（化学工艺专业论文）原油脱盐工艺研究.pdf

摘要 脱盐脱水作为原油加工的预处理过程，对减缓设备腐蚀、减轻 换热设备结垢、降低装置能耗、改善产品质量、防止催化装置分馏 塔结盐，甚至对保护催化裂化和加氢裂化催化剂的活性均有一定影 响。本文对原油中的有害杂质及其危害、原油乳化液的形成及破乳 机理进行了分析，简单阐述了电脱盐设备和电脱盐破乳剂，详细论 述了脱盐温度、混合强度、场强、破乳剂、注水水质对脱盐效果的 影响及优化选择的原则。全面系统地论述了电脱盐脱水工艺流程及 温度、处理量、油水界面、电场强度等原油破乳工艺参数的自动调 节。 关键词：原油，破乳，电脱盐，工艺流程，自动控制 s t u d yo nd e s a l t i n gt e c h n i q u e so f c r u d eo i l a b s t v a e t ： a st h ep r e t r e a t m e n tf o rc r u d eo i l ，t h ed e s a l t i n ga n dd e h y d r a t i o n c a nr e d u c et h ec o r r o s i o nf o re q u i p m e n t s ，t h es c a l eo fh e a te x c h a n g e e q u i p m e n ta n dt h ee n e r g yc o n s u m p t i o n a tt h es a m et i m e ，t h e yc a n i m p r o v e t h e p r o d u c tq u a l i t y ，p r e v e n t t h es a l t c o a g u l a t i o n i n d i s t i l l a t i o nt o w e ro fc a t a l y t i cc r a c k i n gu n i ta n dp r o t e c tt h ea c t i v i t yo f t h e c a t a l y t i cc r a t i n gc a t a l y s t a n d h y d r o c r a c k i n gc a t a l y s t i nt h i s p a p e r ，t h ef o r m a t i o na n dd e m u l s i o nm e c h a n i s m o fc r u d eo i le m u l s i o n w e r ei n v e s t i g a t e d ，a n dt h e e q u i p m e n t s a n dd e m u s i f e r su s e di nt h e d e s a l t i n gp r o c e s sw e r ea l s or e p o r t e d b e s i d e s ，t h et e c h n i c sp a r a m e t e r s i nd e m u l s i o no fc r u d eo i l ，s u c h a sd e m u l s i o n t e m p e r a t u r e ，t h e w a t e r o i li n t e r f a c ea n de l e c t r i c a lf i e l ds t r e n g t h ，w e r ea l s oa n a l y s i s e d t h ec o n c l u s i o ni st h a tt h e d e s a l t i n gt e m p e r a t u r e ，e l e c t r i c a l f i e d s t r e n g t h ，t h et y p e so fd e m u l s i f e r sa n dt h eq u a l i t y o fi n