SOTU重質(zhì)污油處理技術(shù)的應(yīng)用及分析

吳德鵬，郭 輝，趙圣博，郭海峰，王小軍

(1.中國石化塔河煉化有限責(zé)任公司，新疆 庫車 842000；2.滄州信昌化工股份有限公司)

受世界范圍內(nèi)輕質(zhì)原油產(chǎn)量日益減少和煉油廠加工效益降低的影響，近年來重質(zhì)原油等非常規(guī)原油的加工利用逐漸提上日程。塔河原油因硫、瀝青質(zhì)及重金屬含量高，黏度較大，低氫碳比而被稱為塔河重質(zhì)原油。重質(zhì)原油的這些特點(diǎn)造成其加工困難，生產(chǎn)過程中污油量大。

塔河重質(zhì)原油的密度(20 ℃)為0.945～0.952 kg/L，鹽含量高，造成中國石化塔河煉化有限責(zé)任公司(簡稱塔河煉化)兩套電脫鹽裝置運(yùn)行效果不好。1號電脫鹽脫后原油含鹽量為5.5～13.5 mg/L，2號電脫鹽脫后原油含鹽量為5.5～8.5 mg/L；兩套電脫鹽排水的含油量為200～8 000 mg/L。電脫鹽排水送至污水處理廠回收的污油密度大、水含量高，油水密度差小，難以實(shí)現(xiàn)油水分離。含水污油回?zé)捴两固克?huì)在揮發(fā)線上結(jié)鹽，摻入原油后進(jìn)電脫鹽裝置回?zé)拕t使期負(fù)荷波動(dòng)大，變壓器電流波動(dòng)頻繁，脫后原油含鹽量高，電脫鹽排水的油含量更高，形成惡性循環(huán)，使裝置無法正常運(yùn)行。為避免回?zé)捨塾蛯ρb置運(yùn)轉(zhuǎn)造成大的波動(dòng)，必須在污水處理廠對回收的污油進(jìn)行處理，使污油含水率(w，下同)小于3.0%，污水含油量小于150 mg/L。

塔河煉化污油乳化嚴(yán)重、油品性質(zhì)多樣，以電脫鹽排出的含水污油和焦化混合切水后的污油為主[1]。焦粉及其他雜質(zhì)含量相對較高，對化學(xué)藥劑不敏感。采用傳統(tǒng)的罐區(qū)脫水工藝，油相、水相很難達(dá)到指標(biāo)要求和排放標(biāo)準(zhǔn)，且實(shí)際的罐容不能保證足夠的油水分離時(shí)間，所以污油回?zé)掚y度大，庫存上升快，影響了日常生產(chǎn)。為了能夠順利回?zé)捇厥盏奈塾?，需要尋求新的重質(zhì)污油處理技術(shù)對污油進(jìn)行油水分離?；谟退榛臋C(jī)理和塔河煉化污油性質(zhì)，滄州信昌化工股份有限公司(簡稱滄州信昌)研發(fā)了SOTU(Slop Oil Treatment Unit)重質(zhì)污油處理技術(shù)。2018年12月采用該技術(shù)對塔河煉化重質(zhì)污油進(jìn)行分離試驗(yàn)，處理重質(zhì)污油550 t，以下對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析和討論。

1 SOTU重質(zhì)污油處理技術(shù)介紹

SOTU重質(zhì)污油處理技術(shù)采用多級循環(huán)處理工藝，主要包括預(yù)處理、一級分離、二級分離三部分。

1.1 預(yù)處理

污油經(jīng)泵送入預(yù)處理裝置(模型見圖1)，在其中與蒸汽充分混合升溫，升溫污油被送入核心處理單元增核破乳。SOTU重質(zhì)污油處理技術(shù)的核心是高能物理技術(shù)，由超聲波破乳組件、次高頻振動(dòng)組件和高能電子束組件組成。污油進(jìn)入核心處理部分后，3個(gè)組件能夠依據(jù)油品性質(zhì)、含水率以及機(jī)械雜質(zhì)情況智能協(xié)同發(fā)揮作用。實(shí)驗(yàn)室小試、中試及油田、煉化企業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用結(jié)果表明，高能物理增核破乳技術(shù)在污油三相分離處理過程中起到了至關(guān)重要的作用。

