反应后的碱渣进入碱渣分离罐静置分离。

在本发明的原油脱酸装置中采用了填料塔作为化学反应器，故可以使原油和脱酸剂充分反应，达到良好的脱酸效果。另外，填料塔的使用还可以显著改善乳化现象。

本发明的原油脱酸装置较佳地包括碱渣再生装置，其利用二氧化碳对碱渣进行再生。利用含有二氧化碳的烟气对碱渣进行处理，符合低碳环保经济发展需求。另外，脱酸剂还可以回收循环利用，降低了操作处理成本。

附图说明

图1是根据本发明较佳实施例的原油脱酸装置的示意图；以及

图2是可用于本发明原油脱酸方法的再生装置的示意图。

具体实施方式

图1示出了一种实验用的原油脱酸装置，其主要包括：脱酸剂罐1、脱酸剂传输泵2、原油罐3、原油传输泵4、填料塔5、脱酸后原油罐6、沉降分离装置7、电极板8和碱渣罐9。

顾名思义，脱酸剂罐1和原油罐3分别用于容纳脱酸剂和待处理原油，而脱酸后原油罐6和碱渣罐9则分别用于容纳脱酸处理后的原油和碱渣。脱酸剂传输泵2连接至脱酸剂罐1以传输脱酸剂，而原油传输泵4则连接至原油罐3以传输待处理的原油。

填料塔5连接至脱酸剂传输泵2和原油传输泵4以接收脱酸剂和原油，脱酸剂和原油在填料塔内发生反应。在该实施例中，脱酸剂和原油并行地从填料塔顶部送入填料塔。填料塔5的内径例如为35mm，而高度例如为1000mm。在填料塔的外侧设置有保温夹套，内装有一定高度的填料。填料可例如采用拉西环，它是高度和直径相等的圆环。拉西环的结构简单，成本较低，更有利的是，拉西环是瓷制的，可以很好地耐受环烷酸的腐蚀。

填料塔是以塔内的填料作为气液两相间接触构件的传质设备，通常应用于气体吸收、蒸馏、萃取等操作。以前从未有人想到将填料塔用作为原油脱酸用的化学反应器，因此这是本发明区别于以往的一个重要的特征。

沉降分离装置6连接至填料塔5，以接收来自填料塔5的反应后的脱酸剂和原油混合液。反应后的脱酸剂和原油混合液在沉降分离装置内通过热沉降进行原油与水相的分离。

电极板8设置在沉降分离装置8中，可按需要对沉降分离装置内的混合液施加电场，使混合液在一定电场强度下作用一段时间。

图2示出了一种再生装置，其可与上述的原油脱酸装置结合使用，使碱渣再生。该碱渣再生装置主要包括：待生碱渣罐10、碱渣传输泵11、再生塔12、再生分离罐13和二氧化碳气瓶14。较佳的是，还设置有用于计量气体流量的气体流量计15。

待生碱渣罐10用来容纳待处理的碱渣，也可以与前述的碱渣罐9合并成一个。再生塔12是供化学反应用的解析塔。碱渣传输泵11连接至再生塔12的顶部，以将待生碱渣送入再生塔12。二氧化碳气瓶14连通至再生塔12的底部，以将二氧化碳气体通入再生塔。再生塔12的底部还连接至再生分离罐13，以将再生产物排入其中。

以下将描述利用本发明的原油脱酸装置来进行原油脱酸的工艺过程。

首先，将加热至一定温度(例如65℃)的脱酸剂(例如NaOH)从脱酸剂罐1经脱酸剂传输泵2输送进入填料塔5，将加热至一定温度(例如65℃)的含酸原油从原油罐3经原油传输泵4输送进入填料塔5。脱酸剂与含酸原油的体积比为1∶2，加入50mg/L的防乳化剂，填料塔内的反应温度为65℃，反应停留时间为30秒。接着，待反应结束后，脱酸剂和原油的混合液进入沉降分离装置，沉降分离装置内温度为95℃，热沉降30分钟(如需电场作用，则通过电极板8施加电场，使混合液在一定电场强度下作用一段时间)。最后，混合液经沉降分离装置后，分为油水两相，上层为脱酸后的原油，下层为碱渣，分别将它们传输至脱酸后原油罐6和碱渣罐9。请注意，这里提到的各种工艺参数都是举例性质的，完全可以按照具体的情况加以变化。

