第三章原油电脱盐.docx
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第三章原油电脱盐
第三章 原油电脱盐
电脱盐是常减压蒸馏的第一道工序。
原油中的盐和水的存在,给炼油装置的稳定操作、设备防腐带来了危害。
因此在原油蒸馏前必须进行脱水脱盐。
伴随着脱盐、脱水技术的日趋成熟,它已变成为下游装置提供优质原料所必不可少的原油预处理工艺,是炼油厂降低能耗、减轻设备结垢和腐蚀、防止催化剂中毒、减少催化剂消耗的重要工艺过程。
3.1电脱盐的作用
原油中所含的金属盐类,可分为两种类型:
一类是油溶性的金属化合物或有机盐类,它们以溶解状态存在于原油中;另一类是水溶性的碱金属或碱土金属盐类,它们除极少数以悬浮结晶态存在于原油中外,大部分溶解在水中并以乳化液的形式存在于原油中。
这些金属化合物或盐类对原油加工的全过程和产品质量均有着重要的影响。
电脱盐主要是脱除原油中的无机盐。
原油脱盐脱水的重要性:
(1)减少腐蚀介质,减轻设备腐蚀
原油所含无机盐有NaCl、CaCl2和MgCl2等。
这些盐类在原油蒸馏过程中会发生水解反应生成氯化氢。
过去人们认为在蒸馏过程中NaCl是不水解的,因此曾采用注碱(NaOH)措施,便于将MgCl2和CaCl2转化成NaCl以减少氯化氢的生成。
但是这一方法并不可靠,实践证明原油中含有硫酸盐、环烷酸或某些金属元素时,温度低于300℃NaCl便会发生水解反应,盐类水解产生的氯化氢随挥发油气进入分馏塔顶及冷凝冷却系统,遇到冷凝水便溶于水中形成盐酸,这是造成常减压装置初馏塔、常压塔和减压塔塔顶及其冷凝冷却系统设备腐蚀的重要原因。
加工含硫原油时,蒸馏装置的塔顶系统硫化氢含量将急剧上升。
如果氯化氢水溶液同时有硫化氢存在,由于硫化氢的类似催化作用,将使腐蚀加剧。
(2)满足产品质量和二次加工要求
原油脱盐不仅仅是为防腐蚀的需要,更重要的是为了减少原料油中的金属离子。
原油中所含的盐类经蒸馏后主要进入重质馏分中,会造成下游装置的催化剂失活。
搞好电脱盐对石油焦、燃料油产品质量的提高有重要作用。
氯化氢的存在不仅导致腐蚀,而且会缩短催化剂寿命。
金属对催化裂化催化剂的危害也很大,如金属钠会中和催化剂的酸性活性中心,置换掉催化剂的氢和稀土,并使CO助燃剂中毒。
铁离子形成的盐类会造成加氢催化剂床层的压降升高。
(3)提高传热效率,延长开工周期
良好的脱盐操作,可减轻换热器、加热炉等设备的结垢、结焦和腐蚀等问题的发生。
有利于提高冷换设备的传热效率,延长装置的开工周期。
3.2典型电脱盐的工艺流程
目前国内电脱盐装置一般采用二级脱盐,为达到深度脱盐目的也有采用三级脱盐的,工艺流程如图3-1、图3-2。
图3-1典型二级电脱盐的工艺流程图
图3-2典型三级电脱盐的工艺流程图
3.3原油电脱盐的原理及目的
原油中含有水,同时也含有胶质、沥青质等天然乳化剂,加之原油在开采和输送过程中,由于剧烈扰动,使水以微滴状态分散在原油中,原油中的乳化剂靠吸附作用浓集在油水界面上,组成牢固的分子膜,形成稳定的乳化液,乳化液的稳定程度取决于乳化剂性质、浓度、原油本身性质、水分散程度、乳化液形成时间长短等因素,机械强烈的搅动,乳化剂浓度高,原油粘度大,乳化液形成的时间长,将增加乳化液的稳定程度。
3.3.1原理和目的
原油电脱盐主要是通过注水,使原油中的盐溶解在水中,同时加入破乳剂,破坏其乳化状态,在电场的作用下,使微小水滴聚结成大水滴,在重力的作用下,使油水分离。
电脱盐就是在原油蒸馏前尽最大可能的切除原油中的水和盐、金属等,CaCl2,MgCl2,NaCl可溶于原油中的水。
若能脱除和降低原油中的水和盐的含量,也就减弱和消除了腐蚀。
由于原油中的大部分盐类是溶解于水中,因此电脱盐脱盐与脱水是同时进行的。
近年来随着原油加工深度的提高,重油催化裂化以及重整、加氢裂化等临氢工艺技术的开发和广泛应用,原油脱盐已经不仅仅是为了防腐而且成为对后续加工工艺所用催化剂免受污染的一种保护手段。