圖1 預(yù)處理裝置模型

超聲波破乳[2]組件是利用超聲波的特性和在傳播過程中發(fā)生的機(jī)械振動(dòng)、熱作用和空化作用來實(shí)現(xiàn)的[3]。超聲波在污油中傳播時(shí)，通過機(jī)械作用使液體微粒振動(dòng)，乳核出現(xiàn)體積變大、質(zhì)量增大、彼此碰撞聚集等現(xiàn)象，形成大乳核。在超聲波空化作用下聚集的大乳核乳化物的表面張力迅速發(fā)生變化，可以達(dá)到幾倍于原來的數(shù)值，并會(huì)突然潰縮，乳化狀態(tài)被打破[4]，超聲波作用原理見圖2。

圖2 超聲波作用下粒子的“位移效應(yīng)”示意

次高頻振動(dòng)基于污油特性，選用多自由度系統(tǒng)振動(dòng)開發(fā)的振動(dòng)組件，如圖3所示。其機(jī)理是由多自由度系統(tǒng)振動(dòng)，使乳化液體在多個(gè)維度上進(jìn)行運(yùn)動(dòng)、碰撞。在高頻振動(dòng)作用下，水分子流速增大，在其界面張力誘導(dǎo)下界面流動(dòng)液滴接觸、相遇的頻率增加，液滴界面振動(dòng)加劇，油水界面膜破裂，乳化狀態(tài)被打破。

圖3 多自由度系統(tǒng)振動(dòng)

微型高能加速器使少量被加速的電子束轟擊含泥污油，使其中部分含泥污油發(fā)生在常規(guī)方法下難以引發(fā)的物理化學(xué)反應(yīng)，從而達(dá)到增核破乳的目的[5-7]。

1.2 一級分離裝置

圖4為一級分離裝置模型。該裝置是利用高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)鼓產(chǎn)生的離心力，把污油中的固體顆粒截留在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)，在力的作用下將固體自動(dòng)卸出；同時(shí)在離心力的作用下，污油中的液體通過過濾介質(zhì)、轉(zhuǎn)鼓小孔被甩出，達(dá)到液固分離過濾的目的[8]。

圖4 一級分離裝置模型

1.3 二級分離裝置

圖5為二級分離裝置模型。該裝置采用特殊設(shè)計(jì)的旋分曲線，合理地解決了油水分離的技術(shù)難題，使密度大的水沿環(huán)狀路徑流向外側(cè)，密度小的油在內(nèi)圈，并聚成大的油珠上浮分離。二級分離裝置采用滄州信昌自主設(shè)計(jì)制造的超高機(jī)械強(qiáng)度、超高旋轉(zhuǎn)速度的分離機(jī)，最終實(shí)現(xiàn)油、水、固體三相分離[9-10]。

圖5 二級分離裝置模型

1.4 工藝流程簡介

塔河重質(zhì)污油被輸送到預(yù)處理裝置中加熱至90 ℃，然后輸送到核心處理單元進(jìn)行物理增核，進(jìn)入一級分離裝置進(jìn)行固液分離，去除污油中96%以上密度大于1.0 g/cm3的固體雜質(zhì)；一級處理后的污油經(jīng)靜置后實(shí)現(xiàn)初步油水分離。一級分離出的固體雜質(zhì)成分與污油特性有關(guān)，固體雜質(zhì)中油質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%～2%，水質(zhì)量分?jǐn)?shù)為70%～85%，固體中有機(jī)物質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2%～2.0%。處理后的油水混合物繼續(xù)進(jìn)入二級分離器，二級分離器為油水高速離心分離器，可將污油與污水分離。二級處理后的油相出口含水率為0.2%～3.5%(隨油品變化)，水相含油量為30～150 mg/L。處理后的污油、污水達(dá)到指標(biāo)要求。污油進(jìn)緩沖罐并經(jīng)泵輸送至儲(chǔ)罐，水進(jìn)入污水處理系統(tǒng)，乳化物返回到預(yù)處理部分，進(jìn)行破乳增核，再進(jìn)入一級處理裝置循環(huán)處理。具體流程見圖6，其中，污油加熱器與核心處理單元組成預(yù)處理裝置。

