《第五章原油净化》PPT课件.ppt

第五章 原油净化 原油净化的目的 n油井产物：原油、天然气、水、盐、泥砂等。 n其危害为： 水增大了油井采出液的体积流量，降低了设备 和管道的有效利用率； 增大了管道输送中的动力和热力消耗； 引起金属管道和设备的结垢与腐蚀； 对炼油加工过程产生影响。 5.1 原油乳状液 n原油中水的种类： 游离水：常温下短时间内沉降分离 乳化水：很难用沉降法分出。 乳化水与原油的混合物称油水乳状液或原油乳状液 。 一、原油乳状液的类型 n乳状液：两种（或两种以上）不互溶（或微量互溶） 的液体，其中一种以极小的液滴分散于另一种液体中 ，这种分散物系称为乳状液。 5.1 原油乳状液 !“ 油包水型乳状液W/O” ：水以极微小颗粒分散在原 油中，水是分散相（内相），油是连续相（外相） 。 !“ 水包油型乳状液O/W” ：油以极小颗粒分散在水中 ，油是内相、水是外相。 二、形成稳定乳状液的必要条件 u系统中必须存在两种以上互不相容（或微量互溶）的 液体； u要有强烈的搅动，使一种液体破碎成微小的液滴分散 于另一种液体中； u要有乳化剂存在，使微小液滴能稳定地存在于另一种 液体中。 5.1 原油乳状液 原油乳状液的生成： 原油中含水 含有天然的乳化剂 沥青质，胶质，环烷酸，脂肪酸，氮和硫的有机物，石 蜡，粘土，石粒等。亲油憎水，一般生成w/o型原油 乳状液。 流动时析出的气体及管件、设备的搅动。 5.1 原油乳状液 三、原油乳状液的性质 分散度：分散相在连续相中的分散程度，用内相颗粒平 均直径的倒数表示。 粘度：原油粘度越大，乳状液粘度愈大；与含水率有复 杂的关系。 密度：原油含水含盐后，密度显著增大 电学性质：电导率随温度的升高而增大 介电系数：水80，油2 5.1 原油乳状液 稳定性和老化 稳定性：乳状液不被破坏，抗油水分层的能力。 老化：原油乳状液随时间的推移变得逐渐稳定的性质。 影响因素： 分散度越高和原油粘度越大，稳定性好 乳化剂类型和保护膜的性质：第一类，低分子有机物 ，脂肪酸、环烷酸、低分子胶质，界面保护膜强度低 ，稳定性低。第二类，高分子有机物，如沥青、沥青 质等，凝胶状界面膜，第三类，粘土、砂粒、高熔点 石蜡（C7080）固体乳化剂，机械强度高，乳状液 稳定性好。 5.1 原油乳状液 内相颗粒表面带电 温度，温度增高，稳定性下降 水的PH值，PH值增加，稳定性变差 时间，随时间推移变得更稳定 5.2原油脱水的基本方法 脱除游离水和乳化水，主要解决脱乳化水问题 。 乳状液的破坏称破乳。 n破乳过程：分散水滴相互靠近、碰撞、界面膜 破裂、水滴合并、沉降分离。 n原油脱水方法：注入化学破乳剂、重力沉降脱 水、利用离心力脱水、利用亲水固体表面使乳 化水粗粒化脱水、电脱水等。 5.2原油脱水的基本方法 一、原油热化学脱水 将含水原油加热到一定温度，并在原油中加入适量的 破乳剂。 目的：改变油水界面张力和乳状液类型，破坏乳状液 稳定性，达到油水分离的目的。 1.破乳剂的分类和筛选 u按分子结构：离子型和非离子型 离子型：溶于水时能电离形成离子 非离子型：在水溶液中不能电离。水溶性、油溶性和 部分溶于油的混合溶性三类。针对性强，使用时必须 进行筛选。 5.2原油脱水的基本方法 2.