SOTU重質污油處理技術的應用及分析

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)

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

塔河重質原油的密度(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任公司(簡稱塔河煉化)兩套電脫鹽裝置運行效果不好。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，難以實現油水分離。含水污油回煉至焦炭塔會在揮發線上結鹽，摻入原油后進電脫鹽裝置回煉則使期負荷波動大，變壓器電流波動頻繁，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，使裝置無法正常運行。為避免回煉污油對裝置運轉造成大的波動，必須在污水處理廠對回收的污油進行處理，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重、油品性質多樣，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]。焦粉及其他雜質含量相對較高，對化學藥劑不敏感。采用傳統的罐區脫水工藝，油相、水相很難達到指標要求和排放標準，且實際的罐容不能保證足夠的油水分離時間，所以污油回煉難度大，庫存上升快，影響了日常生產。為了能夠順利回煉回收的污油，需要尋求新的重質污油處理技術對污油進行油水分離?；谟退榛臋C理和塔河煉化污油性質，滄州信昌化工股份有限公司(簡稱滄州信昌)研發了SOTU(Slop Oil Treatment Unit)重質污油處理技術。2018年12月采用該技術對塔河煉化重質污油進行分離試驗，處理重質污油550 t，以下對試驗結果進行分析和討論。

1 SOTU重質污油處理技術介紹

SOTU重質污油處理技術采用多級循環處理工藝，主要包括預處理、一級分離、二級分離三部分。

1.1 預處理

污油經泵送入預處理裝置(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重質污油處理技術的核心是高能物理技術，由超聲波破乳組件、次高頻振動組件和高能電子束組件組成。污油進入核心處理部分后，3個組件能夠依據油品性質、含水率以及機械雜質情況智能協同發揮作用。實驗室小試、中試及油田、煉化企業現場應用結果表明，高能物理增核破乳技術在污油三相分離處理過程中起到了至關重要的作用。

圖1 預處理裝置模型

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生的機械振動、熱作用和空化作用來實現的[3]。超聲波在污油中傳播時，通過機械作用使液體微粒振動，乳核出現體積變大、質量增大、彼此碰撞聚集等現象，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生變化，可以達到幾倍于原來的數值，并會突然潰縮，乳化狀態被打破[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”示意

次高頻振動基于污油特性，選用多自由度系統振動開發的振動組件，如圖3所示。其機理是由多自由度系統振動，使乳化液體在多個維度上進行運動、碰撞。在高頻振動作用下，水分子流速增大，在其界面張力誘導下界面流動液滴接觸、相遇的頻率增加，液滴界面振動加劇，油水界面膜破裂，乳化狀態被打破。

圖3 多自由度系統振動

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生在常規方法下難以引發的物理化學反應，從而達到增核破乳的目的[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的轉鼓產生的離心力，把污油中的固體顆粒截留在轉鼓內，在力的作用下將固體自動卸出；同時在離心力的作用下，污油中的液體通過過濾介質、轉鼓小孔被甩出，達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。該裝置采用特殊設計的旋分曲線，合理地解決了油水分離的技術難題，使密度大的水沿環狀路徑流向外側，密度小的油在內圈，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計制造的超高機械強度、超高旋轉速度的分離機，最終實現油、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

塔河重質污油被輸送到預處理裝置中加熱至90 ℃，然后輸送到核心處理單元進行物理增核，進入一級分離裝置進行固液分離，去除污油中96%以上密度大于1.0 g/cm3的固體雜質；一級處理后的污油經靜置后實現初步油水分離。一級分離出的固體雜質成分與污油特性有關，固體雜質中油質量分數為0.5%～2%，水質量分數為70%～85%，固體中有機物質量分數為0.2%～2.0%。處理后的油水混合物繼續進入二級分離器，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、污水達到指標要求。污油進緩沖罐并經泵輸送至儲罐，水進入污水處理系統，乳化物返回到預處理部分，進行破乳增核，再進入一級處理裝置循環處理。具體流程見圖6，其中，污油加熱器與核心處理單元組成預處理裝置。

圖6 SOTU重質污油處理工藝流程示意

2 SOTU重質污油處理技術的應用

試驗裝置設計處理量為8 t/h，受塔河煉化污油乳化嚴重、油水密度差小等因素影響，試驗期間將污油處理量控制在3～4 t/h。

2018年12月12—31日進行現場試驗，不計設備參數調試時間，累計處理144 h，合計處理污油550 t，設備平均處理量為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據對比。從圖7可知，兩家單位對處理后污油含水率的分析結果基本在3.0%以下，平均為1.45%。數據高點為12月30日12：00—16：00，此時對設備參數進行調整，尋求處理量和質量的平衡點。最終結果表明處理量超過4 t/h時，處理后污油的含水率迅速升至3.5%～12%。在現有工藝條件下，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據對比

經分析，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設備調整期間的分析結果，SOTU重質污油處理技術在塔河煉化的污油處理試驗比較成功。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 經濟分析

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

表1 污油處理的公用工程用量及能耗費用情況

4 結 論

(1)采用SOTU重質污油處理技術處理塔河重質污油的試驗較成功，處理結果符合污油含水率小于3%、污水含油量不大于150 mgL的指標要求。實際結果優于指標要求，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)塔河重質污油中焦粉、浮渣含量高。經試驗，單套油水分離設備連續穩定運行的處理量為3.8 th，處理量不得超過4 th，處理量增大會導致污油含水率超標?？赏ㄟ^增加平行處理設備來提高污油處理量。