专利名称：用于脱除原油中镍、钒的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及原油加工，特别是涉及用于脱除原油中镍、钒的方法和装置。
背景技术：
近年来随着国内外采油技术的强化，油田采用了热采、化学驱油等技术，并且国内 外重质原油的产量日益增加，造成原油中金属含量增加。存在于原油中的金属对原油加工 过程危害极大。金属盐类会在催化裂化过程中造成催化剂污染，使轻油收率降低，产品质量 变差。另外，金属盐类还会引起加氢过程中催化剂失活、床层阻塞，系统压力增大等缺陷，从 而影响产品质量，缩短开工周期，增加操作成本。再有，金属盐类甚至还会影响渣油减粘和 延迟焦化工艺。因此，在对原油进行常减压蒸馏前，一般都进行原油预处理，以最大限度地 脱除原油中的金属盐类，以满足后续加工对原料金属含量的基本要求。特别是，原油中的金属镍和钒主要是以有机金属卟啉化合物的形式存在，其不溶 于水，因此常规电脱盐方法难以将镍、钒从原油中脱除，其危害甚重。根据原油中镍、钒存在的形式及其物理、化学性质，目前已经采用加氢、溶剂抽提、 螯合分离等方法来加以脱除。从目前已有的工业化的脱镍、钒的方法来看，还存在着很多问 题。其中，加氢脱金属装置的投资大，而且催化剂难以再生，造成废催化剂无法处理。溶剂 抽提是利用丙烷、丁烷等溶剂将渣油中的浙青质与非浙青质分开，即通过脱除浙青来达到 脱镍、钒的目的，但此种方法也只能脱除浙青含量高的渣油中的镍、钒，而且投资大，操作费 用高。相对而言，如果开发出用量少且螯合能力强的镍、钒螯合剂，采用螯合分离法脱除原 油中的镍、钒则可降低设备投资与操作费用。但总的来说，由于原油中成分复杂，镍、钒化合 物的结构比较稳定，因而目前用化学法还不能有效解决原油的脱镍、钒的问题。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种用于脱除原油中镍、钒的方法和相关 的装置，其采用微波装置对原油进行处理，从而显著提高镍、钒的脱除率。为实现上述目的，本发明提供了用于脱除原油中镍、钒的方法，其特征在于，该方 法包括如下步骤a)预备一个微波反应器；b)取一定量的原油，并将所述原油加热至设定的反应温度；c)使原油进入所述微波反应器；d)开启所述微波反应器，调节微波功率，使所述原油在所述微波反应器内停留一 段时间并受到微波处理；以及e)取出所述原油。较佳的是，所述步骤b)和步骤c)包括如下步骤将已被预热至预热温度的原油 放入第一容器；通过油泵使所述原油在从所述第一容器至所述微波反应器的管路内循环流 动，并调节所述油泵的出口流量；以及通过电加热器将所述原油加热至反应温度。
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较佳的是，该方法还包括如下步骤使所述原油在循环流动时经过第二容器，并从 所述第二容器取出原油。较佳的是，该方法还包括如下步骤当所述原油在循环流动时，通过一个或多个水 循环系统对所述原油进行控温。较佳的是，该方法还包括如下步骤当所述原油从所述微波装置流出之后，使其流 过恒温装置。较佳的是，该方法还包括如下步骤所述步骤b)包括在所述原油中加入脱金属 剂。本发明还提供了一种用于脱除原油中镍、钒的装置，其特征在于，该装置包括用来储存原油的第一容器；对原油进行循环输送的油泵；对原油进行加热的加热器；用于对原油进行微波处理的微波反应器；以及将所述第一容器、所述油泵、所述加热器和所述微波反应器依次连接起来从而使 原油循环流动的原油输送管路。较佳的是，该装置还包括连接至所述微波反应器的恒温装置。较佳的是，该装置还包括连接在使原油循环流动的所述原油输送管路中的用于 排出原油的第二容器。较佳的是，该装置还包括用于控制原油温度的一个或多个水循环系统，所述水循 环系统包括水泵和水加热器。按照本发明的方法，采用了首次在原油加工领域引入微波装置对原油进行处理， 结果显著提高了对原油的脱镍、脱钒效果，而且与目前现有的各种脱镍、脱钒的技术相比成 本较低及操作容易。