原油破乳剂的破乳机理 表面活性作用 破乳剂是高效能的表面活性物质，易吸附于油水界面， 降低界面膜的表面自由能，致使形成的“ /型” 乳 状液不稳定，界面膜在外力作用下极易破裂，水突破 界面膜进入外相，从而油水分离。 反相作用 采用亲水性的乳化剂将“ /型” 转化为“ /型” （具有不稳定性）。 5.2原油脱水的基本方法 “ 润湿” 和“ 渗透” 作用 溶解吸附在油水界面的天然乳化剂；降低原油的粘 度；透过薄膜与水饱和，形成亲水的吸附层。有利于 水滴碰撞合并、沉降。 反离子作用 离子型破乳剂的特性。原油乳状液中的水滴表面吸 附一部分正离子而带正电，互相排斥难于合并。离子 型破乳剂中和水滴的正电荷，静电斥力减弱，破坏受 同性电保护的界面膜。 5.2原油脱水的基本方法 3.热化学脱水流程 1分离缓冲罐 2电加热炉 3静电脱水器 4缓冲罐 必须有破乳剂加入地点和油水分离容器。 5.2原油脱水的基本方法 二、重力沉降脱水 气油比较大时，在油气水三相分离器中进行；气油比 较小或基本不含气时，在沉降罐中进行脱水。 1沉降罐的结构和工作原理 沉降罐的工作过程 a油水混合物由入口管经配液管流入沉降罐底部的水层内 。 b水洗 油水混合物向上通过水层时，由于水的表面张力较大， 原油中的游离水、破乳后粒径较大的水滴、盐类和亲水 固体杂质并入水层。水洗过程至油水界面处终止。 5.2原油脱水的基本方法 5.2原油脱水的基本方法 c.沉降 由于部分水从原油中分出，导致原油从油水界 面处沿罐截面向上流动的速度减慢，为原油中较 小粒径水滴的沉降创造了有利条件。 d.油、水流出经沉降分离后的原油由中心集油槽 和原油排出管流出沉降罐。污水经虹吸管由排水 管排出。 5.2原油脱水的基本方法 2.沉降罐工作效率的衡量标准及影响因素 u沉降时间 油水混合物在罐内的停留时间，表示沉 降罐处理油水混合物的能力； u操作温度 u原油中剩余含水率 u脱除水中含油率 5.2原油脱水的基本方法 三、利用离心力脱水 重力沉降法脱水，含水原油在罐内的停留时间 长。 设备为离心脱水机。 离心机的脱水速度远高于重力沉降脱水。 应用情况： 我国仅用离心法测定原油含水率；西方国家有 用于原油脱水或污水除油。 5.2原油脱水的基本方法 四、利用亲水固体表面使乳化水粗粒化脱水 脱水原理：利用油水对固体物质亲合状况不同来实现油 水分离亲水固体物质的性质： 1.良好的润湿性； 2.能长期使用，对油水不发生化学反应，对油水性质无 有害影响； 3.货源充足，价格低廉。 原油粗粒化脱水一般不作为独立的脱水工艺，常与其 他方法配合使用 5.2原油脱水的基本方法 五、原油电脱水 u对许多原油，特别是重质、高粘原油，用其它的脱水 方法尚不能达到商品原油的含水率的要求，常使用电 脱水法。 u电脱水常作为原油乳状液脱水工艺的最后环节。 1.电脱水机理 将原油置于高压直流或交流电场中，由于电场对水滴 的作用，削弱了水滴界面膜的强度，促进水滴的碰撞使 水滴聚结成粒径较大的水滴，在原油中沉降分离出来。 聚结方式：电泳聚结、偶极聚结、振荡聚结。 5.2原油脱水的基本方法 （1）电泳聚结 把原油乳状液置于通电的两个平行电极中，水 滴将向同自身所带电荷极性相反的电极运动， 即带负电荷的水滴向正电极运动，带正电荷的 水滴向负极运动，这种现象称为电泳。 