微萃取耦合分離除鹽技術在 塔頂循環系統上的應用

王濤(中海油石化工程有限公司，山東 青島 266101)

0 引言

隨著原油的不斷開采，原油重質化、劣質化程度日趨明顯，原油的含酸量、含硫量、含鹽量也不斷增高。加上國內進口原油大多是高酸原油[1]，原油的重質化增大了原油脫鹽的難度，原油中的硫、氯等多種雜質的存在導致常減壓、催化、延遲焦化等裝置分餾塔運行過程中塔頂循環油鹽含量過高，許多煉廠相關裝置的塔頂、頂循環、塔頂管道和換熱器等設備的腐蝕問題日益嚴重，嚴重影響了裝置的長周期安全運行。

1 防腐技術選擇

目前國內針對塔頂部循環系統結鹽和腐蝕嚴重問題主要采用加強防腐工藝、調整操作、升級設備工藝管線材質等措施。

1.1 防腐工藝

煉油廠通常采用的防腐方法是“一脫三注”工藝。所謂“一脫三注”工藝是指通過向深度脫鹽后的原油注入緩蝕劑、堿和氨(或胺)等，去除原油中的雜質并中和原油中的酸性腐蝕介質，使設備及管材表面形成一層保護膜。因為通常設備以及管材的腐蝕大多是由于原油中的酸含量造成的，所以中和掉部分酸就能緩解腐蝕速率。

1.1.1 電脫鹽技術

“一脫”也就是電脫鹽。導致腐蝕的主要原因是原油含鹽較高，因此除鹽是控制腐蝕程度的重要手段之一。電脫鹽技術的提高主要是從脫鹽技術和配套設施入手，對其進行改造創新，如采用新型極板結構、先進的原油含鹽分析儀、先進的微差壓電容式水界面控制系統及新型防爆阻抗變壓器等。當然電脫鹽罐內油品的停留時間也是重要的影響因素，加大電脫鹽罐的直徑能提高脫鹽效率，但提高電脫鹽效率的同時也要考慮電脫鹽罐的電場強度、電極結構、通電層數和原油破乳劑等因素。

1.1.2 注氨水、注堿水、注緩蝕劑

“三注”也就是注氨水、注堿水、注緩蝕劑。注堿水可以中和油品的酸性，實現降低腐蝕速度。但是注堿不能完全抑制HCl氣體，所以通過注氨水中和HCl，生成NH4Cl，使得油品也是中性偏堿性，達到防腐效果。注入緩蝕劑使得金屬表面形成保護膜。可以使得腐蝕介質和金屬表面隔離開來，起到防腐作用。

1.2 材質升級

針對容易腐蝕的部位進行材質的升級和更換。根據不同腐蝕機理選擇不同的材料。針對氯化氫、硫化氫腐蝕，我們通常選用的含有抗氫抗硫的碳鋼和奧氏體不銹鋼作為防腐材料。但是含氨油品對奧氏體不銹鋼會造成應力腐蝕而開裂，因此我們就得選用鈦合金材料。

1.3 調整操作

通常的調整操作主要是控制頂循系統的溫度；對頂循系統揮發線注水，使得HCl的露點前移，從而防止換熱器露點腐蝕；降低頂循環系統的冷凝水量等。

實踐證明以上幾種方法確實能夠有效減少設備腐蝕，延長設備的壽命，維護裝置的平穩運行。但是從工藝的角度去看，這幾種方法是通過增加循環油的溫度來實現防腐效果，但是受到客觀因數的制約，可操作性也受到影響。而升級材質，比如更換塔盤、升級管材，局部加強材質僅僅是減緩了設備腐蝕的時間，腐蝕依然存在，不能從根源上解決。而且升級材質成本較高，經過一段時間后腐蝕依然存在，需要定期停工更換。因此必須從根源處找到相應的解決辦法。

據了解，當前大多煉廠在緩解分餾塔頂循系統、常壓塔頂循系統結鹽腐蝕問題時通常的方法都是注氨、注緩蝕劑、注水，統稱“三注線”。但是當塔的操作不穩定時，將進行間斷性的注水洗塔，注氨調節pH，注緩蝕劑來降低設備腐蝕。但是以上方案都沒有從源頭解決腐蝕問題，升級材質只是緩解了腐蝕的時間，并不能解決銨鹽的生成。注水洗滌每次都會產生大量污油，不能作為產品輸出，同時需要降量處理，這些都會影響產品質量。

2 微萃取耦合分離技術

2.1 技術原理

和常規的技術相比，微萃取耦合分離技術能夠從源頭處解決問題。該技術主要由湍旋微混器、微萃取分離器和油水分離器三部分組成[2]。其原理為鹽水和油品在湍旋微混器進行混合，油品中的鹽均勻分散到除鹽水中，然后經過微萃取分離器進行深度捕捉鹽粒子并進行初步分離，最后油水分離器通過粗粒化及波紋強化沉降將油水進行分離，分離出來的水將鹽帶出，油品得到除鹽目的。微萃取耦合分離技術原理圖如圖1所示。

