重質(zhì)原油回收工藝及分離設(shè)備
行業(yè)動(dòng)態(tài)
石油作為能源越來(lái)越被整個(gè)世界所依賴(lài)，發(fā)掘新興區(qū)域內(nèi)的資源成為十分緊迫的任務(wù)。過(guò)去一些陸上或海上的資源由于儲(chǔ)量較低或者采出的原油質(zhì)量較差而不被重視?，F(xiàn)在則需要對(duì)這些資源進(jìn)行開(kāi)發(fā)，重油的情況即是如此。油砂又稱(chēng)瀝青砂，是重油的重要來(lái)源，由于世界輕質(zhì)原油的儲(chǔ)備量不斷減少而使其價(jià)值變的愈發(fā)可觀。由于油砂埋藏較淺，因此只需采礦設(shè)備即可開(kāi)發(fā)，這要比開(kāi)采海洋石油更為容易。
加拿大的阿薩巴斯卡地區(qū)是世界上較大的油砂儲(chǔ)藏區(qū)，預(yù)計(jì)大約含有1.6-2.5萬(wàn)億桶的重質(zhì)石油，是沙特阿拉伯原有的石油儲(chǔ)備的5倍。Syncrude公司運(yùn)用水基工藝從油砂中提取重質(zhì)原油，然后通過(guò)流體焦化、液氫加工、氫化處理等工藝，每天從阿薩巴斯卡地區(qū)提煉出223000桶高品質(zhì)輕質(zhì)原油，可滿足加拿大石油需求的13%以上。
怎樣從油砂中將重油提取出來(lái)是問(wèn)題的核心。瀝青由基本的碳?xì)浠衔飿?gòu)成，具有較高的粘度，是瀝青狀重油，其API值小于8度。對(duì)瀝青進(jìn)行加工以后，管路才能對(duì)其進(jìn)行運(yùn)輸，通常的精煉設(shè)備才能夠?qū)ζ溥M(jìn)行處理。除了分離具有挑戰(zhàn)性之外，設(shè)備也容易被細(xì)小的顆粒磨損以及被氯化物腐蝕。
由于重油本身的問(wèn)題，直到新技術(shù)的發(fā)展，其開(kāi)采才具有經(jīng)濟(jì)可行性。重質(zhì)石油的脫水具有很多難點(diǎn)。由于存在類(lèi)似于石蠟、瀝青烯以及顆粒等天然乳化劑，很容易形成乳化物，這些乳化物形成了極小的顆粒，只有經(jīng)過(guò)很長(zhǎng)時(shí)間以后才會(huì)凝結(jié)或發(fā)生分離。重油的粘度則會(huì)受到穩(wěn)定的乳化物以及水含量的影響，隨著原油密度的增加逐漸接近水的密度，對(duì)于傳統(tǒng)的靜態(tài)分離系統(tǒng)例如沉降罐和電脫來(lái)說(shuō)，分離將變得十分困難，這樣就需要更高的溫度以及使用化學(xué)劑，即便在前期進(jìn)行了大量的投資，產(chǎn)品可能仍不能滿足精煉的需要。因此需要更先進(jìn)的分離技術(shù)和設(shè)備，將原油中的乳化物分解成為原油的基本成分。
1 離心機(jī)工作原理
Syncrude加拿大有限公司，采用蒸汽、熱水以及堿將原料油從油砂中提煉出來(lái)。所產(chǎn)生的油泥漿進(jìn)入初級(jí)分離罐，隨后用石腦油進(jìn)行處理，瀝青就會(huì)浮在表面上，得到初級(jí)礦沫。之后需要對(duì)礦沫進(jìn)行處理，以減少進(jìn)入加工設(shè)備的水分及固體殘?jiān)?。在這個(gè)階段，采用高速離心技術(shù)提高瀝青礦沫的處理量。由于重質(zhì)原油具有較高的粘度，因此有較多的固體雜質(zhì)從巖層中被帶出，而噴嘴式碟片離心機(jī)可以對(duì)高固含量的原油進(jìn)行處理。
進(jìn)入第一階段離心機(jī)中的成分大約60%為稀釋瀝青，30%水以及10%的固體。經(jīng)過(guò)該階段處理后的產(chǎn)品中含有少于0.6%的固體及1.3%～1.5%的水分。在高速碟片離心機(jī)中，可以對(duì)API值低至11.5度的重質(zhì)原油進(jìn)行處理，在不額外使用化學(xué)劑的情況下，使其滿足管路運(yùn)輸?shù)囊蟆?/p>
