本发明涉及原油加工技术领域，具体而言，涉及重油低温轻质化方法及重油低温轻质化系统和应用。
背景技术：
近年来，随着原油资源开采得不断加剧，原油品质在逐渐下降，原油的重质化和劣质化现象越来越严重。由于重油中含有较多的长链大分子、胶质、沥青和杂质等，使其加工利用较为困难。如何对重油进行高效加工和利用成为各大石油公司和科研机构研究的重点。
重油加工的目的就是重油轻质化，重油的轻质化是在一定条件下渣油大分子或高分子碳、氢元素的重新分配，形成分子量相对较小、氢碳比较高的轻质组分的工艺过程。目前，重油的轻质化过程主要分为加氢和脱碳两类技术手段。重油加氢反应较汽油柴油加氢具有更加苛刻的工艺条件才能实现，而且设备投资成本较高，工业化应用缓慢。而重油的脱碳工艺应用比较成熟，但是仍存在重油轻质化能耗高、工艺复杂、轻油收率较低等问题。
从19世纪后半叶在螺旋桨叶片上发现空化(cavitation)现象以来，空化现象的理论及内容已经有了很大的发展，并且空化现象所涉及的领域也越来越多。空化现象普遍存在于水力机械中如诱导轮、涡轮泵、喷嘴、水轮机以及船舶螺旋桨等。空化会造成水力机械性能下降，还会产生噪声、振动、侵蚀等负面影响。与此同时，空化过程中空泡溃灭产生瞬时高温高压及强烈的冲击波及微射流的现象已经引起人们高度关注，人们也在思考如何利用这种能量，即利用该过程产生的高温高压能量。目前，针对该技术的研究主要集中在液体氧化降解等领域，关于如何利用该现象产生的高温高压能量在重油处理方面尚没有见到报道。
有鉴于此，特提出本发明以解决上述技术问题。
技术实现要素：
本发明的第一个目的在于提供一种重油低温轻质化方法，该方法是依托流体的空化现象实现重油的轻质化处理，改善了现有技术中重油轻质化过程能耗高、工艺复杂、轻油收率较低等问题。
本发明的第二个目的在于提供一种重油低温轻质化系统，该重油低温轻质化系统通过采用轻质化装置对重油进行处理，能够实现对重油的轻质化处理。
本发明的第三个目的在于提供一种重油低温轻质化方法及重油低温轻质化系统和应用。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
本发明提供了一种重油低温轻质化方法，包括如下步骤：
(a)将重油预热至50-150℃后，加压输送至轻质化装置入口，并维持重油在轻质化装置入口处的压力为2.0-6.0mpa；
(b)重油进入轻质化装置进行轻质化处理；
轻质化处理后得到的气体产物排出，轻质化处理后的重油重复步骤(a)和步骤(b)1-5次即可。
进一步的，步骤(a)中，轻质化装置入口处重油的压力为3.0-6.0mpa；
优选的，将重油预热至50-150℃后，通过重油泵加压输送至轻质化装置入口。
进一步的，所述轻质化装置选自节流孔板空化装置、文丘里管空化装置、射流管空化装置或液哨空化装置中的一种；
优选的，所述轻质化装置为节流孔板空化装置；
优选的，重油包括重质原油、常压渣油、减压渣油、催化油浆或沥青质中的一种或多种。
进一步的，轻质化处理后的重油重复步骤(a)和步骤(b)2-3次；
优选的，轻质化处理后的气体产物经过冷却得到轻油。
本发明还提供了一种实现上述重油低温轻质化方法的重油低温轻质化系统。
进一步的，该重油低温轻质化系统包括重油储罐、进油管路、轻质化装置和回油管路；
所述重油储罐通过进油管路与所述轻质化装置连通，所述轻质化装置通过回油管路与所述重油储罐连通；
所述进油管路上还设置有重油泵，用以将重油加压输送至轻质化装置入口并使重油维持一定的压力。
