高固体含量原油加工技术应用及探讨

颜军文

（中国石油化工股份有限公司镇海炼化分公司，浙江省宁波市315207）

摘要：清罐原油加工一直是炼油企业加工的难题，主要原因是清罐原油中固体颗粒物含量较高。中国石油化工股份有限公司镇海炼化分公司在常减压装置大比例掺炼清罐油时探索试用固体脱除技术。结果表明，固体脱除技术可显著改善电脱盐乳化情况，实现了电脱盐稳定运行，排水中油含量不超指标，固体颗粒质量分数由试用前不到10μg/g上升到395.2μg/g，脱固效果明显。同时清罐原油中铁脱除率由试用前约5%提高到52.2% 。利用该技术成功完成了清罐原油的掺炼任务，为常减压装置大比例、高效处理清罐原油积累了经验。

关键词：常减压装置 清罐油 固体颗粒物 电脱盐 脱固剂

        按照SY/T5921-2011《立式圆筒形钢制焊接油罐操作维护修理规程》，油罐的检修周期一般为6～9a［1］，中国石油化工股份有限公司镇海炼化分公司（镇海炼化）原油储罐一般8a进行一次清罐检测。镇海炼化拥有原油罐27具，储罐容量1590dam³，正常每年有3具原油罐需要进行清罐维护检查。清罐通常采用时间短、效率高的机械清洗技术，该技术主要是用相对轻质的原油经加温、加压后喷入清洗罐中，击碎、溶解淤渣并送至收集罐中，如此反复，直至清除罐内所有油污［2］。收集罐中积存的油称为清罐原油（清罐油），每年因此产生清罐油15～25kt。清罐油黏度高、组成复杂、含水量高、乳化稳定、固体杂质含量高，是典型的高固体含量（高固含）原油，进常减压装置加工时，易引起电脱盐油水乳化、污水含油发黑、油水界面形成乳化层，导致电脱盐电流波动，甚至跳闸停止运行［3］。部分未从电脱盐罐脱除的油泥等固体颗粒将进入换热器、塔并沉积下来，造成换热效果下降、塔盘堵塞，影响装置长周期运行和经济效益。通常的做法是大部分清罐油在常减压装置停工检修前1个月进行少量掺炼（约10～20t/h），其余送到延迟焦化装置作为焦炭塔的急冷油少量掺炼，流量约0.5～2t/h。

       2018年6月，镇海炼化原油罐G901积存有35kt清罐油，由于该原油罐需进行拆除改造，时间紧迫，而以加工重质原油为主的2号常减压装置刚刚经过检修并投入运行。为确保在短时间内完成清罐油的加工，同时保证在加工过程中电脱盐操作稳定，清罐油中的固体颗粒物能在电脱盐中大部分脱除，不造成装置换热器、塔盘堵塞，不影响装置长周期运行，为此，与助剂厂家进行合作，研究制订方案，采用固体脱除技术，成功进行了常减压装置大比例掺炼清罐油试验，清罐油最高掺炼量达到110t/h，电脱盐排水油质量分数200mg/l（工艺卡片指标不大于300mg/l），圆满完成了35kt清罐油的掺炼任务，为常减压装置大比例、高效处理清罐油积累了经验。

1 常减压装置及清罐油情况

1.1 2号常减压装置及电脱盐情况

2号常减压装置设计加工卡宾达混合油（4:3）重质混合原油，年处理能力6.0Mt，装置采用四级蒸馏工艺，设三级电脱盐，其中一级罐为低速电脱盐罐，二、三级均为高速电脱盐罐。

1.2 清罐油分析

       2018年5月25日，对G901罐的原油样品进行了固体含量分析，数据显示该罐原油的固体含量非常高，超过600μg/g（质量分数），分析数据见表1。

1.3 加工清罐油电脱盐乳化原因

       清罐油固体杂质含量高，是正常原油的10～20倍，这些固体杂质主要为原油储罐底部的油泥。原油中胶体胶粒（石蜡质、沥青质、细粒泥砂）相互吸附，尺寸增大，聚集沉积，乳化水滴聚结下沉，同时携带溶解其中的无机盐一并沉积形成油泥［4］。固体杂质对原油乳状液的稳定性有很大影响，特别是含铁的无机物颗粒，与沥青质包裹在一起，可改变颗粒的润湿性，更容易在界面吸附，增加界面膜的强度，导致电脱盐乳化层增厚［5］，电脱盐操作不断恶化，电流上升，电压下降，形成恶性循环，甚至跳闸。

表1G901清罐油固体含量

2 原油固体脱除技术

       在电脱盐罐中使用常规破乳剂，可以脱除原油中水和溶解在水中的盐及固体颗粒物。如果原油中固体颗粒物外包裹油质，则固体颗粒物直径大的，大部分进入水相，造成排水发黑且含油超标，直径小的将溶在原油中，随着原油进入换热器和塔及后续渣油加工装置，造成换热器等设备结块甚至堵塞，催化剂中毒、床层压力降升高。

       固体脱除技术是在原油中加入一定浓度的固体脱除剂（脱固剂），通过剥除包裹在固体外围的油相，使之被水润湿，以达到从乳化层进入水相的目的。该技术最大的优点是可以脱除原油中的固体，让原油中的固体最大可能进入电脱盐排水，含有大量固体颗粒的排水虽然会导致排水发黑，但由于固体脱除剂的添加，并不会导致排水中的油含量和COD明显增加。该技术方案的实施，一方面可以减少固体含量，另一方面可以减少固体对下游装置的影响。

3 掺炼清罐油固体脱除技术应用及效果

3.1 固体脱除技术试用方案

       根据清罐油中固体含量及性质，经过实验室小试，拟选用SRA1脱固剂，注入量为10～12μg/g。由于脱固剂不能和现有的破乳剂注剂直接混用，注入点改为装置原油备用泵入口，并接临时管线，见图1。