脱除氯化物的同时还能脱除如镍、钒,砷(包括其中的钠)等对裂化、加氢、重整等催化剂的的有害毒物而且一般是脱盐深度越深,残存的有害物质越少,已经要求脱后原油达到含盐<3mgNaCl/L。
3.3.2原油电脱盐技术
根据原油分配器和电极板型式,衍生出各种电脱盐技术:
(1) 交流电脱盐技术
交流电脱盐罐一般采用三层水平极板,中层送电,极板间距不同,形成上部强电场下部弱电场。
当原油自下而上通过高压电场时,含盐的水微滴在电场力的作用下产生偶极性,水滴两端产生相反负荷,在电场力的作用下将水滴拉长,由于电场是交变的,水滴随之产生震荡,同时在破乳剂的作用下,使水微滴聚结成大水滴,从而实现油水分离。
交流电脱盐罐结构如图3-3。
(2)交直流电脱盐技术
交直流电脱盐一般为垂直电极,其变压器加整流设备,罐内电场自下而上为交流弱电场,直流弱电场和直流强电场。
在下部的交流弱电场中同交流电脱盐一样,一些大颗粒水滴的聚结而得到分离。
在直流电场中,在电场力的作用下,同样产生偶极性,水滴间吸引复合,只是电场不交变。
偶极化后的水滴由于在电场中位置的不平衡,使水滴产生向正负极水平移动而原油流动和水滴沉降是上下运动,这就比交流电场大大增大水滴的复合机率。
其特点是:
脱盐脱水率高,对油品的适应性强,能耗低。
图3-3交流电脱盐罐结构图
(3)高速电脱盐技术
美国Petrolite公司开发的高速原油电脱盐技术采用三层水平电极板,电场形式为交流电场。
与常规交流电脱盐的最大区别是,高速电脱盐区不设弱电场区,上层极板与中间极板的距离相等,且均为强电场;采用特殊结构的进料分配器,使油水混合料直接进入上下两个强电场中。
高速脱盐具有单罐处理能力大、电耗低、脱盐排水含油少,有利于处理较重、较粘的原等优点。
交流电脱盐罐结构如图3-3示
图3-4交直流电脱盐罐结构图
(4)鼠笼式电脱盐技术
鼠笼式电脱盐技术的特点有:
采用多层偏心鼠笼式组合电极,形成多层的环形电场,能最大限度占据罐内空间使有效电场空间增大,并可消除电场死角,电场利用率高。
电极组合相邻两层电极间距,由顶部到底部逐渐增大,所形成的环形电场由顶到底逐渐减弱,在横截面上分布为“上强下弱”。
在罐内油料含水较小的上部为强电场,而在油料含水较大的下部为弱电场,分布较合理。
油料在罐内水平流动,环形电场中下降的水滴沿油料流动方向呈水平抛物线下降,减轻了油料与沉降水产生二次污染的返混现象。
在沿油料流动方向,设多种鼠笼式组合电极,分别产生弱电场,过度电场和强电场,分段脱盐,脱水,电场分布较好。
鼠笼式电脱盐示意图如图3-5。
图3-5 鼠笼式电脱盐示意图
(5)微波分离技术MST工艺
该工艺采用微波范围内的电磁辐射将稳定且难于破坏的乳化液分离为油、水和固体。
乳化液中的水相部分优先吸收微波能量,加热后导致絮凝和沉降分离,从而使乳化液失稳,再通过微波分离工艺加速其沉降分离。
3.3.3提高电脱盐合格率措施
(1)高速电脱盐和低速电脱盐设计选型,结合自身原油性质、现场布置等因素统筹考虑,可以考虑将两种类型进行结合,以提高电脱盐装置的抗干扰能力。
(2)加强对电脱盐装置的工艺技术管理。
(3)提高电脱盐装置自动化控制水平,把重要参数引入主控室或DCS,实现对控制参数的实时监控。
(4)开展破乳剂的筛选,降低水溶性破乳剂的单耗和成本。
根据不同类型原油,针对性的筛选出几种脱盐效果好的破乳剂,提高电脱盐的破乳脱盐效果。
(5)在有条件的炼厂开展码头岸罐或长输线注破乳剂,以增加破乳剂的混合强度,提高脱后含盐合格率。
(6)适当增加电脱盐装置脱前原油、脱后原油盐含量、电脱盐污水油含量分析频次,定期开展电脱盐装置盐平衡标定。
加强对采样、分析过程的监控,减少分析误差。
3.4电脱盐的主要设备
3.4.1电脱盐罐内设备
(1)电脱盐罐
电脱盐罐是电脱盐的主要设备。
一般为卧式,国外也有采用球形罐,罐的尺寸取决于原油在强电场中的停留时间,罐内设有两层或三层电极板,一般为三层电极板。
