原油脱盐脱胶质悬浮物的预处理装置和方法
技术领域
本发明属于石油化工技术领域，具体为一种原油脱盐脱胶质悬浮物的预处理装置，及利用它进行脱盐脱胶质悬浮物的方法。
背景技术
原油中均含有水分及氯化钠、氯化钙和氯化镁等盐类，为了不影响原油加工，原油进厂加工前第一步就要脱盐脱水，使水含量为0.1%～0.2%，盐含量＜5mg/L，而对于有渣油加氢或重油裂化的炼厂则要求更为严格，要求原料油中盐含量＜3mg/L。这主要是由于原油含盐含水对原油储运、加工、产品质量及设备等均造成很大危害，如增加储运加工设备负荷、影响蒸馏装置的正常操作、腐蚀设备、毒害催化剂及影响二次加工油品的质量。
近年来，随着原油劣质化、重质化趋势的加强，较多原油中含有一定量的胶质悬浮物，给原油脱水脱盐过程及后续加工装置带来较多的问题，主要表现如下：（1）原油中的胶质悬浮物成片状悬浮在油品中，容易堵塞流经设备及管线；（2）这些胶质悬浮物在传统的电脱盐过程中不易被极化，因而难以实现油水分离，造成油水分离不彻底，两相互相夹带严重；（3）这些胶质悬浮物的去除，采用传统的过滤方法极易造成过滤器堵塞。
现有技术中的原油处理一般先脱水脱盐：首先向油品中先注入少量水，以对油品中的盐类进行洗涤溶解，然后再利用电脱盐脱水技术将盐水分离出来，存在以下问题：（1）电脱盐过程中无法脱除胶质悬浮物，导致脱盐后的原油中盐含量指标不合格；（2）胶质悬浮物影响油水分离效果，导致油水两相互相夹带十分严重。不论这些胶质悬浮物是在油品中还是污水中都十分不利，需要需要去除后再进行油水分离。
现有技术中的原油脱水脱盐一般都是采用电脱盐方法，首先向油品中先注入少量水，以对油品中的盐类进行洗涤溶解，然后再利用电脱盐脱水技术将盐水分离出来，该方法存在以下问题：（1）电脱盐过程中无法脱除胶质悬浮物，导致脱盐后的原油中盐含量指标不合格；（2）胶质悬浮物影响油水分离效果，导致油水两相互相夹带十分严重。因此，若要实现重劣质原油预处理（脱盐、脱胶质悬浮物、油水分离）过程需要开发新的工艺和设备，解决油品脱水脱盐过程中存在的技术指标不理想、脱盐效果差、油水两相互相夹带严重等问题。
CN201310214820.6提出了原油电脱盐方法及电脱盐装置，该原油第一级电脱盐方法是在不加入洗涤水或仅加入少量洗涤水的条件下，将待脱盐的原油与破乳剂混合，然后在合适的温度下注入电脱盐罐，进而在电脱盐罐中实现油水分离，分离出的油通过位于该电脱盐罐内或外的过滤器以滤除其中的固体盐类物质后成为第一级净化原油，分离出的水在电脱盐罐中沉降后排出。由于过滤器的设置，原油中的固体盐类物质不再需要用洗涤水来进行溶解，因此不加入洗涤水或仅加入少量洗涤水，从而相可降低甚至取消洗涤水的使用量，由此也就降低了污水的排放量。该方法为电脱盐+过滤的方法实现原油脱盐脱固，对于重劣质原料油及含有胶质悬浮物的原油是不适用的，存在脱盐指标不合格、过滤设备易堵塞、油水分离不彻底的问题。
CN201280072453.4 提出了一种用于过滤悬浮物的过滤器装置和方法，其中过滤器装置具有由至少一凹板和相邻的凹板组成的板组，所述板组在固定的头件和可动的尾端件之间，过滤器装置具有用于将悬浮物的第一流从头件用管输送至板组中的悬浮物管，所述悬浮物管穿过所述板组延伸到尾端件，其中过滤器装置具有用于将悬浮物的第二流用管输送至悬浮物管中的供给管，所述连供给管接于尾端件，其中在所述凹板和所述相邻的凹板之间形成过滤器腔，所述凹板和/或所述相邻的凹板具有凹部，其中凹板具有用于将悬浮物从悬浮物管输送至过滤器腔内的悬浮物导管，过滤器装置具有用于从悬浮物中过滤出固体成分的至少一个过滤布。该方法的原理是采用过滤布原理来过滤悬浮物，仍然存在过滤布容易堵塞、不能长期使用的问题。