j e c t i o nw a t e r c a na f f e c tt h ed e s a l t i n ge f f e c t k e y w o r d s ：c r u d eo i l , d e m a l s i o n ，e l e c t r i c d e s a l t i n g ，t e c h n o l o g i c a l f l o w s h e e t s ，a u t o m a t i cc o n t r o l 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢 的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果， 也不包含为获得石油大学或其它教育机构的学位或证书而使用过 的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论 文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名：托即殳矽6 弓年 ， 月疗日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解石油大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留送交论文的复印件及电子版，允许论文被查阅和借 阅：学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印 或其他复制手段保存论文。 f 保密论文在解密后应遵守此规定) 学生签名 导师签名 耗一，吃 邈 细，年，月矿岛 ) 印，年 f1 月“日 石油大学( 华东) 硕士论文 第1 章前言 第i 章前言 原油电脱盐是石油加工的第一道工序，该工序的目的是从原 油中脱除盐、水和其它杂质。从地下聚出的原油一般都含有水分， 有些多达百分之几十，这些水中都溶解有盐类。虽然在油田己沉 降脱水，但因在采油和集输过程中的剧烈扰动，油和水形成了乳 状液，无法把水脱干净。原油中所含的无机盐是溶于水的，主要 是氯化物，据统计【1 n a c l 占7 5 ，c a c l ：占1 0 ，m g c l 。占15 。这 些盐类的存在会造成炼油装置的设备管线腐蚀、管线结垢、能耗 增加，严重威胁后续加工装置的长周期安全运行。随着重油催化 裂化技术和临氢加工工艺的开发和应用，电脱盐不仅作为一种防 腐手段，而且通过原油深度脱盐，脱除原油中的金属杂质，起到 保护后续加工装置的催化剂性能【2j 的作用。由此可见，电脱盐装 置的性能好坏影响到整个炼厂的安全生产。 随着石油加工业的飞速发展，对电脱盐的脱后含盐、含水的 要求越来越高： 首先，脱后含水较多，给加工带来了不利的影响，由于水的 汽化潜热很大，原油含水量大就要增加原油加工过程中的燃料和 冷却水的消耗量。而且原油中少量水汽化后体积急剧增加，会造 成系统阻力降增大，严重时会引起分馏塔超压或出现冲塔事故。 其次，脱后含盐高不仅会影响加热炉和换热器的换热效果， 而且会造成设备的腐蚀，酿成事故。 第三，随着原油加工深度的提高，重油催化、重油加氢脱硫 等临氢工艺技术的开发和广泛应用，原油脱水脱盐成为减少对后 续装置催化剂消耗的一种重要保护手段。 国内炼厂所生产和加工的原油种类繁多，密度从0 8 1 到 0 9 8 9 c m 3 不等，粘度差别也很大，同一装置每年加工多种性质差 异很大的原油。尤其是近几年，国内大部分油田都进入开采后期， 开采的原油密度越来越大，与水的密度差很小，使得油水难以沉 降分离。同时为了提高原油采收率，国内各油田相继应用了三次 石油大学( 华东) 硕士论文 第1 章前言 采油技术，使用了多种化学药剂，其中不乏乳化剂成分，能使油 水形成稳定的乳化液，增加了原油脱盐脱水的难度。此外，进入 二十世纪九十年代以来，中国石化集团公司和中国石油集团公司 加大了加工进口原油的力度，特别是沿海、沿江炼厂加工含硫中 东原油成为中国石油加工的发展战略。