进一步的，所述轻质化装置选自节流孔板空化装置、文丘里管空化装置、射流管空化装置或液哨空化装置中的一种；
所述轻质化装置优选为节流孔板空化装置。
进一步的，所述重油储罐还设有加热装置，所述加热装置将重油预热至50-150℃后，通过重油泵加压输送至轻质化装置入口并使重油的压力维持在2.0-6.0mpa。
进一步的，所述轻质化装置一侧还设有对轻质化装置进行清洗的冲洗装置和对清洗后油污进行回收的油污回收装置；
优选的，所述重油低温轻质化系统还包括冷却罐和轻油罐；
所述冷却罐与所述重油储罐连通，所述冷却罐对经轻质化处理后返回至重油储罐的气体产物进行冷却；所述轻油罐与所述冷却罐连通，所述轻油罐用于存储经所述冷却罐冷却得到的轻油。
本发明还提供了上述重油低温轻质化方法或上述重油低温轻质化系统在重油加工中的应用。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明提供了一种重油低温轻质化方法，通过将重油预热加压处理后输送至轻质化装置中，重油在轻质化装置中发生空化现象，并利用空化过程中产生的瞬时高温高压和强烈的冲击波及微射流的能量实现重油中长链石蜡烃分子、沥青质分子的断开，使其分子量减小，进而实现原油粘度、密度的降低，有助于轻质组分产出率的提升，且整个工艺过程在低温条件下进行，能源消耗低，工艺简单，改善了现有技术中重油轻质化过程能耗高、工艺复杂、轻油收率较低等问题，为重油轻质化处理提供了一种新的途径。
(2)本发明提供了一种重油低温轻质化系统，包括重油储罐、进油管路、重油泵、轻质化装置和回油管路，通过重油泵使得预热后的重油在轻质化装置入口保持一定的压力，再经过轻质化装置处理后，使得重油中长链石蜡烃分子、沥青质分子断开，分子量减小，进而实现重油粘度、密度的降低，且轻质组分产出率较高，该系统可实现对重油轻质化处理的目的，且设备成本低，工艺简单。
(3)本发明提供了一种重油低温轻质化方法或重油低温轻质化系统在重油加工中的应用，通过采用上述重油低温轻质化方法或重油低温轻质化系统，使得重油能够达到良好的轻质化效果，为重油加工提供了一种新型途径，具有良好的应用前景。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为重油低温轻质化系统的结构示意图。
图标：1-重油储罐；2-进油管路；3-重油泵；4-轻质化装置；5-回油管路；6-冲洗装置；7-油污回收装置；8-冷却罐；9-轻油罐。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
根据本发明的一个方面，提供了一种重油低温轻质化方法，包括如下步骤：
(a)将重油预热至50-150℃后，加压输送至轻质化装置入口，并维持重油在轻质化装置入口处的压力为2.0-6.0mpa；
(b)重油进入轻质化装置进行轻质化处理；
轻质化处理后得到的气体产物排出，轻质化处理后的重油重复步骤(a)和步骤(b)1-5次即可。
本发明提供的重油低温轻质化方法是依托流体的空化现象实现重油的轻质化。空化现象是由于液体中压强降低到当地温度下该液体的饱和蒸汽压强以下而发生汽化的过程，其过程为液体内部或液固交界面上蒸汽或气体空穴(空泡)的形成、发展和溃灭，空泡溃灭产生瞬时高温高压和强烈的冲击波及微射流的能量。而本发明通过将重油预热加压处理后输送至轻质化装置中，重油在轻质化装置中发生空化现象，利用上述空化过程中产生的瞬时高温高压和强烈的冲击波及微射流的能量，实现重油中长链石蜡烃分子、沥青质分子的断开，使其分子量减小，进而实现原油粘度、密度降低，有助于轻质组分产出率的提升。