图 １ 脱固剂注入流程

       固体脱除技术方案如下：①将固体脱除剂注入原油泵前，确保药剂和原油、固体充分接触；②药剂注入4h后，开始采样，分析相关项目，确认相关变化；③ 电脱盐界位向下调整，由正常60%下调到40%左右，使已经脱除的漂浮在乳化层下方的固体迅速排出，直至1号观察口的水发黑；④启用电脱盐罐底沉渣冲洗流程，保持适当冲洗量，确保大量固体沉积物不在罐底堆积；⑤根据现场情况，继续拉低液位直至电脱盐罐一级排水出现固体（不带油）为止。

3.2试用过程

      根据生产安排，2018年6月12日，2号常减压加工卡宾达原油，加工量14kt/d ，同步开始掺炼G901清罐油，掺炼量从20t/h起步提到40t/h，14日掺炼量提至60～80t/h，15日逐步提到100～110t/h，掺炼清罐油后各电脱盐罐电流均有不程度上升，电脱盐罐乳化层变厚，18日乳化层固体颗粒物质量分数高达5625μg/g，6月19日开始注入脱固剂，注入量10μg/g，6月25日清罐油掺炼结束，停用脱固剂。

3.3注脱固剂前后效果分析

3.3.1加脱固剂前后乳化层变化及固体含量

      6月15-18日，随着掺炼清罐油量提高及时间的推移，电脱盐罐乳化不断加剧，电脱盐1号和2号观察口已观察不到油水界面。19日开始注脱固剂，20日检查发现观察口1号和2号油水界面清晰，说明乳化情况在显著改善。电脱盐罐各观察口从上到下由黑（基本为原油）逐渐转向灰黑（含油减少，固体颗粒物增多），直到排水变为灰黑。

3.3.2 掺炼清罐油后电脱盐固体含量分析

      6月11日装置加工阿曼油，固体含量很低，电脱盐罐几乎不含固体，6月12日以后，固体开始在电脱盐油水界面聚集，随着界位的逐步提高，可以看到固体分布在向上转移。随着G901清罐油掺炼量的增加，固体在电脱盐中逐渐聚集，并由油水界面扩散（主要向油相扩散）。G901的掺炼量提高，聚集在电脱盐中的固体含量也显著提高。

     加注脱固剂后排水中固体含量显著提高，可以清楚看到电脱盐中固体逐渐下移，排水变灰黑，固体颗粒物随之排出。6月22日，注剂泵发生故障停注脱固剂后，乳化层中的固体没有得到及时排出，油水乳化层界面随即开始积累，致使 6月23日电脱盐一级罐1号、2号观察口固体含量再次上升。

3.3.3注脱固剂前后排水情况

   加注脱固剂18h后，大量固体被分离出乳化层，随排水带走，颜色变成灰黑。油质量分数为220μg/g，考虑到水中高固体颗粒物对紫外法的影响，将样品10 倍稀释，分析油质量分数为180μg/g，二者平均约200μg/g，低于300μg/g的工艺卡片控制指标要求。

   注脱固剂前后电脱盐排水固体含量分析见表2。从表2可以看出，注脱固剂前排水中固体质量分数总体很低，约10μg/g。随着脱固剂的注入，排水固体含量逐渐提高。6月22日（第3 天）达到最高591μg/g，但6月23日急剧下降到43μg/g。分析是因为6月22日注剂泵发生故障，脱固剂未能正常注入。排除注剂泵故障情况，注脱固剂后排水固体质量分数平均达到395.2μg/g，较试用前大幅度提升。

表 ２ 注脱固剂前后电脱盐排水固体含量

3.3.4 注脱固剂前后铁含量变化情况

   原油中微小的固体颗粒物除开采过程携带的泥砂外，大部分来自运输过程中管道、设备的腐蚀，其中含有大量的铁。对试用脱固剂前后的电脱盐三级罐后原油铁含量进行分析，结果见表3

表3试用脱固剂前后的电脱盐三级罐后原油铁含量分析

     从表3可以看出，加脱固剂后三级脱后原油铁得到很好的脱除，脱除率平均达到52.2%，对下游装置的催化剂保护和长周期运行非常有利。 未加脱固剂时电脱盐对铁的脱除率很低，5%左右。表3中6月15日脱后原油铁含量出现大幅度增加，分析这是因为随着电脱盐加工清罐油的增加，出现较为严重的乳化现象，乳化层不断累积变厚，达到一定程度后含大量固体颗粒物的乳化层随原油间断带出电脱盐罐，造成脱后原油的铁含量出现倒挂现象。

4 结论及建议

（1）在常减压装置大比例掺炼固体颗粒物含量很高的清罐油时，试用固体脱除技术，明显改善了电脱盐的操作，电脱盐排水中含油量不超工艺指标，排水中固体颗粒质量分数由试用前不到10μg/g上升到395.2μg/g，表明脱固效果明显。

（2）试用固体脱除技术，脱后原油固体脱除率平均达到52.2% ，较试用前的约5%有大幅度提高，不但可减少常减压装置换热器沉积，提高传热效率，减缓塔盘堵塞造成的压力降升高，还可以降低脱后原油中的铁含量，对保护下游装置催化剂、确保装置长周期运行非常有利。

（3）固体脱除技术为解决长期困扰炼油企业的清罐油加工提供了方案。利用固体脱除技术可显著提高炼油企业劣质油加工能力。

（4）固体脱除技术中需用脱固剂，不可避免增加加工成本，因此建议炼油企业将固体含量分析纳入常减压装置劣质原油加工的日常分析项目，并在质量分数超过75μg/g时实施脱固技术，确保装置长周期运行。

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