一種用于重油改質(zhì)的水力空化裝置和系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種重油改質(zhì)裝置，特別是涉及一種用于重油改質(zhì)的水力空化裝置和 系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 重油是指密度大于0. 93g/cm3,常壓下沸點(diǎn)高于350°C的原油。由于含有較多的長 鏈大分子、膠質(zhì)和浙青質(zhì)，重油的粘度較大，流動性差，對原油運(yùn)輸存在不利影響，因此需要 對重油進(jìn)行降粘等改質(zhì)處理。目前，國內(nèi)外常用的重油降粘方法可以分為物理法和化學(xué)法 兩大類。
[0003] 物理降粘方法主要包括加熱降粘法、摻稀油降粘法、低粘度液環(huán)降粘法等。加熱減 粘法主要是通過加熱使重油體系獲得足夠的能量以破壞重油中膠質(zhì)、浙青質(zhì)等大分子的η 鍵和氫鍵，從而使重油的粘度降低，然而其能耗高、停輸再啟動時(shí)容易發(fā)生凝管事故；摻稀 油減粘法主要是將輕質(zhì)油與稠油進(jìn)行摻混，以使摻稀后稠油的粘度降低達(dá)到管輸要求，盡 管其基本可以實(shí)現(xiàn)不加熱輸送，然而成本高、稀油的來源有限；低粘度液環(huán)降粘法是向稠油 中摻入低粘度不相溶液體（例如水），通過控制稠油流速使其被低粘液體包圍，從而降低流 動阻力，然而該方法流體流型穩(wěn)定性很差，很容易遭到破壞形成油水混向。
[0004] 化學(xué)降粘方法主要包括化學(xué)添加劑降粘法、微生物降粘法、水熱催化裂解法、減粘 裂化法等?；瘜W(xué)添加劑降粘法是在表面活性劑作用下使稠油的油包水型乳狀液轉(zhuǎn)變成水 包油型的乳狀液，從而降低油水混合物的粘度，然而該方法采出液污水難處理，各種破乳脫 水方法尚存在一些問題；微生物降粘法是利用微生物降解技術(shù)對原油中的膠質(zhì)、浙青質(zhì)等 重質(zhì)組份進(jìn)行生物降解，然而微生物在一些嚴(yán)苛條件下不易存活，并且篩選合適的微生物 菌群也相對困難；水熱催化裂解法主要是使稠油中含硫化合物中的硫鍵裂解從而使粘度降 低，然而其也需要在高溫下進(jìn)行，能耗較高；減粘裂化法是將重油通過淺度熱裂化降低其凝 點(diǎn)、粘度以滿足某些特定的改質(zhì)要求，然而其工藝復(fù)雜、反應(yīng)溫度和壓力高。
[0005] 水力空化是指液體在流動過程中由于流通截面積減小、流動線速度上升、壓力減 小而導(dǎo)致部分液體發(fā)生汽化，在隨后流動中通過恢復(fù)截面積，液體流動速度減慢，壓力上 升，氣泡潰滅，從而在局部產(chǎn)生高溫、高壓、微射流等極端環(huán)境。盡管該極端環(huán)境可使大分子 裂化，然而重油的飽和蒸汽壓較低，要使重油發(fā)生汽化，所需的流動速度大，而重油的粘度 非常大，因此實(shí)現(xiàn)空化相當(dāng)困難。目前，還沒有在較低溫度（70°C以下）下使重油發(fā)生水力 空化來對重油進(jìn)行改質(zhì)的相關(guān)裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明提供一種用于重油改質(zhì)的水力空化裝置和系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)在較低溫度下使重 油發(fā)生水力空化來對重油進(jìn)行改質(zhì)，并且可獲得良好的改質(zhì)和降粘效果。
[0007] 本發(fā)明提供的一種用于重油改質(zhì)的水力空化裝置，包括依次設(shè)置的重油入口段、 喉管段、擴(kuò)大段和穩(wěn)定段，各段依次連接并且軸向連通，所述喉管段的流通面積均小于所述 重油入口段入口端和所述擴(kuò)大段出口端的流通面積，所述重油入口段和所述擴(kuò)大段均具有 喇叭狀通孔，并且所述喇叭狀通孔的小端均朝向所述喉管段設(shè)置，在所述喉管段上徑向設(shè) 置有與所述喉管段連通的助劑入口段。
[0008] 可以理解的是，本發(fā)明的水力空化裝置的上述各段均具有軸向的通孔，并且各段 的通孔軸向連通，各通孔可以同軸設(shè)置。該水力空化裝置的各段可以一體成型，此外各段之 間也可以通過固定件（例如螺栓螺母等）實(shí)現(xiàn)固定連接。在本發(fā)明具體方案中，所述喉管 段和穩(wěn)定段均呈圓筒狀，從而更加有利于實(shí)施并且使經(jīng)該水力空化裝置的重油發(fā)生水力空 化。