设有三层极板的罐,一般在中间极板接电,带电极板与上层极板设计成强电场,与下层极板设计成弱电场。
(2)电极板
电极板的作用是在电极板间形成均匀电场。
电极板的结构采用钢管组合型式,便于安装和检修。
(3)原油分配器
一般在下层电极板的下方,设有原油入口分配器,分配器的作用是将原油沿罐的水平截面均匀分布,使原油与水的乳化液在电场中均匀上升。
分配器的结构基本上分两种,如管式的在管上均布小孔,另一种为倒槽式,在槽的四周开有小孔,倒槽式分配器适用于粘度大、杂质多或重质原油,可以避免分配器堵塞。
(4)罐顶集合管
电脱盐罐的上方设有集合管或集合槽,将脱后原油沿水平方向均匀的收集并送出电脱盐罐。
(5)罐底排水收集管
电脱盐罐底部设有排水收集管,将积沉在罐底的水沿水平方向收集并排出电脱盐罐外。
(6)罐底反冲洗设施
在电脱盐罐底部设有反冲洗设施,在不停工的情况下,定期将沉积在电脱盐罐底的污泥状杂质搅拌并随着水排出电脱盐罐外。
3.4.2电脱盐罐外设备
(1)混合器
在原油进电脱盐罐前,要注破乳剂、注水,使其与原油充分混合,因此在电脱盐前要设混合器。
混合器的结构一般由静态混合器与偏转球型阀组成,静态混合器起混合作用,偏转球型阀带执行机构,可调节混合器前后的压差。
(2)取样冷却器
有的装置在原油电脱盐罐后设有取样冷却器,以利于原油冷却后采样分析。
3.5电脱盐的正常操作
从电脱盐的工作原理来看,原油电脱盐脱水实质就是一个乳化液的破乳沉降分离过程。
它是通过加热、加化学试剂和高压电场等三种措施使乳化液破乳,再经沉降分离。
3.5.1电脱盐正常维护和检查
检查脱盐温度、压力是否在指标内,油水界面是否正常,观察切水是否带油,电流表所示电流是否正常,注水量是否适当,各连接法兰、阀门是否有泄漏,破乳剂泵运转是否正常,破乳剂加入量是否正常。
3.5.2电脱盐的在线冲洗操作
因原油含杂质较多,这些固体杂质慢慢的聚积沉降在罐底,影响电脱盐脱盐效率,因此对电脱盐罐要定期进行冲洗。
电脱盐的在线冲洗操作步骤:
(1)贯通水冲洗流程,关闭需冲洗罐的注水及该罐变压器的送电,开始冲洗操作。
电脱盐罐冲洗要一个一个的冲洗,不能同时冲洗。
(2)开始冲洗时,注意冲洗量不能大于机泵的额定流量,防止跳闸造成不必要的操作混乱。
(3)观察水界面检查口,开排污阀排水,严格控制油水界面,水界面防止超高或水界面过低跑油。
(4)当排放污水为清水时,可认为已冲洗干净,一般冲洗时间为30分钟至1个小时。
(5)在冲洗过程中,如果电流发生变化,电流超过标准值时,应及时停至冲洗,加强脱水。
3.5.3影响电脱盐操作的因素
(1)电脱盐罐进油温度
温度是原油脱盐过程中一个重要操作条件。
提高温度,使原油的粘度降低,减少水滴运动阻力,有利于水滴运动。
温度升高还使油水界面的张力降低,水滴受热膨胀,使乳化液膜减弱,有利于破乳和聚结。
另外温度升高,增大了布朗运动速度,也增强了聚集力。
因此适当提高温度有利于破乳。
油水密度差在100~130℃之间是上升的,当温度上升至一定值时CaCl2、MgCl2开始水解,同时随着温度的升高,原油的导电率也随之增大,电脱盐变压器二次电流随之增大,变压器电耗随之增高。
因此不同的原油应该有不同的脱盐温度。
目前,常减压装置设计原油进脱盐罐温度虽都是120~140℃,但由于实际加工原油性质与设计值有差异,导致原油进脱盐罐温度普遍低于设计值,对脱盐效果有一定影响。
提高电脱盐温度措施:
①适当提高设计值
实际生产中,原油进脱盐罐温度普遍小于设计值,而常减压装置的换热流程都是经过优化的,对于某种原油,优化后的换热流程进脱盐罐温度只有一个设计值。
可将原油进脱盐罐温度提高至130~150℃,留有10℃左右的富余量。
②合理调整脱盐温度
a.热量前移
已设计好的常减压装置,若电脱盐温度较低,可把脱后原油换热
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