[发明专利]一种利用水力空化对重油进行改质的方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种对重油进行改质的方法，特别是涉及一种利用水力空化对重油进行改质的方法和系统。

背景技术

重油是密度大于0.93g/cm³，常压下沸点高于350℃的原油。由于含有较多的长链大分子、胶质和沥青质，重油的粘度较大，流动性差，对原油运输存在不利影响，因此需要对重油进行降粘等改质处理。目前，国内外常用的重油降粘方法可以分为物理法和化学法两大类。

物理降粘方法主要包括加热降粘法、掺稀油降粘法、低粘度液环降粘法等。加热减粘法主要是通过加热使重油体系获得足够的能量以破坏重油中胶质、沥青质等大分子的π键和氢键，从而使重油的粘度降低，然而其能耗高、停输再启动时容易发生凝管事故；掺稀油减粘法主要是将轻质油与稠油进行掺混，以使掺稀后稠油的粘度降低达到管输要求，尽管其基本可以实现不加热输送，然而成本高、稀油的来源有限；低粘度液环降粘法是向稠油中掺入低粘度不相溶液体(例如水)，通过控制稠油流速使其被低粘液体包围，从而降低流动阻力，然而该方法流体流型稳定性很差，很容易遭到破坏形成油水混向。

化学降粘方法主要包括化学添加剂降粘法、微生物降粘法、水热催化裂解法、减粘裂化法等。化学添加剂降粘法是在表面活性剂作用下使稠油的油包水型乳状液转变成水包油型的乳状液，从而降低油水混合物的粘度，然而该方法采出液污水难处理，各种破乳脱水方法尚存在一些问题；微生物降粘法是利用微生物降解技术对原油中的胶质、沥青质等重质组份进行生物降解，然而微生物在一些严苛条件下不易存活，并且筛选合适的微生物菌群也相对困难；水热催化裂解法主要是使稠油中含硫化合物中的硫键裂解从而使粘度降低，然而其也需要在高温下进行，能耗较高；减粘裂化法是将重油通过浅度热裂化降低其凝点、粘度以满足某些特定的改质要求，然而其工艺复杂、反应温度和压力高。

水力空化是指液体在流动过程中由于流通截面积减小、流动线速度上升、压力减小而导致部分液体发生汽化，在随后流动中通过恢复截面积，液体流动速度减慢，压力上升，气泡溃灭，从而在局部产生高温、高压、微射流等极端环境。尽管该极端环境可使大分子裂化，然而重油的饱和蒸汽压较低，要使重油发生汽化，所需的流动速度大，而重油的粘度非常大，因此实现空化相当困难。目前，还没有在较低温度(70℃以下)下使重油发生水力空化来对重油进行改质的相关报道。

发明内容

本发明提供一种利用水力空化对重油进行改质的方法和系统，可实现在较低温度和常规流速下使重油发生水力空化来对重油进行改质，并且可获得良好的改质和降粘效果。

本发明提供一种利用水力空化对重油进行改质的方法，利用水力空化装置进行，所述水力空化装置包括依次设置的重油入口段、喉管段和稳定段，所述喉管段的流通面积均小于所述重油入口段入口端和所述稳定段入口端的流通面积，所述喉管段分别与所述重油入口段和所述稳定段连接并且轴向连通，在所述喉管段上径向设置有与所述喉管段连通的助剂入口段；

所述对重油进行改质的方法包括：

将重油加压后送入所述水力空化装置的重油入口段，并使重油流经喉管段时将助空化剂从助剂入口段吸入，使重油与助空化剂在稳定段经历水力空化；将该水力空化产物送入气液分离装置实施气液分离。

本发明方法在温和条件下实现对重油的改质，尤其针对常压沸点高于350℃，密度大于0.93g/cm³的重油；助空化剂可以为饱和蒸汽压较高的溶剂。本发明对送入水力空化装置重油入口段的重油的温度和流速没有严格要求，该温度和流速满足重油可以在水力空化装置的重油入口段稳定流动即可，例如温度可以为40～70℃，流速可以为1～10m/s。重油经加压后送入重油入口段，当到达喉管段时，重油的流速急剧增大，压力显著降低，此时助空化剂被吸入到喉管段中并与重油形成混合，由于喉管段处于低压，因此有利于助空化剂发生汽化而在重油中形成气泡；当到达稳定段时，由于流通面积增大，重油的流速降低、压力增大，气泡发生溃灭从而局部产生高温、高压和微射流，重油中的大分子实现断裂和重组，从而达到减粘和改质效果；此外，助空化剂在水力空化作用下能够与断裂的重油大分子形成重组，从而避免断裂的重油大分子重新组合，因此进一步强化了水力空化效果，保证了重油粘度降低。

在本发明具体方案中，所述助空化剂选自甲醇、乙醇、乙二醇、三甲胺和二甲基二硫中的一种或多种。这些助空化剂具有较大的饱和蒸汽压，因此无需重油汽化即可较为容易地实现水力空化，并且在其汽化的同时也会促进部分重油汽化，水力空化效果好。