u 电泳过程中，水滴受原油的阻力产生拉长变形 ，削弱了界面膜的机械强度。 u水滴的大小不等、带电量不同，运动速度也不 同。水滴会发生碰撞。 u削弱的界面膜破裂，水滴合并、增大，沉降。 5.2原油脱水的基本方法 （1）电泳聚结 n未发生碰撞合并或碰撞合并后还不足以沉降的水滴将 运动至与水滴极性相反的电极区附近。水滴在电极区 附近聚集，增加了碰撞合并的几率，使原油中大量小 水滴主要在电极区附近析出。 n电泳过程中水滴的碰撞、合并称为电泳聚结。 5.2原油脱水的基本方法 （2）偶极聚结 R高压直流或交流电场中，水滴受电场的极化和静电感 应，两端带上不同极性的电荷，形成诱导偶极。 R水滴两端同时受正负电极的吸引，水滴上作用的合力 为零，水滴拉长变形，界面膜机械强度降低，两端强 度最弱。偶极相互吸引 R多个水滴形成水链，正负，水滴相互碰撞，合并成大 水滴，从原油中沉降分离。 5.2原油脱水的基本方法 （2）偶极聚结 偶极聚结在整个电场中进行。 5.2 原油脱水的基本方法 u聚结力大小直接影响脱水效果。 u聚结力与水滴半径的平方成正比； u与(a/l)4成正比，(a/l)取决与含水率大小； 原油含水率小于0.1时，水滴中心距l是水滴直径8倍 以上，偶极聚结将不起作用。 u与电场强度E2成正比。电场强度过高，椭球形水滴两 端受电场拉力过大，一个小水滴拉断成两个小水滴， 产生“ 电分散” 。 5.2原油脱水的基本方法 （3）振荡聚结 | 水滴中常带有酸、碱、盐的各种离子交流电场中电 场方向不断改变，水滴内的各种正负离子不断做周期 性往复运动，使水滴两端的电荷极性发生相应变化， 界面膜受到冲击，强度降低甚至破裂，水滴聚结沉降 。这一过程称振荡聚结。 水滴愈大，离子对界面膜的冲击作用愈大，振荡聚结 的效果愈好。 综上所述： 交流电场中破乳作用在整个电场范围内进行，直流 电场中破乳主要在电极区附近进行。 5.2原油脱水的基本方法 交流电场内水滴以偶极聚结、震荡聚结为主；直流电 场内水滴以电泳聚结为主，偶极聚结为辅。 电法脱水只适宜于油包水型乳状液。 原油的导电率很小，乳状液通过极间空间时，电极 间电流很小，能建立起脱水所需的电场强度。 水包油型乳状液通过极间空间时，由于带有酸碱盐 等离子的水是良导体，导致极间电压下降，电流猛增 ，产生电击穿现象。 含水率较高的油包水型乳状液，电法脱水也易产生电 击穿现象。一般进入电脱水器的原油含水率低于30 。 5.2原油脱水的基本方法 2.交直流电场脱水与双电场脱水 ?交直流电场脱水效果对比 a.交流电场不宜处理含水率较低的原油乳状液，即交 流电场脱水后净化油含水率高，约为直流的35倍； b.交流电压呈正弦曲线变化，脱水效率较低，处理量 低； c.交流电场中水滴易排成水链使电场短路； d.水滴界面膜受到的振荡力较大，脱出水清澈，水中 含油率低； e.电路简单，无需整流设备。 5.2原油脱水的基本方法 u双电场脱水 在原油含水率较高的脱水器的中下部建立交流 电场，而含水率较低的中上部建立直流电场。 提高了净化原油的质量，处理每吨原油的耗电 量降为原直流电脱水的1/2以下。 5.2原油脱水的基本方法 3. 原油电脱水器 5.2原油脱水的基本方法 F电脱水常作为原油乳状液脱水工艺的最后环节，原油 电脱水器也成为油田最常用的设备之一。 （一）卧式电脱水器的结构 下图为我国油田常用的卧式电脱水器的结构示意图。 5.2原油脱水的基本方法 u电脱水器内原油脱水过程： 含水原油由管进入脱水器内油水界面下的分 配头（或多孔配液管）。由分配头流出的含水 原油经水洗除去游离水后，自下而上沿水平截 面均匀地经过电场空间。在高压电场下，从原 油中分出的水滴沉降至脱水器底部，经放水排 空口排出。净化原油经管流出。 5.2原油脱水的基本方法 （二）脱水器的操作和工艺参数 u脱水器投产时，应先向脱水器内注入净化原油，通电 建立电场后才进含水原油，使脱水器转入正常运行。 脱水器进油管线上装有流量计，指示脱水器的瞬时和 累计含水原油处理量。在净化油出口管线上设有取样 阀，检查净化原油的残余含水率。 u 脱水器正常运行时，应连续排放原油中脱出的水。 排水可以手控，也可由油水界面液位控制的电磁阀自动 实施。排出水可经看窗，根据排出水的颜色判断脱水 器的运行是否正常。 5.2原油脱水的基本方法 脱水器停产检修时，应切断电源，排空体内液体，并 用蒸汽吹扫脱水器内残存的油气后，方能进入器内进 行检修和清除器底沉积的油泥。 脱水器的压力，应高于脱水温度下含水原油的饱和蒸 气压0.15MPa，避免器内有气体析出，影响水滴的沉 降和电场的稳定。操作压力一般在(1.53)*105Pa范 围内。 5.2原油脱水的基本方法 电脱水器的操作温度，宜使原油的运动粘度在低于 50mm2/s的条件下进行脱水。随着脱水温度的升高 ，原油粘度下降，有利于水滴的沉降和脱水质量的提 高。 实践表明，加热含水原油的费用往往大于电耗费用， 因此 ，在保证脱水质量的前提下，尽可能降低脱水温 度。 原油含水率的要求：一般认为进入电脱水器较适宜的 含水率为1530。 第六章原油稳定 原油稳定的目的 原油稳定的方法 原油稳定设备 6.1 概述 n 原油中含有C1C4的挥发性很强的轻组分， 常温常压下是气体，从原油中挥发时会带走大 量的戊、己烷等组分，造成原油的大量损失。 n将原油中挥发性强的轻组分比较完全地脱出 ，降低原油在常温常压下的蒸汽压，这一工艺 过程称原油稳定。 6.1 概述 u原油稳定的目的： 降低原油蒸汽压，减 降低原油蒸汽压，减少集 输、储存中的蒸发损耗。 少集输、储存中的蒸 发损耗。 一般降到最高储存温度下饱和蒸汽压为当地大 气压力的0.7倍。 在有特殊要求的情况下，还可以再低些。 6.2 原油稳定方法 采用的方法：闪蒸法（常压、负压或正压） 蒸馏法 原油组成不同，处理过程的工艺条件不同， 决定了原油稳定方法不同。 原油稳定效果：轻组分的拔出率 装置的投资和运行费用 6.2 原油稳定方法 一、原油蒸气压的影响因素 温度 同一种原油的蒸气压随温度的升高而增大。 组成 相同温度下，轻烃含量高的原油蒸气压高。 降低原油蒸气压： 1.降低温度：受工艺条件限制，不易实现 2.减少轻组分含量：切实可行 6.2 原油稳定方法 二、闪蒸法 原理：利用原油中轻重组分挥发度不同实现轻 重组分的分离。 在某一温度下，降低原油压力，轻组分由于饱 和蒸气压高，率先挥发出来，重组分也有部分 析出但数量少，气相中轻组分含量高，从而达 到从原油中分离出轻组分的目的。 未稳定原油的闪蒸分离过程的实质：是一次 平衡汽化过程。 