中东原油的品种繁多，性 质各异，各炼厂根据效益最大化原则购买原油，造成炼油厂的原 油品种更换频繁。这些情况对电脱盐装置的适应性提出了更高的 要求。中石化公司要求有二次加工装置的炼油厂进行深度脱盐， 具体指标为：脱后原油含盐3 m g l ，脱后含水0 3 0 ，电脱盐 排污水含油 5 m g l 。该装置对工艺条件进行以下调整：将脱后与脱前原油换 热有关换热器的热源付线稍开甚至全开，电脱盐温度由1 0 5 提高 到1 1 5 ；多次调试混合阀的压降，找出了适合本装置的压差为 5 5 k p a 左右；根据装置设备及加工油种偏重的实际情况，将注水量 调整到7 5 左右；电场强度经过多次调试，最终选择将1 # 、2 # 罐变压器电压由原来的1 3 k v 调至1 9 k v 档，3 # 罐电压( 直流) 未 变，仍为8 5 5 k v 档。其电脱盐工艺操作条件见表5 - i 。 ! 鱼塑奎堂! 坐堡! 亟圭堡塞 塑! 兰皇壁垫三苎叁塑箜婴塞 表5 - i 电脱盐工艺操作条件优化 经过上述优化工艺操作条件后，脱后含盐基本控制在3 m g l 以 下，脱后含盐合格率达到9 8 5 ，取得了理想的效果。优化前后电 脱盐效果见表5 2 。 表5 - 2 优化前后脱盐效果 脱前含盐脱后含盐脱后含水脱盐合格率 日期 m g i 。lm g i 1 m 1 9 9 9 年4 季 2 7 5 26 1 1054 0 5 优化前 2 0 0 0 年1 季4 7 4 8 5 9 10 66 53 2 0 0 0 年4 季 3 7 2 723 70 39 88 优化后 2 0 0 1 年1 季 3 6 3 12 1 io 39 9 i 18 石油大学( 华东) 硕士论文 第5 章电脱盐工艺参数的研究 对于实际生产中的电脱盐装置，电脱盐设备己定型，为提高电 脱盐率，只有靠优化工艺条件来改善脱盐效果，以保证脱后原油 含盐量达到要求。 现就工艺操作条件对电脱盐运行的影响进行详细分析和叙述。 5 ，1 脱盐温度 温度是影响原油电脱盐的重要因素。它对乳化液破乳和水滴 沉降速度有显著影响。为了保证最大的沉降速度，脱盐温度依照 下述原则选择：原油粘度尽可能小，油水密度差尽可能大。前者 阻碍水滴沉降，后者是水滴在原油中沉降的推动力。 对水滴聚结和分散的影响 因液体粘度与温度有下式( 式5 1 ) 的关系： hp 。= b t + a ( 式5 1 ) 由上式可知，随着温度t 的提高，原油粘度u 。下降( 因a 、b 为常数) ，因而减小了对水滴运动的阻力，加快了水滴的运动速度。 同时降低了油水界面张力，促使水滴热膨胀，减弱了乳化膜强度， 从而减小了水滴聚结阻力。但由于油水界面张力的降低，也增加 了电分散作用。 对水滴沉降的影响 从( 式3 2 ) 可知，水滴沉降速度与水滴直径的平方和油水密 度差的一次方成正比，与原油粘度成反比。因此，温度升高在一 定范围内将提高水滴沉降速度。但原油温度升高时，由电分散所 决定的临界水滴直径却随温度升高，界面张力降低而减小，导致 水滴平均沉降速度的降低；同时，随着温度的升高油水的密度差 d 先增后降。因此，脱盐温度应有一最佳范围区间。 对电耗的影响 脱盐温度升高带来的不利影响是原油体积电导率增大，电耗 增加，一般来说，在温度小于1 2 0 时，电耗因温度而变化的幅度 较小；大于12 0 时，电耗增加较大，但对不同的原油，其变化的 曲线有所不同。同时对脱盐装置特别绝缘部件的要求苛刻。目前 受聚四氟乙烯绝缘件耐温性能的限制，脱盐温度都在1 5 0 以下。 l9 石油大学( 华东) 硕士论文 第5 章电脱盐工艺参数的研究 对脱水率、脱盐率的影响 随着温度的升高破乳剂的脱水率、脱盐率呈上升趋势。达到 一定温度后，造成脱盐率下降的原因有( 1 ) 传质的原因，原油的深 度脱盐过程不仅取决于水的沉降速度，也取决于盐的传质速度。 在加入破乳剂进行破乳时，就要求水滴的聚结和沉降速度不宜过 快，否则在盐尚未扩散到水中之前，水滴就己经完成了聚结沉降 过程，达不到脱盐目的。( 2 ) 油水界面张力原因。