综上所述，若要实现重劣质原油的处理，胶质悬浮物的脱除是重要的一环，需要开发新的工艺及设备，以解决现有技术的传统工艺易造成过滤设备堵塞、油水两相互相夹带严重等问题。
发明内容
针对现有技术中缺乏能有效的脱除原油中盐和胶质悬浮物的设备，本发明提供一种原油脱盐脱胶质悬浮物的预处理装置和方法，具有良好的脱盐及脱胶质悬浮物效果，处理效率高。
本发明的技术目的通过以下技术手段实现：
本发明第一方面的技术目的是提供一种原油脱盐脱胶质悬浮物的预处理装置，所述装置从下至上包括顺次连接的沉降系统、Ⅰ级气浮脱除系统和至少一个Ⅱ级气浮脱除系统；
所述沉降系统包括一个顶部开放的液体容纳装置，并在上部侧面和底部分别设置进口和出口；所述进口为切向进料口；所述液体容纳装置顶部开放并与Ⅰ级气浮脱除系统连通；
所述Ⅰ级气浮脱除系统包括填料层Ⅰ，填料层Ⅰ的上方侧边设置出口连接溶气装置，溶气装置连接至填料层Ⅰ底部，溶气装置的前端还设置有补气装置；
所述Ⅱ级气浮脱除系统包括填料层Ⅱ、气液分离器、增压装置和微气泡发生器，填料层Ⅱ上方侧边设置出口与增压装置连接，增压装置连接微气泡发生器，微气泡发生器设置于填料层Ⅱ的底部；
所述液体容纳装置、Ⅰ级气浮脱除系统的填料层Ⅰ和Ⅱ级气浮脱除系统的填料层Ⅱ从下至上顺次连通。
进一步的，在上述装置中，所述液体容纳装置是可提供一定空间使原油沉降的任何形状或任意几种形状组合的容器，尤其优选为上部为筒状下部为倒锥形的容器；所述倒锥形部分的锥角为3°～40°，优选为5°～15°。
进一步的，在上述装置中，所述液体容纳装置的切向进料口设置多个，优选为对称分布，其具有能使进料达到高度旋流状态的结构，从而实现轻重相的快速粗分离，另液体容纳装置的下部倒锥形结构也利于加速物料的旋流，实现分离。
进一步的，在上述装置中，所述Ⅰ级气浮脱除系统还包括分布器，设置于填料层Ⅰ和溶气装置之间，位于填料层Ⅰ的底部，用于将溶气装置的物料重新分布后进入填料层Ⅰ，使物料分布更均匀，与填料层Ⅰ更充分地接触。更为具体的，所述分布器选自管式分布器、筛板式分布器、泡罩式分布器和格栅式分布器中的一种。
进一步的，在上述装置中，所述溶气装置选自高压溶气泵、高压射流泵和管道溶气泵中的一种或多种的组合，为多种组合时可为串联式或并联式；其中优选为高压溶气泵。所述溶气装置的选择或组合方式以对气液进行切割能形成尺寸为0.01mm～10mm，优选为0.1mm～2mm的气泡为要求。
进一步的，在上述装置中，所述填料层Ⅰ和填料层Ⅱ为具有亲油功能的亲油材料组成的具孔隙结构，所述亲油材料选自聚酯、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、丙烯酸类、尼龙和表面经过亲油处理的材料中的至少一种。所述亲油材料可以是任何形状，如蜂窝型填料、丝网型填料、空心型填料、织物型填料、波纹齿角型填料，所述填料层Ⅰ的孔隙率为50%～95%，优选60%～80%。所述填料层Ⅱ具有更小的孔隙率，为10%～50%，优选20%～40%。
一般情况下较小的孔隙率有利于粘附挂靠更多的大块胶质悬浮物，但容易堵塞和增加压降，较大的孔隙率造成较小胶质悬浮物的穿透，脱除不彻底，因此本发明的装置中在Ⅰ级气浮脱除系统的填料层Ⅰ设置较大的孔隙率，以脱除较大块的胶质悬浮物，而在Ⅱ级气浮脱除系统的填料层Ⅱ设置较小的孔隙率，进一步脱除剩余的较小尺寸的胶质悬浮物，本发明的装置还可以根据原油处理的要求增加多级气浮脱除系统，以达到更加彻底地脱除胶质悬浮物的目的。
进一步的，在上述装置中，所述增压装置为气体压缩机。
进一步的，在上述装置中，Ⅱ级气浮脱除系统还包括补气装置，设置于增压装置的前端。