碟片式離心機(jī)可以看作是一個(gè)帶有沉降板的沉降器，利用離心力取代了重力作用，通過(guò)在旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)鼓中引入離心力對(duì)原油進(jìn)行連續(xù)的分離。其內(nèi)部包括一組增加分離面積的緊密堆積的圓錐形碟片，碟片的數(shù)量決定了離心機(jī)的處理能力，處理量大時(shí)使用較多的碟片。盡管液體在離心機(jī)中的停留時(shí)間以秒計(jì)量，但是由于離心力作用，可達(dá)到很高的分離程度。離心分離機(jī)的分離速度可以達(dá)到沉降罐的分離速度的幾千倍。碟片的設(shè)計(jì)使水和油會(huì)以很高的速度在逆流層里面進(jìn)行分離。這樣離心機(jī)就可以去除油中微米級(jí)的顆粒和水。因此，離心機(jī)可以使乳化液分解為油、水和渣。
如果以很高的速度向離心機(jī)注入液體，產(chǎn)生的水滴以及泡沫將會(huì)產(chǎn)生更小的水滴，這樣將會(huì)加劇乳化。使分離變得更加困難，因此進(jìn)料口裝置非常重要。高速離心機(jī)在進(jìn)料區(qū)域配置了進(jìn)料緩沖器，進(jìn)入離心機(jī)的液體將被減速，以減少飛濺以及泡沫的產(chǎn)生。靜止的液體進(jìn)入碟片和進(jìn)料管之間的空間，之后隨著轉(zhuǎn)鼓一起旋轉(zhuǎn)并向外運(yùn)動(dòng)進(jìn)入碟片的邊緣。
2 優(yōu)化分離性能
由于重質(zhì)石油與水的密度相差很小，以及乳化物中混合的液滴以及顆粒的尺寸較小，因此重質(zhì)石油的脫水較為困難，優(yōu)化分離性能就必須考慮多種因素，分離系統(tǒng)必須可以適應(yīng)進(jìn)料組分的頻繁變化、密度以及粘度的變化。同時(shí)還要保持一定的處理量以及分離效果。噴嘴型碟片式離心機(jī)由于可以對(duì)分離過(guò)程有很好的控制，因此可適應(yīng)進(jìn)料的變化，同時(shí)也確保過(guò)程的穩(wěn)定性。
為了達(dá)到更佳的分離效率，控制油水分離界面的位置至關(guān)重要。在轉(zhuǎn)鼓中，水封可以防止油相和水相混合。通過(guò)控制轉(zhuǎn)鼓中液相的壓力來(lái)調(diào)節(jié)分離界面的位置。對(duì)于不同組份比例的進(jìn)料，可以通過(guò)采用連續(xù)調(diào)整緩沖水的方法對(duì)分離界面進(jìn)行控制，這樣即使在進(jìn)料流量變化很大時(shí)，也可以使出油品質(zhì)滿足要求?？梢酝ㄟ^(guò)控制重相向心泵室中的液位來(lái)避免受到進(jìn)料成分的影響。在向心泵室中，靜態(tài)泵（向心泵）產(chǎn)生泵壓，水出口連接有一個(gè)“虛擬緩沖室”的設(shè)備，這個(gè)設(shè)備是由兩個(gè)反應(yīng)靈敏的恒壓調(diào)節(jié)閥構(gòu)成的。這兩個(gè)閥在向心泵的下游交替起作用，這樣就確保了在轉(zhuǎn)鼓中水與油之間形成一個(gè)穩(wěn)定的分離界面。這兩個(gè)閥門(mén)通過(guò)向心泵向轉(zhuǎn)鼓注入或直接排出水，這樣無(wú)論進(jìn)料中水的含量是多少，都可以使噴嘴滿足要求。如果進(jìn)料含有比噴嘴要求流量低的水，向轉(zhuǎn)鼓中注入足夠的水便可以滿足噴嘴的要求。如果進(jìn)料中的含水超過(guò)要求，則可將多余的水直接排出轉(zhuǎn)鼓。
采用碟片式離心機(jī)對(duì)重油進(jìn)行處理已經(jīng)在加拿大油砂產(chǎn)區(qū)應(yīng)用多年，技術(shù)穩(wěn)定可靠。噴嘴型碟片式離心機(jī)還可提供在線控制系統(tǒng)，對(duì)于重油脫水是很好的選擇。我國(guó)的重油提純分離工藝相對(duì)國(guó)外仍較為落后，突破傳統(tǒng)分離方式的約束，開(kāi)辟新的思路，對(duì)未來(lái)技術(shù)革新大有裨益。
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