[发明专利]使用高TAN和高SBN原油的渣油馏分以减少结垢的方法和设备

说明书

发明领域

本发明涉及在精炼器和石化装置中全原油、掺合物和馏分的加工。特别地，本发明涉及减少颗粒物引起的原油结垢和沥青烯引起的原油结垢。本发明涉及将高溶解分散力(HSDP)的原油的常压和/或减压渣油馏分与基础原油或原油掺合物掺混以减少在预热序列交换器、炉和其它精炼工艺单元中的结垢。

发明背景

结垢通常定义为不希望的物料在工艺装置表面上的聚集。在石油工艺中，结垢是不希望的烃基沉积物在热交换器表面上的聚集。其已经被认为是在精炼和石化处理系统的设计和操作中几乎很普遍的问题，并以两种方式影响装置的操作。首先，该结垢层具有低的导热性。这提高了传热的阻力并降低了热交换器的效率。第二，随着沉积的发生，减小了横截面积，这造成该装置两侧压降的提高并在该热交换器中产生效率低的压力和流量。

与石油类型流相关的热交换器中的结垢可由包括如下的多种机理导致：化学反应、腐蚀、不溶物料的沉积、由流体和热交换壁之间的温度差造成不溶的物料的沉积。例如，本发明人证实在存在氧化铁(铁锈)颗粒时，低硫低沥青烯(LSLA)原油和高硫高沥青烯(HSHA)原油掺合物易遭受显著的结垢提高，例如图1和2中所示。

快速结垢的较常见的根本原因之一特别是在原油沥青烯过度暴露于加热管表面温度时发生焦炭的形成。在交换器另一侧上的液体比该全原油热得多且导致较高的表面或皮层温度。该沥青烯能够从该油中沉淀出来并附着到这些热表面上。快速结垢的另一常见原因归因于存在盐和颗粒物。盐/颗粒物能够从原油中沉淀出来并附着到热交换器的热表面上。无机污染物在全原油和掺合物的结垢中起到引发和促进的作用。氧化铁、硫化铁、碳酸钙、二氧化硅、氯化钠和钙都已经被发现直接附着到结垢加热杆的表面以及遍布焦炭沉积物中。

长期暴露于这种表面温度(尤其是在序列后期的交换器中)可使该有机物和沥青烯热降解为焦炭。然后该焦炭作为绝缘体且是通过防止该表面加热通过该单元的油而在热交换器中造成传热效率损失的原因。盐、沉积物和颗粒物已经显示出在预热序列热交换器、炉和其它下游单元的结垢中具有主要的作用。脱盐器单元仍是精炼器必须除去这种污染物的唯一机会，无效通常是由原油进料时携带这种物料造成的。

在精炼器中油的掺混是常见的，但某些掺合物是不相容的，且造成沥青烯的沉淀，其能够使工艺装置快速结垢。原油的不适当掺混能够产生沥青烯的沉降，这已知降低了传热效率。尽管大多数未经处理的原油的掺合物不是潜在不相容的，但一旦得到了不相容的掺合物，导致的快速结垢和结焦通常需要使该精炼工艺在短时间内停机。为了将该精炼器返回到更有益的水平，需要清洁结垢的热交换器，其通常需要如下所述地停工除去。

热交换器管内结垢由于损失效率、加工量和额外的能量消耗每年花费石油精炼厂数亿美元。由于能量成本的提高，热交换器结垢对工艺收益性具有较大的影响。由于在传热装置中全原油、掺合物和馏分的热处理过程中发生结垢导致需要清洁，石油精炼厂和石化厂也承受着高的操作成本。尽管结垢会影响很多类型的精炼设备，但成本估算已经显示由于在预热序列交换器中全原油、掺合物和馏分的结垢发生了大量的利润损失。

热交换器结垢迫使精炼厂经常为该清洁过程进行昂贵的停工。目前，大多数精炼厂通过将该热交换器停机以进行化学或机械清洗来实施热交换器管束的离线清洗。该清洗可基于预定时间或使用或实际监控结垢状况。这种状况能够通过评估热交换效率的损失而确定。然而，离线清洗中断了工作。这对于小精炼厂是特别难以负担的，因为将会有停产时期。

存在能够在该颗粒能够促进结垢且该沥青烯变得热降解或焦化之前防止颗粒物和沥青烯沉淀/附着到受热表面的需求。该焦化机理需要温度和时间。通过保持该颗粒物远离表面并保持沥青烯处于溶液中大大降低了时间因素。这种结垢的减少和/或消除将导致运转周期的提高(较少清洗)，性能和能量效率的改善，同时也降低了昂贵的结垢缓解选择的需求。