脱酸剂可以选用NaOH、Na₂CO₃、乙醇胺、二乙醇胺、氨水-乙醇中的至少一种。换言之，可以用其中的任意一种，也可以用任意几种复配而成。

防乳化剂可以采用阳离子防乳化剂、非离子防乳化剂、或由阳离子防乳化剂和非离子防乳化剂复配而成的防乳化剂，其中尤以阳离子防乳化剂和非离子防乳化剂复配而成的防乳化剂脱水、脱酸效果最佳。

原油脱酸过程中，脱酸剂NaOH与环烷酸发生中和反应生成环烷酸盐，从理论值上仅需要等摩尔量的NaOH就可以完全与环烷酸中和。但申请人发现在实际脱酸过程中伴随着油水乳现象的发生，碱液不能和原油中的环烷酸完全传质反应，因此脱酸剂最好是过量的，例如，脱酸剂与环烷酸的摩尔比在1.3时有比较好的脱酸效果。

研究还表明，沉降温度对脱水效果的影响非常明显，温度的升高可以让防乳化剂脱水效率大大提高。与此不同的是，填料塔6中的脱酸温度则不是越高越好，大致在65℃时效果最好，温度再高，原油酸值反而会有所上升。

另外，由电极板8施加的电场强度对原油脱酸效果也有一定影响，当电场强度为600V/cm～800V/cm时效果最好。

用来对原油进行脱酸处理后的碱液中包含由于原油中的环烷酸和碱反应后生成的可溶于水的环烷酸盐，此外还含有未反应的碱，如果直接排放将对环境造成严重的破坏。因此，需要对生成的碱渣进行处理，传统上采用硫酸中和法处理碱渣，该方法对设备的腐蚀比较严重，操作费用较高。有鉴于此，本申请人构思出借助前述的再生装置对已生成的碱渣进行再生处理。

具体地说，将碱渣罐10内的碱渣加热至40℃，再通过碱渣输送泵11将例如为40ml体积的碱渣送入再生塔12；同时，将来自二氧化碳气瓶14的二氧化碳气体从再生塔12的底部通入，其体积流量为0.25ml/min。整个反应碳化时间为10分钟，反应后的碱渣进入碱渣分离罐13静置分离1小时。同样，这里提到的各种工艺参数都是举例性质的，完全可以按照具体的情况加以变化。

由于环烷酸的酸性要比碳酸的弱，因此考虑采用CO₂对含有环烷酸盐的碱液进行处理，反应生成环烷酸。经静置后，含有环烷酸的油相与水相分离。在炼厂中二氧化碳的来源比较广泛，如催化裂化再生烟道气中含有丰富的二氧化碳资源。利用含有二氧化碳的烟气对碱渣进行处理，符合低碳环保经济发展需求。另外，脱酸剂还可以回收循环利用，降低了操作处理成本。

申请人的研究表明，随着再生时间的增加，CO₂与环烷酸钠反应的不断深入，生成的环烷酸增多，碱液中环烷酸盐的浓度不断降低，环烷酸的回收率不断提高，碱液的pH值也不断降低。

另外，随着CO₂体积流量的增加，再生塔内产生的CO₂气泡也不断增加，增大了接触面积，促进了反应的进行，因此再生后碱液pH值不断下降，环烷酸的回收率不断提高。

再有，随着温度的升高，再生处理后碱液的pH有所增加，环烷酸回收率减小，因为随着温度的升高，CO₂气体在液相中的溶解度减小，与环烷酸酸钠的反应程度降低，此外由于CO₂与碱反应是放热反应，温度的升高可能抑制了反应的正向进行。