随着温度的升高， 原油乳化液的油水霁面张力将会不断降低，当到达一定值时，乳 化液便达到了热力学的稳定状态，因界面膜具有良好的保护作用， 阻止了盐类物质向水滴内部的传质，从而导致了脱盐率的下降”“。 目前，我国常减压装置原设计原油进脱盐罐温度虽都是 1 1 0 - 1 4 0 ，但由于实际加工原油性质与设计值有差异，导致原油 进脱盐罐温度普遍低于设计值，与国外1 5 04 c 有一定差距，对脱盐 效果有一定影响。但随着电脱盐温度的提高，油水的密度差d 先 增后降，为确保油水界面检测明显，电脱盐温度应采用油水的密 度差最大处区域附近的温度。 本人使用a s p e n 软件对部分原油油水密度差进行了计算，计 算结果见表5 3 。 20 石油大学( 华东) 硕士论文第5 章电脱盐工艺参数的研究 表5 3部分原油油水密度差计算值( a s p e n 软件计算值) 温度水中原原油大庆油奥理油 相对密度相对密度r k 油密度差相对密度水油密度差相对密度水油密度差 8 09 7 188 l o 91 6 0 98 t 8 51 5 3 39 6 3 38 5 8 2 59 7 ( 3 48 0 9 01 6 1 48 1 7 01 5 3 4 9 6 1 88 6 8 59 6 8 78 0 7 11 6 1 68 1 5 21 5 3 59 6 0 38 4 8 7 59 6 7 08 0 5 21 6 1 88 1 3 41 5 369 5 8 88 2 9 09 6 5 38 0 3 3 1 6 2 08 1 l - 61 5 3 79 5 7 38 0 9 2 59 6 3 78 0 1 4 1 6 2 38 0 9 91 5 3 79 5 587 9 9 59 6 1 97 9 9 ，4 1 6 2 58 0 7 41 5 4 59 5 4 47 5 9 7 59 6 0 17 9 7 5 1 6 2 68 0 6 51 5 3 69 5 2 97 2 1 0 09 5 8 4 7 9 5 61 6 2 88 0 4 61 5 3 89 5 1 5 6 9 1 0 2 59 5 6 47 9 3 7 1 6 2 78 0 2 71 5 3 7 9 5 0 06 4 1 0 59 5 4 6 7 9 1 81 6 2 88 0 0 81 5 3 ，89 4 8 5 6 1 1 0 7 59 5 2 87 8 9 8 1 6 3 07 9 8 41 5 4 4 9 4 7 15 7 1 1 09 5 1 07 8 7 9 1 6 3 17 9 6 71 5 4 39 4 5 75 3 1 1 2 59 4 8 97 8 6 0 1 6 2 97 9 4 81 5 4 1 9 4 4 24 7 1 1 59 4 7 0 7 8 4 11 6 2 9 7 9 2 91 5 4 19 4 2 8 4 2 1 1 7 59 4 5 07 8 2 1 1 6 2 97 9 1 o1 5 4 ，0 9 4 1 33 7 1 2 09 4 3 1 7 8 0 21 6 2 9 7 8 9 11 5 4 09 3 9 8 3 3 1 2 2 59 4 0 9 7 7 8 31 6 2 67 8 7 1 1 5 3 89 3 8 4 2 5 1 2 59 3 9 07 7 6 ，3 1 6 2 77 8 5 31 5 3 7 9 3 6 92 1 1 2 7 59 3 6 8 7 7 4 31 6 2 5 7 8 3 21 5 3 6 9 3 5 41 4 1 3 09 3 4 8 7 7 2 21 6 2 6 7 8 1 21 5 36 9 3 4 00 8 1 3 2 59 3 2 5 7 7 0 0 1 6 257 7 9 31 5 3 2 9 3 2 50 0 1 3 59 3 0 4 7 6 8 11 6 2 3 7 7 7 31 5 3 1 9 3 1 o一0 6 1 3 759 2 8 2 7 5 5 91 6 2 3 7 7 5 21 5 3 09 3 0 0 1 8 1 4 09 2 6 ，1 7 6 3 ，81 6 2 3 7 7 3 31 5 