[0009] 根據(jù)本發(fā)明提供的水力空化裝置，所述重油入口段的入口端的內(nèi)徑為15~50mm， 并且所述重油入口段的入口端的內(nèi)徑與所述喉管段的內(nèi)徑之間的比值為1 : (〇. 1~〇. 5)， 所述擴(kuò)大段的出口端的內(nèi)徑與所述喉管段的內(nèi)徑之間的比值為1 : (0. 1~0. 5)，所述重油 入口段的出口端的內(nèi)徑和所述擴(kuò)大段的入口端的內(nèi)徑均與所述喉管段的內(nèi)徑相同。在本發(fā) 明中，入口端指的是各段中重油流入的一端，出口端指的是各段中重油流出的一端；并且， 穩(wěn)定段入口端的內(nèi)徑、擴(kuò)大段出口端的內(nèi)徑均可與重油入口段入口端的內(nèi)徑相同或相近。 在各段通孔橫截面為圓形時(shí)，所述內(nèi)徑指的是相應(yīng)段通孔的直徑。
[0010] 進(jìn)一步地，所述喉管段的內(nèi)徑與所述助劑入口段的內(nèi)徑之間的比值為1 :(0.2~ 0. 5)。該范圍既可以實(shí)現(xiàn)助空化劑的吸入，同時(shí)不會對喉管段的壓力降低造成不利影響。 [0011] 根據(jù)本發(fā)明提供的水力空化裝置，所述重油入口段的長度與其入口端的內(nèi)徑之間 的比值為（1~3) :1，所述擴(kuò)大段的長度與所述重油入口段的入口端的內(nèi)徑之間的比值為 (1~2) :1。進(jìn)一步地，所述喉管段的長度與其內(nèi)徑之間的比值為（1~2.5) :1。更進(jìn)一步 地，所述穩(wěn)定段的長度與所述重油入口段的入口端的內(nèi)徑之間的比值為（3~5) :1。具有 該參數(shù)的水力空化裝置有利于實(shí)現(xiàn)較佳的水力空化效果，并達(dá)到良好的改質(zhì)和降粘效果。
[0012] 利用上述水力空化裝置對重油進(jìn)行改質(zhì)的方法可以包括：將重油加壓后送入所述 水力空化裝置的重油入口段，并使重油流經(jīng)喉管段時(shí)將助空化劑從助劑入口段吸入，使重 油與助空化劑在穩(wěn)定段經(jīng)歷水力空化；將該水力空化產(chǎn)物送入氣液分離裝置實(shí)施氣液分 離。
[0013] 本發(fā)明的水力空化裝置可在溫和條件下實(shí)現(xiàn)對重油的改質(zhì)，尤其針對常壓沸點(diǎn)高 于350°C，密度大于0. 93g/cm3的重油。助空化劑可以為飽和蒸汽壓較高的溶劑，例如可以 選自甲醇、乙醇、乙二醇、三甲胺和二甲基二硫中的一種或多種。這些助空化劑具有較大的 飽和蒸汽壓，因此無需重油汽化即可較為容易地實(shí)現(xiàn)水力空化，并且在其汽化的同時(shí)也會 促進(jìn)部分重油汽化，水力空化效果好。
[0014] 該水力空化裝置對重油進(jìn)行改質(zhì)時(shí)，可將加壓后的重油送入水力空化裝置的重油 入口段，該裝置對重油的溫度和流速沒有嚴(yán)格要求，該溫度和流速滿足重油可以在重油入 口段穩(wěn)定流動即可，例如溫度可以為40~70°C，流速可以為1~10m/ S ;當(dāng)重油到達(dá)喉管段 時(shí)，其流速急劇增大，壓力顯著降低，此時(shí)助空化劑被吸入到喉管段中并與重油形成混合， 由于喉管段處于低壓，因此有利于助空化劑發(fā)生汽化而在重油中形成氣泡；當(dāng)?shù)竭_(dá)擴(kuò)大段 時(shí)，由于流通面積增大，重油的流速降低、壓力增大，氣泡發(fā)生潰滅從而局部產(chǎn)生高溫、高壓 和微射流，產(chǎn)生自由基，重油中的大分子實(shí)現(xiàn)斷裂和重組，從而達(dá)到減粘和改質(zhì)效果；穩(wěn)定 段可使之前產(chǎn)生的自由基充分發(fā)揮作用，進(jìn)一步提高重油改質(zhì)效果。此外，助空化劑在水力 空化作用下能夠與斷裂的重油大分子形成重組，從而避免斷裂的重油大分子重新組合，因 此進(jìn)一步強(qiáng)化了水力空化效果，保證了重油粘度降低。
[0015] 進(jìn)一步地，可以將所述重油加壓至1. 5~5. IMPa后送入所述水力空化裝置的重油 入口段。該壓力范圍內(nèi)的重油在水力空化裝置中可實(shí)現(xiàn)較佳的水力空化效果，過低或過高 的壓力可能因存在因汽化不完全、氣泡分布不均勻等問題而降低水力空化的效果。該壓力 的控制可以通過例如加壓泵等實(shí)現(xiàn)。