进一步的，在上述装置中，所述微气泡发生器是相对于溶气装置能够将气体分散成更小尺寸的装置，或可称为微孔气泡发生器、膜管微分散器及超微气泡发生器等，可形成尺寸为50nm～1000μm，优选为5μm～100μm的气泡，能实现上述功能的设备均可用于本发明。
本发明第二方面的技术目的是提供一种利用上述装置对原油进行脱盐脱胶质悬浮物的预处理方法，向待处理原油中注水并进行充分溶解与混合后，将其从液体容纳装置的进口进料，进料形成旋流发生轻相与重相的分离，重相从液体容纳装置的底部出口出料，胶质悬浮物随轻相向上漂浮进入Ⅰ级气浮脱除系统，经溶气装置切割的微小气泡与待处理原油混合进入填料层Ⅰ，气泡携带胶质悬浮物被填料层Ⅰ中的填料吸附挂靠，填料层Ⅰ具有较大的孔隙率，将大块的胶质悬浮物脱除，部分气体携带部分原油料液从填料层Ⅰ的上方侧边通过管线进入溶气装置循环使用，不足的气体由补气装置补充；
被脱除大块胶质悬浮物的轻相物料继续向上进入Ⅱ级气浮脱除系统，与微气泡发生器产生的微气泡混合进入填料层Ⅱ，填料层Ⅱ具有较小的孔隙率，从而可将剩余较小的胶质悬浮物脱除，气体从填料层Ⅱ的上方侧边出口进入气液分离器，分离出的气体进入增压装置增压后输送给微气泡发生器循环使用，处理后的轻相物料从填料层Ⅱ的顶部出料。
在上述方法中，本领域技术人员应当了解的是，从上述装置顶部和底部的两股出料实现了油水的粗分离及胶质悬浮物的去除，分离后的物料可分别继续通过后续的原油聚结脱除处理等方法，实现油水的彻底分离，实现更彻底地脱盐。
在上述方法中，向待处理原油中注水的量为原油质量的3%~20%。经过充分的溶解与混合，原油中的盐溶解于水相，再通过沉降系统进行粗分离。
在上述方法中，本领域技术人员应当了解的是，原油中的胶质悬浮物大多数为较轻的亲油性物质，随轻相与重相分离进入Ⅰ级气浮脱除系统，本发明的方法还利用了气浮气体除胶质悬浮物，主要是基于气体在液相中的溶解特性，对气液进行加压溶气，将气体分散在液体中形成微小气泡，与待处理原油混合后，这些气泡粘附胶质悬浮物，被亲油性填料吸附挂靠而脱除。
在上述方法中，所述的Ⅰ级气浮脱除系统和Ⅱ级气浮脱除系统中使用的气体选自氮气、空气或惰性气体，优选为氮气。
在上述方法中，所述Ⅰ级气浮脱除系统的操作参数如下：温度为常温～180℃，优选60～120℃；压力为0.3～10.0MPa，优选2.0～5.0MPa。
在上述方法中，所述溶气装置中气体与原料油的体积流量比（Nm3/h：m3/h）为1:1～1500:1，优选100:1～600:1，其中的气体体积流量以标准状态下的气体体积计；不足的气体由补气装置补足。设置Ⅰ级气浮脱除系统中的溶气装置切割形成的气泡尺寸为0.01mm～10mm，优选为0.1mm～2mm。
在上述方法中，所述Ⅱ级气浮脱除系统的操作参数如下：温度为常温～180℃，优选60～120℃；压力为0.1～10.0MPa，优选2.0～5.0MPa。
在上述方法中，所述增压装置中的气体体积流量与溶气装置的气体体积流量比（Nm3/h：Nm3/h）为1:500～1:1，优选1:20～1:2。设置Ⅱ级气浮脱除系统的微气泡发生器形成的气泡尺寸为50nm～1000μm，优选为5μm～100μm。
本领域技术人员应当了解的是，次级气浮脱除系统的循环气浮气来源于上一级的气浮脱除系统，其比例一般可满足以上要求的范围，如果设置多级气浮脱除系统，更高级的循环气浮气中气体量可能减少，此时可通过设置补气装置进行补气。
本领域技术人员应当了解的是，所述装置中的填料在使用过程中会吸附饱和，可采取更换填料或反洗的方式使其继续工作。
与现有技术相比，本发明的优势在于：
（1）本发明的装置和方法可有效脱除原油中的盐和胶质悬浮物，将原油中盐和胶质悬浮物的脱除耦合至一个整体的处理装置中，使脱盐和和脱胶质悬浮物同步进行，处理效率高；