应该理解的是，虽然以上结合较佳实施例对本发明的原油脱酸装置和方法进行了描述，但熟悉本领域的普通技术人员完全可以在以上揭示内容的基础上作出各种等同的变化和改动。例如，除了用于实验，还可以将所揭示的原油脱酸装置用于工业化生产；除了拉西环，还可以考虑使用其它类型的填料，如鲍尔环、隔栅式填料、弧鞍形填料、槽鞍形填料、丝网波纹填料和板波纹填料中的至少一种；原油和脱酸剂也可以逆行地分别从填料塔的顶部和底部送入填料塔，或者也可以并行地从填料塔的底部送入填料塔；防乳化剂可以与脱酸剂一同添加到填料塔内，也可以直接添加到沉降分离装置内；二氧化碳气瓶14可用其它合适的二氧化碳气源来代替。因此，本发明的保护范围不限于前述的较佳实施例，而是应由所附权利要求书来限定。

Claims

1.一种原油脱酸装置，其特征在于，包括：

分别用于容纳脱酸剂和待处理原油的脱酸剂罐(1)和原油罐(3)；

分别用于容纳脱酸处理后的原油和碱渣的脱酸后原油罐(6)和碱渣罐(9)；

分别连接至所述脱酸剂罐(1)和所述原油罐(3)的脱酸剂传输泵(2)和原油传输泵(4)；

填料塔(5)，所述填料塔内设置有填料，所述脱酸剂传输泵(2)和所述原油传输泵(4)分别将脱酸剂和原油送入所述填料塔，脱酸剂和原油在所述填料塔内发生反应；以及

沉降分离装置(6)，所述沉降分离装置连接至所述填料塔，以接收来自所述填料塔的反应后的脱酸剂和原油混合液。

2.如权利要求1所述的原油脱酸装置，其特征在于，脱酸剂和原油并行地从所述填料塔(5)的顶部送入填料塔，或逆行地分别从填料塔的顶部和底部送入填料塔。

3.如权利要求1所述的原油脱酸装置，其特征在于，所述填料是拉西环、鲍尔环、隔栅式填料、弧鞍形填料、槽鞍形填料、丝网波纹填料和板波纹填料中的至少一种。

4.如权利要求1所述的原油脱酸装置，其特征在于，在所述沉降分离装置(6)中设置有电极板(8)，以对脱酸剂和原油的混合液施加电场。

5.如权利要求1所述的原油脱酸装置，其特征在于，还包括碱渣再生装置，其包括：

连接至碱渣罐的碱渣传输泵(11)；

二氧化碳气源(14)；

再生塔(12)，所述碱渣传输泵和所述二氧化碳气源分别连接至所述再生塔，以使碱渣和二氧化碳在所述再生塔内发生化学反应；以及

与所述再生塔(12)连接的再生分离罐(13)，用于接纳再生产物在其中静置分离。

6.一种原油脱酸方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

将脱酸剂从脱酸剂罐(1)经脱酸剂传输泵(2)输送进入填料塔(5)；

将含酸原油从原油罐(3)经原油传输泵(4)输送进入填料塔(5)；

使脱酸剂和含酸原油在所述填料塔内发生化学反应；

待反应结束后，使脱酸剂和原油的混合液进入沉降分离装置(7)，使所述混合液经沉降分离装置后，分为油水两相，上层为脱酸后的原油，下层为碱渣；以及

将脱酸后的原油和碱渣分别传输至脱酸后原油罐(6)和碱渣罐(9)。

7.如权利要求6所述的原油脱酸方法，其特征在于，还包括加入防乳化剂的步骤，所述防乳化剂与所述脱酸剂一同添加或直接添加到沉降分离装置内。

8.如权利要求6所述的原油脱酸方法，其特征在于，还包括通过电极板(8)在所述沉降分离装置(6)对脱酸剂和原油的混合液施加电场的步骤。

9.如权利要求6所述的原油脱酸方法，其特征在于，脱酸选自NaOH、Na₂CO₃、乙醇胺、二乙醇胺、氨水-乙醇中的至少一种。

10.如权利要求6所述的原油脱酸方法，其特征在于，还包括使碱渣再生的过程，包括：

通过碱渣传输泵(11)将碱渣送入再生塔(12)；

将来自二氧化碳气源(14)的二氧化碳气体通入再生塔(12)；

使碱渣和二氧化碳在所述再生塔(12)内发生化学反应；以及

待反应结束后，使反应后的碱渣进入碱渣分离罐(13)静置分离。