而且，整个工艺过程在低温下进行即可，能源消耗低，工艺简单，改善了现有技术中重油轻质化过程能耗高、工艺复杂、轻油收率较低等问题。
本发明中所述的重油包括常规原油经过蒸馏后剩下的渣油和天然重质原油。一般说来，重油的共同特点是分子量大，金属含量高，残炭值高，胶质、沥青质和稠环芳烃含量较高。上述特定，也决定了其加工难度。
在本发明中，重油选自重质原油、常压渣油、减压渣油、催化油浆或沥青质中的一种或多种。
具体的，在重油进行轻质化处理之前，需要对其进行预热，预热的目的在于提高重油流动性及提高饱和蒸气压。在本发明中，重油典型但非限制性的预热温度例如为50℃、60℃、70℃、80℃、90℃、100℃、110℃、120℃、130℃、140℃或150℃。
重油预热至50-150℃后，通过重油泵加压输送至轻质化装置入口。作为本发明的一种优选实施方式，重油泵为重油齿轮泵。
重油泵可使得重油在轻质化装置入口处维持在一定的压力。作为本发明的一种优选实施方式，步骤(a)中，轻质化装置入口处重油的压力为2.0-6.0mpa。
重油在轻质化装置入口处的典型但非限制性的压力为2.0mpa、2.5mpa、3.0mpa、3.5mpa、4.0mpa、4.5mpa、5.0mpa、5.5mpa或6.0mpa。
优选的，重油在轻质化装置入口处的压力为3.0-6.0mpa。
在本发明中，轻质化装置是重油进行低温轻质化处理的关键设备之一。轻质化装置可选择市面上常见的装置即可。
作为本发明的一种优选实施方式，轻质化装置选自节流孔板空化装置、文丘里管空化装置、射流管空化装置或液哨空化装置中的一种；优选的，轻质化装置为节流孔板空化装置。
节流孔板空化装置、文丘里管空化装置、射流管空化装置和液哨空化装置中的限流元件分别为节流孔板、文丘里管、射流管和液哨，具体结构可参考陈银银等的文章《空化设备的研究进展》，此处不再赘述。
轻质化处理后的重油压力恢复至常压。为了进一步加氢重油的轻质化效果，经轻质化装置处理后的重油可循环处理(重复步骤(a)和(b))若干次，典型但非限制的循环处理的次数为1次、2次、3次、4次或5次，优选为2-3次。
轻质化处理后的气体产物经过冷却得到轻油，至此完成重油的轻质化处理。
本发明还提供了一种实现上述重油低温轻质化方法的重油低温轻质化系统，采用上述的重油低温轻质化方法进行重油的低温轻质化处理。
作为本发明的一种优选实施方式，该重油低温轻质化系统包括重油储罐1、进油管路2、轻质化装置4和回油管路5，具体如图1所示；
重油储罐1通过进油管路2与轻质化装置4连通，轻质化装置4通过回油管路5与重油储罐1连通；
进油管路2上还设置有重油泵3，用以将重油加压输送至轻质化装置4入口并使重油维持一定的压力。
本发明提供了一种重油低温轻质化系统，包括重油储罐1、进油管路2、重油泵3、轻质化装置4和回油管路5，通过重油泵3使得预热后的重油在轻质化装置4入口保持一定的压力，再经过轻质化装置4处理后，使得重油中长链石蜡烃分子、沥青质分子断开，分子量减小，进而实现原油粘度、密度的降低，且轻质组分产出率较高，该系统可实现对重油轻质化处理的目的，且设备成本低，工艺简单，为重油轻质化处理提供了一种新的途径。
需要说明的是，此处重油储罐1的数量可以为一个，即重油轻质化处理前后使用同一个重油储罐；重油储罐1的数量也可以为多个，优选为2个，即重油轻质化处理前后使用不同的重油储罐进行存储，具体如图1所示。
在上述技术方案的基础之上，该重油低温轻质化系统还包括冷却罐8和轻油罐9；