图1是根据本发明较佳实施例的用微波法来脱除原油中镍钒的动态试验装置的 示意图。
具体实施例方式如图1所示，根据本发明较佳实施例的用来脱除原油中镍钒的动态试验装置主要 包括第一容器1、油泵2、加热器3、微波反应器4、恒温装置5和第二容器6。第一容器1和 第二容器6用来储存原油。油泵2 (例如一柱塞泵)和加热器3分别对原油进行循环输送 和加热。微波反应器4用于对原油进行微波处理，这也是本发明的核心内容，将在稍后作详 细描述。恒温装置5是一个夹套，可以使流过的原油保持一定的温度，避免其发生冷却冻堵 或过热在上述各部分之间连接有原油输送管路，并且在原油输送管路上设置有控制阀。 更具体地，第一容器1通过原油输送管路连接至油泵2，再通过相应的原油输送管路依次连 接至加热器3、微波反应器4和恒温装置5，最后连接至第二容器6。在微波反应器4上设置 有卸料阀7，用于排出微波反应器中的残留原油。在第二容器6上设置有出料阀8，用于排出原油和取样。另外，为控制温度，还设置有用于微波反应器4的第一水循环系统，以及用于第一 容器1、第二容器6和恒温装置5的第二水循环系统。第一水循环系统包括水泵，第二水循 环系统分别包括水加热器和水泵(图中未示出)，用于将水加热到一定温度，并使之循环流动。再有，较佳的是，在微波反应器4的出口附近设置有压力监控装置，以便监控流出 的原油压力，在微波反应器4的入口和出口附近设置有温度监控装置，以便监控原油的温度。以下将具体描述借助上述的动态试验装置来脱除原油中的镍钒的方法。需要注意 的是，原油在试验装置中是按逆时针方向流动的。首先，打开用于微波反应器的第一水循环系统中的泵。再打开第二水循环系统中 的水加热器和水泵，使水循环并达到设定的温度(一般为60°C)。接着，将预热到设定的预 热温度(例如50-60°C)的原油加入到第一容器1，为加强脱镍、脱钒的效果，可以在原油中 加入脱金属剂，例如N2S (二乙基氨基二硫代甲酸钠)、N3S(1，2-亚乙基二氨基二( 二硫代 甲酸钠))或N3PS(二(1，2_亚乙基)三氨基三(二硫代甲酸钠))。再接着，开启油泵2， 按预先设定的流量调节油泵2的出口流量。随后，通过调节加热器3的功率，将原油温度调 节至预先设定的反应温度。当原油温度、流量都达到预先设定值并且稳定后，关闭从第二容 器6进入第一容器1的阀，打开第二容器的出料阀8。其次，开启微波反应器4，通过调节电流来调节微波功率，通过调节油泵2的流量 来调节原油在微波反应器4内的停留时间。在微波处理之后的大约5分钟之后，通过第二 容器6的出料阀8对微波处理后的原油进行采样分析。实验结束后，将微波电流调至0mA，关闭微波电源，关闭油泵2，停止油加热器和水 加热器的加热，关闭循环水，关闭总电源。通过微波反应器4的卸料阀7，放出微波反应器4 中剩余的原油。实验中所用的油泵2为一个柱塞泵，当柱塞泵前后各7格时流量为2. 31/h(即 38ml/min)，此时可注满微波反应管(容积105ml/个，104mm高)。具体参数如表1所示。表 1
^- 柱塞泵量程(格)流量ml/min停留时间min (单管)停留时间min (双管)4/4244. 378. 757/7382. 765. 5211/11651. 623. 2416/14801. 312. 62V(ml/min) = 5. 25X(格)+3. 25 柴油标定值对微波处理后的原油样品进行脱盐脱水实验，以测定脱盐(镍、钒)率，具体步骤 如下所述。本试验采用DPY-1电脱盐实验仪。取100ml油样于试管中，加入去离子水5ml