（2）现有技术中大部分采用电脱盐技术，胶质悬浮物在传统的电脱盐过程中不易被极化，不仅容易堵塞流经设备及管线，还影响脱盐效果，也难以实现油水分离，造成油水分离不彻底，两相互相夹带严重，本发明的装置和方法同步除盐和胶质悬浮物，并实现了油水的初步分离，为原油的后续聚结分离处理提供了良好的基础。
附图说明
图1是原油脱盐脱胶质悬浮物的预处理装置。
其中，101.液体罐，102.液体罐进口，103.液体罐出口，201.填料层Ⅰ，202.Ⅰ级气浮脱除系统出口，203.补气装置，204.高压溶气泵，205.管式分布器，301.填料层Ⅱ，302.气液分离器，303.气体压缩机，304.微气泡发生器。
具体实施方式
下面结合附图说明和实施例对本发明进行详细说明，但不因此限制本发明。
实施例1
原油脱盐脱胶质悬浮物的预处理装置，如图1所示，包括从下至上包括顺次连接的沉降系统、Ⅰ级气浮脱除系统和Ⅱ级气浮脱除系统；其中，所述沉降系统包括一个顶部开放的上部为筒状下部为倒锥形的液体罐101，倒锥形部分的锥角为12°，并在筒状上部侧面和倒锥形筒的底部分别设置液体罐进口102和液体罐出口103；所述液体罐进口102为切向进料口；所述液体罐101顶部开放并与Ⅰ级气浮脱除系统连通；所述Ⅰ级气浮脱除系统包括填料层Ⅰ201，填料层Ⅰ201的上方侧边设置Ⅰ级气浮脱除系统出口202，其连接高压溶气泵204，高压溶气泵204连接管式分布器205，其设置于填料层Ⅰ201的底部，高压溶气泵204的前端还设置有补气装置203；所述Ⅱ级气浮脱除系统包括填料层Ⅱ301、气液分离器302、气体压缩机303和微气泡发生器304，填料层Ⅱ301上方设置气液分离器302与气体压缩机303连接，气体压缩机303连接微气泡发生器304，微气泡发生器304设置于填料层Ⅱ301的底部；所述液体罐101、填料层Ⅰ201和填料层Ⅱ301从下至上顺次连通。
在上述装置中，所述填料层Ⅰ201为聚乙烯材质的大孔蜂窝型填料，孔隙率为75-80%，填料层Ⅱ301为聚乙烯材质的波纹齿角型填料，孔隙率为35-40%。
实施例2
原油脱盐脱胶质悬浮物的预处理装置，液体罐进口102设置两个对称的切向进料口，倒锥形部分的锥角为8°，填料层Ⅰ201的孔隙率为60-65%，填料层Ⅱ301的孔隙率为25%～30%，其他结构和设置方式同实施例1。
实施例3
原油脱盐脱胶质悬浮物的预处理装置，液体罐进口设置四个对称的切向进料口，倒锥形部分的锥角为5°，填料层Ⅰ201的孔隙率为65-70%，填料层Ⅱ301的孔隙率为30-35%，其他结构和设置方式同实施例1。
实施例4
采用实施例1的装置对来自某厂的原料油进行脱盐和脱胶质悬浮物的预处理，原料油的性质如表1所示，属于重质原油，其特点是密度大、黏度高、乳化严重。
表1
将以上原油注水并充分混合，注水量为原料油质量的15%，将其从液体罐进口102进料，由于液体罐进口102是一个切向进料口，进料形成旋流并发生轻相与重相的分离，重相从液体罐出口103出料，胶质悬浮物随轻相向上漂浮进入Ⅰ级气浮脱除系统，Ⅰ级气浮脱除系统的操作参数为温度为85～90℃，压力为2.0～2.5MPa，经高压溶气泵204切割的氮气微小气泡与待处理原油混合进入填料层Ⅰ201，高压溶气泵204中气体与原料油的体积流量比为300Nm3/h:1m3/h，形成的气泡尺寸为1mm～2mm；气泡携带胶质悬浮物被填料层Ⅰ201中的填料吸附挂靠，填料层Ⅰ201具有较大的孔隙率，将大块的胶质悬浮物脱除，部分气体携带少量原油料液从Ⅰ级气浮脱除系统出口202通过管线进入高压溶气泵204循环使用，不足的气体由补气装置203补充；