冷却罐8与重油储罐1连通，冷却罐8对经轻质化处理后返回至重油储罐1的气体产物进行冷却；轻油罐9与冷却罐8连通，轻油罐9用于存储经冷却罐8冷却得到的轻油。
另外，冷却罐8的冷却介质通常采用水即可。
在上述技术方案的基础之上，在该轻质化装置4一侧还设有对轻质化装置4进行清洗的冲洗装置6和对清洗后油污进行回收的油污回收装置7。
轻质化装置使用完毕后，其内部会残留部分重油。为减弱残留的重油对轻质化装置的不利影响，可采用冲洗装置6对轻质化装置4内部进行清洗，冲洗溶剂优选选用柴油。清洗后的油污直接排放至油污回收装置7即可。
作为本发明的一种优选实施方式，轻质化装置选自节流孔板空化装置、文丘里管空化装置、射流管空化装置或液哨空化装置中的一种；
轻质化装置优选为节流孔板空化装置。
作为本发明的一种优选实施方式，重油储罐还设有加热装置，加热装置将重油预热至50-150℃后，通过重油泵加压输送至轻质化装置入口并使重油的压力维持在2.0-6.0mpa。
重油预热温度典型但非限制性的例如为50℃、60℃、70℃、80℃、90℃、100℃、110℃、120℃、130℃、140℃或150℃。
重油在轻质化装置入口处的典型但非限制性的压力为2.0mpa、2.5mpa、3.0mpa、3.5mpa、4.0mpa、4.5mpa、5.0mpa、5.5mpa或6.0mpa。
通过对重油的预热温度以及其在轻质化装置入口处压力的限定，使得重油的轻质化处理过程效率较高。
该重油低温轻质化系统工艺流程：重油储罐中的重油经过预热至50-150℃后，利用重油泵将其加压输送至轻质化装置入口，并维持一定的压力(2.0-6.0mpa)。重油进入轻质化装置后发生空化现象，并利用空化过程中产生的瞬时高温高压和强烈的冲击波及微射流的能量，实现重油中长链石蜡烃分子、沥青质分子的断开，使其分子量减小，从而实现原油粘度、密度降低，进而实现重油的轻质化处理。经过轻质化处理的重油通过管路重新返回至重油储罐，其中返回至重油储罐的气体产物进入冷却罐进行冷却，冷却得到的轻油进入轻油罐储存，少量不溶性气体排出。
经过轻质化处理的重油可进行一次轻质化处理或者多次轻质化处理，具体根据实际生产需求进行设定。
本发明还提供了上述重油低温轻质化方法或上述重油低温轻质化系统在重油加工中的应用。
通过采用上述重油低温轻质化方法或重油低温轻质化系统，使得重油能够达到良好的轻质化效果，为重油加工提供了一种新型途径，具有良好的应用前景。
下面结合具体实施例和对比例，对本发明作进一步说明。
实施例1
本实施例提供的一种重油低温轻质化方法，包括如下步骤：
(a)将塔河原油在重油储罐中加热至50℃，经重油泵打入轻质化装置入口，并保持重油的入口压力为2.0mpa；
(b)重油进入轻质化装置进行轻质化处理，经过轻质化装置后其出口压力为常压；
轻质化处理后得到的气体产物排出，冷却得到轻油，轻质化处理后的重油再经过1次上述循环处理(即重油经过2次轻质化处理)。
实施例2
本实施例提供的一种重油低温轻质化方法，除了塔河原油在重油储罐中加热至80℃之外，其余与实施例1相同，具体可参见实施例1。
实施例3
本实施例提供的一种重油低温轻质化方法，除了塔河原油在重油储罐中加热至150℃之外，其余与实施例1相同，具体可参见实施例1。
实施例4
本实施例提供的一种重油低温轻质化方法，除了重油在轻质化装置入口处的入口压力为3.0mpa之外，其余与实施例2相同，具体可参见实施例2。
实施例5
本实施例提供的一种重油低温轻质化方法，除了重油在轻质化装置入口处的入口压力为4.0mpa之外，其余与实施例2相同，具体可参见实施例2。
实施例6