56ml，加入破乳剂50mg/L，震荡lmin后，在85°C下加热lOmin，再震荡lmin，调节电压1800V， 恒温20min，然后关掉电压，于85°C下加热15min，用针管抽去试管底部的水溶液。称取10g油样于干燥坩埚内，置于石油产品残碳试验器上，加热至冒烟，用定量滤 纸点燃灰化，待其燃尽后放入马弗炉中，在550°C下恒温灼烧至除尽残碳，冷却后加少量蒸 馏水润湿，沿杯壁加入5mL 6mol/L(l 1)的盐酸，将坩埚放在石油产品残碳试验器上缓缓 加热溶解灰分，除去大部分盐酸(勿干)，待酸液蒸发至2mL 3mL后，将其定量转入50mL 容量瓶内，用蒸馏水定容，摇勻。然后加入显色剂，分别测定镍、钒的含量。镍含量的测定可例如采用这样的方法可分别取2ml待测溶液于50ml容量瓶 中，加一滴0. 1 %的对硝基酚，滴加0. 02mol/L的氢氧化钠至溶液显黄色，再滴加0. 02mol/ L的盐酸溶液至黄色恰好消失；加1. 7ml浓度为1 %的NH4F，加入5mlPH值为3. 4的 KHC8H404-HC1缓冲溶液，再加3ml浓度为0. 02%的5_Br_PADAP做为显色剂，摇勻，再加入 95%乙醇8. 0ml，用去离子水稀释至刻度，摇勻。自加显色剂起计时，50分钟后，以空白液为 参比，在524nm下测定体系的吸光度，计算出镍的含量。钒含量的测定可例如采用这样的方法取2ml待测溶液于25ml容量瓶中，加一滴 0. 1 %的对硝基酚，滴加0. 02mol/L的氢氧化钠至溶液显黄色，再滴加0. 02mol/L的盐酸溶 液至黄色恰好消失，加入2mlPH值为3. 4的KHC8H404-HC1缓冲溶液，再加3ml浓度为0. 02% 的5-Br-PADAP做为显色剂，摇勻，放置50分钟后，再加入95%乙醇8. 0ml，用去离子水稀释 至刻度，摇勻。自加显色剂起计时，50分钟后，以空白液为参比，在590nm下测定体系的吸光 度。实验表明，引入微波后，原油脱镍和脱钒的效果有了明显地改善。对于管输(动 态)原油，当原油温度为60°C，微波时间为1分钟，微波功率300W时，脱镍率由无微波条件 下的0. 51%提高到7. 24% ；脱钒率由无微波条件下的14. 05%提高到22. 14%。申请人认 为这主要是由于微波打断了分子之间的作用力，破坏了卟啉化合物的稳定结构，使得金属 离子从原先的稳定结构中游离出来，从而使原油脱镍、脱钒率得以提高。另外，可以从微波功率和时间这两个因素来考量对原油的脱镍钒的效果。从实验结果可见，在原油温度和微波时间一定的条件下，随着微波功率的增加，原 油脱镍、钒率增加。例如，在原油初始温度为80°C，微波时间为lmin时，在微波功率为150W 条件下，脱镍率为6. 34%，脱钒率为16. 07% ；当微波功率增大到700W时，镍钒的脱除率分 别达到 10. 86%和 33. 67%0表2 微波功率对管输原油脱镍的影响 表3 微波功率对管输原油脱钒的影响 从实验结果还可见的是，在微波功率和原油温度一定时，微波时间增加，对脱镍钒 有利。例如，在微波功率为700W，原油温度为80°C时，当在微波时间为lmin时，镍的脱除 率为10. 86%，钒的脱除率为33. 67%。当微波辐射时间为9min时，镍的脱除率提高到为 35. 14%，钒的脱除率达到61. 02%。表4 微波时间对管输原油脱镍的影响
微波条件脱前含量脱后含量脱除率％功率W时间min起始温度 °C以g/g以g/g70018040. 3335. 9510. 8670038031. 3722. 2270068027. 8530. 9370098026. 1635. 14表5 微波时间对管输原油脱钒的影响
7 虽然以上结合较佳实施例对本发明的原油脱镍钒方法和装置进行了详细地描述， 但应该理解，熟悉本领域的普通技术人员完全可以在以上揭示内容的基础上作出各种实质 等价的变动。例如，在本发明的具体实施方式
中揭示的是一种模拟实际原油加工的动态试验装 置，但只要设定合适的工艺参数，完全可以将这种动态试验装置用于实际的工艺生产中，因 此不必将本发明局限于“试验装置”。所谓“动态试验装置”仅仅是一种较佳的实施方式，出 于简化试验和/或生产的考虑，也可以采用一种静态的试验/生产装置，也就是说不必使原 油处于流动状态，只要将其放入微波反应装置进行微波处理也同样可以达到显著的脱镍、 脱钒的效果。再例如，在本发明的具体实施方式
中，采用了第一容器1和第二容器6两个容器， 但这并不是必须的，也可以只采用一个容器来实现装料和出料。在本发明的具体实施方式
中，采用了第一水循环系统和第二水循环系统两个水控温系统，但这也是可变的，可以把它 们合并成一个，或采用更多个，在条件不允许的情况下也可以省略不用；或者也可以采用除 水之外的其它冷热媒。如果需要，在本发明具体实施方式