圖1 微萃取耦合分離技術原理圖

微萃取分離器內部設計并聯的多束集成的萃取-分離芯，利用油品和除鹽水兩種互不相容且存在的密度差使油品和水在微萃取分離器內部高速旋轉，水被甩到芯壁，使水和鹽離子的接觸面積增加，從而達到深度分離的目的。

油品進入經萃取-分離器后進行深度分離，油品進油水分離器的上部，含油鹽水進入油水分離器的下部。為了使油水為層流態，油水微混器的入口設了一個分布器對進入油水微混器的油水進行流場分布，這樣油品射流時不會對流場產生干擾，從而使進入油水微混器的油水流態均勻平穩。同時在油水分離器內部設有多層折板油水分離的位置。折半開有小孔，大油滴可以通過小孔逐級進入到折板的上一層，進而提高了分離速率。同時折板采用特殊材質，油水保持一定的角度在折板流動。這樣加速油品上浮含鹽污水下沉的速度從而達到油水快速分離的目的。

2.2 技術特點

微萃取耦合分離技術開創了新的防腐技術，該技術具有微相均勻分散、微萃取洗鹽、除鹽水用量少、占地面積小、操作簡單安全、投資費用小、運營成本低等特點。具體如表1所示。

表1 技術特點

3 實施案例

3.1 背景

某石化公司480萬噸/年催化裂化裝置，加工進口混合原油，催化分餾裝置自投用以來出現結鹽現象，空冷腐蝕泄漏，化驗數據顯示頂循系統存在H2O-HCl-H2S、H2O-HCN-H2S腐蝕環境，威脅裝置安全運行。通過臨時水洗效果有限，無法從根本上解決成鹽和局部腐蝕問題。通過采用微萃取耦合分離在分餾塔頂循系統增設在線水洗除鹽成套設備提高裝置防腐水平，保障裝置長周期平穩運行。

3.2 工藝流程

10%～20%的分餾塔頂循油自分餾塔頂循原有調節閥前引出，經新分餾塔頂循除鹽過濾器后，送至分餾塔頂循除鹽罐進行脫鹽，脫鹽后返回原有調節閥后返回分餾塔，除鹽水進入分餾塔頂循除鹽罐與抽出的分餾塔頂循油混合分離。含鹽污水去污水系統的工藝流程如圖2所示。

圖2 分餾塔頂循除鹽設施工藝流程圖

3.3 實施效果

催化分餾裝置頂循回流系統增加微萃取耦合分離在線脫鹽設施后，系統的循環油進行氯離子(Cl-)含量檢測，發現在線脫鹽設備前后氯含量在運行后下降80%以上。設備運行穩定，通過頂循油的腐蝕探針檢測年腐蝕速率進行對比發現增設頂循在線脫鹽設施前年平均腐蝕速率為0.350 1 mm/a，如下圖3所示。增加后年平均腐蝕速率為0.125 7 mm/a如圖4所示，相比下降了0.224 4 mm/a，下降64%左右。增設頂循在線脫鹽設施前后分餾塔塔盤腐蝕情況得到明顯改善，如圖5、圖6所示。除鹽后排放污水中石油類含量不超過200 mg/L，返塔油相中的水含量不大于0.1%(質量分數)。

圖3 改造前分餾系統腐蝕速率情況圖

圖4 改造后分餾系統腐蝕速率情況圖

圖5 改造前分餾塔塔盤腐蝕情況圖

圖6 改造后分餾塔塔盤腐蝕情況圖

4 結語

原油的重質化、劣質化使得原油的含酸量、含硫量、含鹽量增高，導致加工過程中常減壓、催化、延遲焦化等裝置分餾塔運行過程中塔頂循環油鹽含量過高，裝置的塔頂、頂循環、塔頂管道和換熱器等設備的腐蝕問題日益嚴重進而影響裝置的長周期安全平穩運行。針對塔頂部循環系統結鹽和腐蝕嚴重問題采用的加強防腐工藝、升級設備工藝管線材質以及調整操作等方式無法根本上解決設備腐蝕，反而成本不斷增加。微萃取耦合分離技術的成功應用從源頭上解決了以上問題。通過對某石化公司480萬噸/年催化裂化裝置的分餾塔進行改造，增設微萃取耦合分離在線除鹽設施，通過改造的前后對比，發現循環油氯含量下降了80%以上，年平均腐蝕速率下降64%，分餾塔塔盤腐蝕情況得到明顯改善。除鹽后排放污水中石油類含量不超過200 mg/L；返塔油相中的水含量不大于0.1%(質量分數)。改造后裝置運行更加安全平穩，提升了企業的經濟安全效益，因此具有較好推廣價值。