一种用于重油改质的水力空化装置和系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种重油改质装置，特别是涉及一种用于重油改质的水力空化装置和 系统。
【背景技术】
[0002] 重油是指密度大于0. 93g/cm3,常压下沸点高于350°C的原油。由于含有较多的长 链大分子、胶质和浙青质，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。
[0003] 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、浙青质等大分子的η 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。
[0004] 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、浙青质等 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。
[0005] 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°C以下）下使重油发生水力 空化来对重油进行改质的相关装置。
【发明内容】
[0006] 本发明提供一种用于重油改质的水力空化装置和系统，可实现在较低温度下使重 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。
[0007] 本发明提供的一种用于重油改质的水力空化装置，包括依次设置的重油入口段、 喉管段、扩大段和稳定段，各段依次连接并且轴向连通，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扩大段出口端的流通面积，所述重油入口段和所述扩大段均具有 喇叭状通孔，并且所述喇叭状通孔的小端均朝向所述喉管段设置，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。
[0008] 可以理解的是，本发明的水力空化装置的上述各段均具有轴向的通孔，并且各段 的通孔轴向连通，各通孔可以同轴设置。该水力空化装置的各段可以一体成型，此外各段之 间也可以通过固定件（例如螺栓螺母等）实现固定连接。在本发明具体方案中，所述喉管 段和稳定段均呈圆筒状，从而更加有利于实施并且使经该水力空化装置的重油发生水力空 化。
[0009] 根据本发明提供的水力空化装置，所述重油入口段的入口端的内径为15~50mm， 并且所述重油入口段的入口端的内径与所述喉管段的内径之间的比值为1 : (〇. 1~〇. 5)， 所述扩大段的出口端的内径与所述喉管段的内径之间的比值为1 : (0. 1~0. 5)，所述重油 入口段的出口端的内径和所述扩大段的入口端的内径均与所述喉管段的内径相同。在本发 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， 稳定段入口端的内径、扩大段出口端的内径均可与重油入口段入口端的内径相同或相近。 在各段通孔横截面为圆形时，所述内径指的是相应段通孔的直径。
[0010] 进一步地，所述喉管段的内径与所述助剂入口段的内径之间的比值为1 :(0.2~ 0. 5)。该范围既可以实现助空化剂的吸入，同时不会对喉管段的压力降低造成不利影响。 [0011] 根据本发明提供的水力空化装置，所述重油入口段的长度与其入口端的内径之间 的比值为（1~3) :1，所述扩大段的长度与所述重油入口段的入口端的内径之间的比值为 (1~2) :1。进一步地，所述喉管段的长度与其内径之间的比值为（1~2.5) :1。更进一步 地，所述稳定段的长度与所述重油入口段的入口端的内径之间的比值为（3~5) :1。具有 该参数的水力空化装置有利于实现较佳的水力空化效果，并达到良好的改质和降粘效果。
[0012] 利用上述水力空化装置对重油进行改质的方法可以包括：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。
[0013] 本发明的水力空化装置可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°C，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，例如可以 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。
[0014] 该水力空化装置对重油进行改质时，可将加压后的重油送入水力空化装置的重油 入口段，该装置对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重油入 口段稳定流动即可，例如温度可以为40~70°C，流速可以为1~10m/ S ;当重油到达喉管段 时，其流速急剧增大，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；当到达扩大段 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，产生自由基，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；稳定 段可使之前产生的自由基充分发挥作用，进一步提高重油改质效果。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。
[0015] 进一步地，可以将所述重油加压至1. 5~5. IMPa后送入所述水力空化装置的重油 入口段。该压力范围内的重油在水力空化装置中可实现较佳的水力空化效果，过低或过高 的压力可能因存在因汽化不完全、气泡分布不均匀等问题而降低水力空化的效果。该压力 的控制可以通过例如加压泵等实现。
[0016] 进一步地，可以使所述重油与助空化剂的重量配比为100 :(1~10)。过低的助空 化剂用量（添加量）不利于形成有效的气泡量，从而无法达到较佳的水力空化效果；过高的 助空化剂用量因无法全部实现汽化而造成输送能耗增高，并且降低空化效果。在本发明中， 助空化剂的添加量可以通过例如与助剂入口段连接的泵、阀等方便地进行调节。
[0017] 进一步地，可以将所述重油加热至40~70°C后送入所述水力空化装置的重油入 口段。该温度范围可以增加重油的流动性，并且本发明无需将重油加热至过高温度（> 70°C )从而浪费能耗。
[0018] 更具体地，利用本发明的水力空化装置对重油进行改质时，可以根据对该装置的 具体尺寸的选择在上述范围内选取适宜的助空化剂类型以及改质工艺参数，从而实现最佳 的改质效果。
[0019] 本发明还提供一种用于重油改质的水力空化系统，包括高压泵、气液分离装置和 上述任一所述的水力空化装置，所述高压泵与所述水力空化装置的重油入口段连接，所述 气液分离装置与所述水力空化装置的稳定段连接。
[0020] 进一步地，还包括助空化剂储罐和重油储罐，所述助空化剂储罐通过管道与所述 助剂入口段连接，所述重油储罐通过管道与所述高压泵连接。
[0021] 进一步地，在所述气液分离装置上设有气体出口、改质重油出口和循环重油出口， 所述气体出口通过管道与所述助空化剂储罐连接，所述循环重油出口通过管道与所述重油 储罐连接，在所述循环重油出口与所述重油储罐之间的管道上设置有控制阀。该设置方式 用于将分离得到的气体冷凝循环使用，将分离得到的液体循环处理直至达到改质要求，其 操作方便、可控性强、适用性好。
[0022] 进一步地，在所述气体出口与所述助空化剂储罐之间的管道上设置有冷却装置， 在所述高压泵与水力空化装置之间的管道上设置有冷却装置。
[0023] 本发明的实施，至少具有以下优势：
[0024] 1、本发明提供的水力空化装置，能够在较低的温度和常规的流速下实现对重油的 水力空化，并获得良好的改质和降粘效果；此外，其能够以吸入的方式使助空化剂进入水力 空化装置，便于随时根据空化效果调整所加入的空化剂的量，从而节约提高了空化效果，降 低能耗。
[0025] 2、本发明提供的水力空化装置结构简单、适用性强，可以根据实际情况和对重油 的改质要求方便地选择具有适宜尺寸的装置，从而达到较佳的改质效果。
[0026] 3、本发明提供的水力空化系统，能够使助空化剂循环使用，并且使重油经历多次 水力空化，从而达到较佳的改质和降粘效果，改质的重油能够较好地满足改质要求。
【附图说明】
[0027] 图1为本发明提供的用于重油改质的水力空化装置的结构示意图；
[0028] 图2为本发明提供的用于重油改质的水力空化系统的结构示意图。
【具体实施方式】
[0029] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的附图和实施 例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明 一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有 做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都