中所采用的恒温装置5也是可以 省略的。再有，应该理解的是，在本发明的方法中，诸如温度、压力、微波功率、微波反应时 间等参数可以根据具体情况在一定的范围内作调整。由于存在各种变型的可能性，因此本发明的保护范围应由所附权利要求书来限 定，而不局限于上述的具体实施方式
中的描述。
权利要求
一种用于脱除原油中镍、钒的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤a)预备一个微波反应器(4)；b)取一定量的原油，并将所述原油加热至设定的反应温度；c)使原油进入所述微波反应器；d)开启所述微波反应器，调节微波功率，使所述原油在所述微波反应器内停留一段时间并受到微波处理；以及e)取出所述原油。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤b)和步骤c)包括如下步骤 将已被预热至预热温度的原油放入第一容器(1)；通过油泵(2)使所述原油在从所述第一容器(6)至所述微波反应器(4)的管路内循环 流动，并调节所述油泵的出口流量；以及通过加热器(3)将所述原油加热至反应温度。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，该方法还包括如下步骤使所述原油在循环流动时经过第二容器(6)，并从所述第二容器取出原油。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，该方法还包括如下步骤当所述原油在循环流动时，通过一个或多个水循环系统对所述原油进行控温。
5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，该方法还包括如下步骤 当所述原油从所述微波装置(4)流出之后，使其流过恒温装置(5)。
6.如权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤b)包括在所述原油 中加入脱金属剂。
7.一种用于脱除原油中镍、钒的装置，其特征在于，该装置包括 用来储存原油的第一容器(1)；对原油进行循环输送的油泵(2)；对原油进行加热加热器(3)；用于对原油进行微波处理的微波反应器(4)；以及将所述第一容器(1)、所述油泵(2)、所述加热器(3)和所述微波反应器(4)依次连接 起来从而使原油循环流动的原油输送管路。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，该装置还包括连接至所述微波反应器(4) 的恒温装置(5)。
9.如权利要求7所述的装置，其特征在于，该装置还包括连接在使原油循环流动的所 述原油输送管路中的用于排出原油的第二容器(6)。
10.如权利要求7所述的装置，其特征在于，该装置还包括用于控制原油温度的一个 或多个水循环系统，所述水循环系统包括水泵和水加热器。
全文摘要
本发明提供了用于脱除原油中镍、钒的方法，该方法包括如下步骤预备一个微波反应器；取一定量的原油，并将原油加热至设定的反应温度；使原油进入微波反应器；开启微波反应器，调节微波功率，使原油在微波反应器内停留一段时间并受到微波处理；以及取出原油。本发明的装置包括用来储存原油的第一容器；对原油进行循环输送的油泵；对原油进行加热加热器；用于对原油进行微波处理的微波反应器；以及将第一容器、油泵、加热器和微波反应器依次连接起来从而使原油循环流动的原油输送管路。按照本发明的方法，采用了首次在原油加工领域引入微波装置对原油进行处理，结果显著提高了对原油的脱镍、脱钒效果，而且成本低廉，操作容易。
文档编号C10G32/02GK101928591SQ200910053689
公开日2010年12月29日 申请日期2009年6月24日 优先权日2009年6月24日
发明者徐心茹, 文志成, 曹炳铖, 杨敬一, 高晋生 申请人:华东理工大学;中国石化集团资产经营管理有限公司长岭分公司