6.2 原油稳定方法 闪蒸分离的原理流程 n原油组成、进料温度、轻组分拔出率的要求不同： n负压、常压或微正压三种闪蒸方法。 n1、负压闪蒸 n原油稳定的闪蒸压力（绝对压力）比当地大气压低即 在负压条件下闪蒸，以脱除其中易挥发的轻烃组分， 这种方法称为原油负压稳定法，又称为负压闪蒸法。 n负压稳定的操作压力一般比当地大气压低0.03 0.05MPa；操作温度一般为5080。 n 6.2 原油稳定方法 负压闪蒸的典型工艺流程示意图 6.2 原油稳定方法 稳定工艺过程： 未稳定原油 一般在5060C温度下进入负压 稳定塔。 塔的顶部与压缩机进口相连，使塔的真空度保 持在200400毫米汞柱范围内。由于负压，原 油中的轻组分挥发进入气相，经压缩机增压、 脱除轻油和水后外输。 稳定后的原油由塔底流出，经泵增压后输送至 矿场油库，或进罐储存在经泵送至矿场油库。 6.2 原油稳定方法 负压闪蒸法的适用范围 n该法适用于密度较大的原油，因为较重的原油 中所含的轻组分较少，负压闪蒸能得到较好的 效果。否则，原油汽化量较大，利用气体压缩 机抽吸耗功过多，经济上不合理。 n当每吨原油的预测脱气量在5m3左右时，适合 采用此法。 n当原油中所轻组分较多时，采用加热闪蒸法， 适当提高分离压力，在常压或微正压下操作。 6.2 原油稳定方法 2.加热闪蒸 加热闪蒸是在常压或微正压下进行。 这种方法的闪蒸温度一般要比负压闪蒸法高， 需要在原油脱水温度（或热处理温度）的基础 上，再进行加热（或换热）升温才能满足闪蒸 温度要求。由于稳定原油温度较高，应考虑与 出塔合格原油换热以回收一部分热量。 操作压力一般在0.120.40MPa ，操作温度则 根据操作压力和未稳定原油的性质确定，一般 为80120，特殊情况在130以上。 6.2 原油稳定方法 加热闪蒸稳定工艺流程 6.2 原油稳定方法 三、分馏法稳定 分馏法稳定：根据精馏原理脱除原油中的易挥 发组分。通俗来讲，就是根据轻重组分挥发度 不同去除原油中的轻组分。 精馏：挥发度不同的组分所组成的混合液在精 馏塔中同时多次地进行部分气化和部分冷凝， 使其分离成几乎纯组分的过程。 分馏法稳定的实质：多次平衡气化过程 6.2 原油稳定方法 根据操作压力不同，分馏法可分为常压分馏和压力分 馏。前者的操作压力为常压50kPa（表压），需设塔 顶气体压缩机和塔底泵，适用于密度较大的原油。压 力分馏的操作压力在50100kPa（表压）之间，一般 可以不设塔顶气体压缩机和塔底泵，适用于密度较小 的原油。 根据精馏塔的结构和回流方式的不同，分馏法又可分 为提馏稳定法、精馏稳定法和全塔分馏稳定法等三种 。工程上常见提馏稳定法和全塔分馏稳定法两种。 6.2 原油稳定方法 1.提馏稳定法 n提馏稳定法工艺流程如下页图所示。 该稳定塔内只设提馏段。原油从稳定塔的顶部进塔后 随即在塔顶闪蒸。闪蒸后的原油在沿着各层塔板流向 塔底的过程中，通过与上升油气的多次接触，进行相 间传质传热，使其中易挥发组分不断转入气相，将油 气中的重组分不断冷凝下来，最后从塔底获得稳定原 油。 此法用于稳定原油质量要求高、对拔出气体纯度没有 要求的原油稳定。 n 6.2 原油稳定方法 提馏法原油稳定流程示意图 加热炉（器） 6.2 原油稳定方法 2.全塔分馏稳定法 全塔分馏法工艺流程如下图所示。 该稳定塔内既有精馏段，亦