被脱除大块胶质悬浮物的轻相物料继续向上进入Ⅱ级气浮脱除系统，Ⅱ级气浮脱除系统的操作参数为温度为85～90℃，压力为2.0～2.5MPa，物料与微气泡发生器304产生的微气泡（50μm～100μm）混合进入填料层Ⅱ301，填料层Ⅱ301具有较小的孔隙率，从而可将剩余较小的胶质悬浮物脱除，部分气体携带少量原油料液进入气液分离器302，分离得到的气体通过气体压缩机303增压后输送给微气泡发生器304循环使用，气体压缩机303中气体与高压溶气泵204中气体的体积流量比为1Nm3/h:10Nm3/h，处理后的轻相物料从填料层Ⅱ301的顶部出料。
处理后的原油中含盐量为4.6～7.5mg/L，含水量为8700～12800ppm，污水中油含量为0.68wt%～0.94wt%，污水中悬浮物大部分被脱除。
实施例5
采用实施例2的装置对以上相同来源的原油进行处理，进料前原油注水量为原料油质量的8%，高压溶气泵204中气体与原料油的体积流量比为150Nm3/h:1m3/h，微气泡发生器304产生的微气泡尺寸为10μm～50μm，气体压缩机303中气体与高压溶气泵204中气体的体积流量比为1Nm3/h:5Nm3/h，其他操作条件同实施例4。
处理后的原油中含盐量为3.5～6.8mg/L，含水量为7800～11500ppm，污水中油含量为0.45wt%～0.87wt%，污水中悬浮物完全脱除。
实施例6
采用实施例3的装置对以上相同来源的原油进行处理，进料前原油注水量为原料油质量的17%，高压溶气泵204中气体与原料油的体积流量比为400Nm3/h:1m3/h，形成的气泡尺寸为0.1mm～1mm；微气泡发生器304产生的微气泡尺寸为10μm～50μm，气体压缩机303中气体与高压溶气泵204中气体的体积流量比为1Nm3/h:2Nm3/h，其他操作条件同实施例4。
处理后的原油中含盐量为2.2～2.8mg/L，含水量为3200～5500ppm，污水中油含量为0.17wt%～0.32wt%，污水中悬浮物完全脱除。
对比例1
采用常规的三级电脱盐方法，对表1的原油进行脱盐、脱水、脱悬浮物。
三级电脱盐设备为电脱盐脱水器，其结构如下：卧式结构，内部分为上、下两个空间，上部为电场空间，下部为油水分离空间，中间有水和油水分界面的控制段；在电场空间有若干层水平的电极盘，另外还有悬垂绝缘子、悬垂挂板、引线绝缘棒、进油喷头和流量计等。高压电被输送到电极板上以形成高压电场，在脱水器底部下层电极板与水界位之间形成一个弱电场。
操作条件如下：操作温度：125～130℃；操作压力：0.8～1.2MPaG；总停留时间：36分钟；总注水量为原料油质量的17%。
经过对原料油进行脱盐脱水后，得到的原料油中含盐量为12.3～21.7mg/L，含水量为12500～16400ppm，污水中油含量为2.54wt%～5.76wt%，且发现污水中含有大量的乌黑色悬浮物。
对比例2
采用四级电脱盐+旋流分离器的方法，对表1的原油进行脱盐脱水、脱悬浮物。
四级电脱盐设备为电脱盐脱水器，其结构同对比例1。
操作条件如下：操作温度：125～130℃；操作压力：0.8～1.2MPaG；其中前三级电脱盐脱水器的总停留时间为36分钟，第四级电脱盐脱水器的总停留时间为36分钟；总注水量为原料油质量的25%。
经过对原料油进行脱盐脱水后，得到的原料油中含盐量为8.1～9.8mg/L，含水量为7500～12200ppm，污水中油含量为2.20wt%～4.51wt%，污水中仍含有大量的乌黑色悬浮物。
通过以上实验可见，本发明的装置和方法与传统的电脱盐脱水技术相比，具有同时脱盐和脱悬浮物效果好的优势，尤其对于那些密度大、粘度大、乳化严重、含盐量高的重劣质油品来说，由于脱盐和脱悬浮物都比较困难，而脱悬浮物的存在对于脱盐脱水有较大的影响作用，因此导致处理后的原料油中盐含量高、悬浮物多、油水大量带水、水中含油量高等问题，而采用本发明方法可以能够实现脱盐和脱悬浮物，悬浮物完全脱除。