圖6 SOTU重質(zhì)污油處理工藝流程示意

2 SOTU重質(zhì)污油處理技術(shù)的應(yīng)用

試驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)處理量為8 t/h，受塔河煉化污油乳化嚴(yán)重、油水密度差小等因素影響，試驗(yàn)期間將污油處理量控制在3～4 t/h。

2018年12月12—31日進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)，不計(jì)設(shè)備參數(shù)調(diào)試時(shí)間，累計(jì)處理144 h，合計(jì)處理污油550 t，設(shè)備平均處理量為3.8 t/h。圖7為塔河煉化和滄州信昌對處理后油中含水率的分析數(shù)據(jù)對比。從圖7可知，兩家單位對處理后污油含水率的分析結(jié)果基本在3.0%以下，平均為1.45%。數(shù)據(jù)高點(diǎn)為12月30日12：00—16：00，此時(shí)對設(shè)備參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，尋求處理量和質(zhì)量的平衡點(diǎn)。最終結(jié)果表明處理量超過4 t/h時(shí)，處理后污油的含水率迅速升至3.5%～12%。在現(xiàn)有工藝條件下，要保證處理后污油的含水率小于3%，污油處理量不得超過4 t/h。處理后污水的平均含油量為49.3 mg/L。

圖7 處理后污油含水率分析數(shù)據(jù)對比

經(jīng)分析，處理后的污油密度(20 ℃)平均為961.4 kg/m3，比原油密度(20 ℃)947.3 kg/m3大，含鹽量不超過10 mg/L。剔除12月30日18：00設(shè)備調(diào)整期間的分析結(jié)果，SOTU重質(zhì)污油處理技術(shù)在塔河煉化的污油處理試驗(yàn)比較成功。圖8和圖9分別為處理前后的污油圖片。

圖8 處理前污油

圖9 處理后污油

3 經(jīng)濟(jì)分析

此次試驗(yàn)共處理污油550 t，產(chǎn)出合格污油240 t、固體廢渣(簡稱固渣)1.5 t。污油產(chǎn)率為43.64%，固渣率為0.27%，污水產(chǎn)率為56.09%。設(shè)備總功率為35.8 kW，合計(jì)用電量為35.8×144≈6 000 kW·h，污油耗電量為11 kW·h/t，電費(fèi)為9.27元/t；運(yùn)行期間共用水3×7=21 t，耗水量為0.04 t/t，水費(fèi)為0.1元/t；蒸汽共計(jì)使用38 t，耗蒸汽量為0.07 t/t，蒸汽費(fèi)用為9元/t。處理污油的單位能耗費(fèi)用為9.27+0.1+9=18.37元/t，具體明細(xì)見表1。

表1 污油處理的公用工程用量及能耗費(fèi)用情況

4 結(jié) 論

(1)采用SOTU重質(zhì)污油處理技術(shù)處理塔河重質(zhì)污油的試驗(yàn)較成功，處理結(jié)果符合污油含水率小于3%、污水含油量不大于150 mgL的指標(biāo)要求。實(shí)際結(jié)果優(yōu)于指標(biāo)要求，污油平均含水率為1.45%，處理后的水中平均含油量為49.3 mgL。

(2)塔河重質(zhì)污油中焦粉、浮渣含量高。經(jīng)試驗(yàn)，單套油水分離設(shè)備連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行的處理量為3.8 th，處理量不得超過4 th，處理量增大會(huì)導(dǎo)致污油含水率超標(biāo)。可通過增加平行處理設(shè)備來提高污油處理量。