[0016] 進(jìn)一步地，可以使所述重油與助空化劑的重量配比為100 :(1~10)。過低的助空 化劑用量（添加量）不利于形成有效的氣泡量，從而無法達(dá)到較佳的水力空化效果；過高的 助空化劑用量因無法全部實(shí)現(xiàn)汽化而造成輸送能耗增高，并且降低空化效果。在本發(fā)明中， 助空化劑的添加量可以通過例如與助劑入口段連接的泵、閥等方便地進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0017] 進(jìn)一步地，可以將所述重油加熱至40~70°C后送入所述水力空化裝置的重油入 口段。該溫度范圍可以增加重油的流動性，并且本發(fā)明無需將重油加熱至過高溫度（> 70°C )從而浪費(fèi)能耗。
[0018] 更具體地，利用本發(fā)明的水力空化裝置對重油進(jìn)行改質(zhì)時(shí)，可以根據(jù)對該裝置的 具體尺寸的選擇在上述范圍內(nèi)選取適宜的助空化劑類型以及改質(zhì)工藝參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)最佳 的改質(zhì)效果。
[0019] 本發(fā)明還提供一種用于重油改質(zhì)的水力空化系統(tǒng)，包括高壓泵、氣液分離裝置和 上述任一所述的水力空化裝置，所述高壓泵與所述水力空化裝置的重油入口段連接，所述 氣液分離裝置與所述水力空化裝置的穩(wěn)定段連接。
[0020] 進(jìn)一步地，還包括助空化劑儲罐和重油儲罐，所述助空化劑儲罐通過管道與所述 助劑入口段連接，所述重油儲罐通過管道與所述高壓泵連接。
[0021] 進(jìn)一步地，在所述氣液分離裝置上設(shè)有氣體出口、改質(zhì)重油出口和循環(huán)重油出口， 所述氣體出口通過管道與所述助空化劑儲罐連接，所述循環(huán)重油出口通過管道與所述重油 儲罐連接，在所述循環(huán)重油出口與所述重油儲罐之間的管道上設(shè)置有控制閥。該設(shè)置方式 用于將分離得到的氣體冷凝循環(huán)使用，將分離得到的液體循環(huán)處理直至達(dá)到改質(zhì)要求，其 操作方便、可控性強(qiáng)、適用性好。
[0022] 進(jìn)一步地，在所述氣體出口與所述助空化劑儲罐之間的管道上設(shè)置有冷卻裝置， 在所述高壓泵與水力空化裝置之間的管道上設(shè)置有冷卻裝置。
[0023] 本發(fā)明的實(shí)施，至少具有以下優(yōu)勢：
[0024] 1、本發(fā)明提供的水力空化裝置，能夠在較低的溫度和常規(guī)的流速下實(shí)現(xiàn)對重油的 水力空化，并獲得良好的改質(zhì)和降粘效果；此外，其能夠以吸入的方式使助空化劑進(jìn)入水力 空化裝置，便于隨時(shí)根據(jù)空化效果調(diào)整所加入的空化劑的量，從而節(jié)約提高了空化效果，降 低能耗。
[0025] 2、本發(fā)明提供的水力空化裝置結(jié)構(gòu)簡單、適用性強(qiáng)，可以根據(jù)實(shí)際情況和對重油 的改質(zhì)要求方便地選擇具有適宜尺寸的裝置，從而達(dá)到較佳的改質(zhì)效果。
[0026] 3、本發(fā)明提供的水力空化系統(tǒng)，能夠使助空化劑循環(huán)使用，并且使重油經(jīng)歷多次 水力空化，從而達(dá)到較佳的改質(zhì)和降粘效果，改質(zhì)的重油能夠較好地滿足改質(zhì)要求。
【附圖說明】
[0027] 圖1為本發(fā)明提供的用于重油改質(zhì)的水力空化裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028] 圖2為本發(fā)明提供的用于重油改質(zhì)的水力空化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明的附圖和實(shí)施 例，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明 一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有 做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都