本实施例提供的一种重油低温轻质化方法，除了重油在轻质化装置入口处的入口压力为5.0mpa之外，其余与实施例2相同，具体可参见实施例2。
实施例7
本实施例提供的一种重油低温轻质化方法，除了重油在轻质化装置入口处的入口压力为6.0mpa之外，其余与实施例2相同，具体可参见实施例2。
实施例8
本实施例提供的一种重油低温轻质化方法，除了重油经过3次轻质化处理之外，其余与实施例6相同，具体可参见实施例6。
实施例9
本实施例提供的一种重油低温轻质化系统，为实施例1-8提供的重油低温轻质化方法所采用的重油低温轻质化系统，包括重油储罐、进油管路、轻质化装置和回油管路。
重油储罐通过进油管路与轻质化装置连通，轻质化装置通过回油管路与重油储罐连通；进油管路上还设置有重油泵，用以将重油加压输送至轻质化装置入口并使重油维持一定的压力。
轻质化装置采用节流孔板空化装置。
重油低温轻质化系统还包括冷却罐和轻油罐；冷却罐与重油储罐连通，冷却罐对经轻质化处理后返回至重油储罐的气体产物进行冷却；轻油罐与冷却罐连通，轻油罐用于存储经冷却罐冷却得到的轻油。
轻质化装置一侧还设有对轻质化装置进行清洗的冲洗装置和对清洗后油污进行回收的油污回收装置。
实施例10
本实施例提供的一种重油低温轻质化方法，与实施例6相同。
实施例11
本实施例提供的一种重油低温轻质化系统，为实施例10提供的重油低温轻质化方法所采用的重油低温轻质化系统，除了轻质化装置采用文丘里管空化装置之外，其余与实施例9相同，具体可参见实施例9。
对比例1
本对比例提供的一种重油低温轻质化方法，除了塔河原油在重油储罐中加热至40℃之外，其余与实施例1相同，具体可参见实施例1。
对比例2
本对比例提供的一种重油低温轻质化方法，除了塔河原油在重油储罐中加热至160℃之外，其余与实施例1相同，具体可参见实施例1。
对比例3
本对比例提供的一种重油低温轻质化方法，除了重油在轻质化装置入口处的入口压力为1.5mpa之外，其余与实施例2相同，具体可参见实施例2。
对比例4
本对比例提供的一种重油低温轻质化方法，除了重油在轻质化装置入口处的入口压力为7.0mpa之外，其余与实施例2相同，具体可参见实施例2。
为验证各实施例和对比例的技术效果，特设以下实验例。
实验例1
对塔河原油、各实施例和对比例所得到的重油含量以及粘度进行测定，具体结果见表1。
表1各实施例和对比例所得到的重油含量以及粘度测定结果
从表1中的数据可以看出，在经过本发明提供的重油低温轻质化方法处理后，重油中长链石蜡烃分子、沥青质分子的断开，使其分子量减小，从而实现原油粘度、密度降低。
具体的，实施例2-3和对比例1-2均为实施例1的对照实验，五者不同在于塔河原油在重油储罐中的预热温度。从表1中可以看出，重油的预热温度会直接影响到其50℃的粘度，以及重油低温轻质化处理后各物质的含量。
实施例4-7和对比例3-4均为实施例2的对照实验，七者不同在于塔河原油在轻质化装置入口处的入口压力。从表1中数据可以看出，在本发明限定的入口压力范围之内，重油的入口压力越高，越有利于重油的轻质化。
实施例8为实施例6的对照实验，两者不同之处在于重油所经过的轻质化处理次数不同。考虑到处理成本以及处理效果，重油的轻质化处理次数为1-5次为宜。
通过上述实施例可以明显看出，采用上述重油低温轻质化方法或重油低温轻质化系统，可以使得重油能够达到良好的轻质化效果，并为重油加工提供了一种新型途径，具有良好的应用前景。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。