289 2 8 1 2 0 1 4 2 59 2 3 8 7 6 1 51 6 2 3 7 7 1 51 5 2 3 9 2 6 72 9 1 4 59 2 1 6 7 5 9 2 1 6 2 47 6 9 6 1 5 2 09 2 5 23 6 1 4 7 59 1 9 3 7 5 7 1 1 6 2 27 6 7 71 5 1 6 9 2 3 74 4 1 5 09 1 7 0 7 5 5 ，0 1 6 2 07 6 6 0 1 5 1 09 2 2 05 0 从上表可以看出对于大庆油和中原混合原油，都有一个油水 密度差最大值区域l l o - 1 2 0 。 对于奥里油，当温度大于1 3 5 时，油密度大于水密度，无法 实现油水分离。采取的办法是在奥理油中掺入1 0 2 0 雕j 柴油，增 大油、水密度差，实现油水分离。 为了提高电脱盐温度，应适当提高设计值，将原油迸脱盐罐 21 石油大学( 华东) 硕论文 第5 章电脱盐工艺参数的研究 温度提高至1 l o 、1 4 0 ，同时在工艺流程设计中留有调节措施，当 然对轻质油品应在实验基础上可适当降低脱盐温度。 5 2 脱盐压力 压力对电脱盐过程没有直接影响，但当操作压力接近操作温 度下原油和水混合物的饱和蒸汽压时，由于水和轻油汽化而引起 操作扰动。因此电脱盐罐操作压力应高于原油和水混合物的饱和 蒸汽压0 卜0 3 m p a ，同时在流程设计中有维持压力的措施。本人伎 用a s p e n 软件对部分原油和水( 含量5 ) 的混合物在不同温度下 的饱和蒸汽压进行了计算，计算结果见表5 - 4 。 表5 4 不同温度下的的饱和蒸汽压计算值 中原原油+ 5 水大庆油奥里油 温度 k g c m 2k g c m 2k g c m 2 9 01 ，91 61 2 1 0 02 32 41 6 1 1 02 93 o2 1 1 2 03 63 7 2 7 1 3 04 5 4 63 ，4 1 4 05 75 ，64 4 1 5 07 o6 95 5 5 3 电脱盐破乳剂 烃一水界面上的相间表面张力是表面活性剂的重量特性。表 面活性剂降低烃一水界面上的表面张力能力越强，它作为破乳剂 使用时所期待的效果越大。加入原油中的破乳剂一是为了破坏原 油中原有的乳化液，更重要的是防止洗涤水与原油混合时，在洗 涤水滴表面生成稳定的保护膜。为了充分发挥破乳剂的作用，必 须正确选择使用破乳剂的工艺条件。 ( 1 ) 针对加工原油进行破乳剂筛选，找出合适的破乳剂，如图 5 一l ”“，对同一种原油，不同的破乳剂产生的脱盐效果有明显的差 异。加单个破乳剂达不到预定指标时，要采用复配破乳剂。在筛 选出破乳剂后，还要利用脱盐试验仪找到使这种破乳剂充分发挥 作用的工艺条件，例如合适的温度、电场强度、油水混合强度等， 22 石油大学( 华东) 硕士论文第5 章电脱盐工艺参数的研究 如图5 2 n “，对同一种原油、同一种破乳剂，不同的温度、不同的 时间产生的脱盐效果有明显的差异。 鳓 蒌 静 菱 掬 n雏砸吣l 翦1 l 酵铷 m i h ) 图5 一l ：不同的破乳剂产生的脱盐效果 孛 替 苗 彗 聪罚t m 瀛) 图5 - 2 ：同一种破乳剂，不同的温度、不同的时间产生的脱盐效果 23 石油大学( 华东) 硕士论文 第5 章电脱盐工艺参数的研究 ( 2 ) 破乳剂分散于乳化液中向油水界面扩散的速度越快，破乳 效果越好。所以使用水溶性破乳剂时应将其配制成0 5 0 一2 o 的 水溶液。 ( 3 ) 油溶性破乳剂应该用计量泵直接注入原油中，保证乳化剂 和原油混合均匀。 ( 4 ) 单位相界面上有一个破乳剂的极限值，达到此值乳化液破 乳，小于此值乳化液不分层。所以，做试验和工业生产都要注意 找到破乳剂的最佳用量。 ( 5 ) 对于高酸值稠油的脱盐破乳剂用量，破乳剂用量要成倍增 加，经常高于3 0 p p m ，例如对于奥里乳化油破乳剂用量高达8 0 0 p p m ， 与此相应，脱盐温度也要提高。 国内使用的破乳剂基本上为水溶性，在生产操作中，水溶性 破乳剂需要人工配制，制约因素多，很难保证破乳剂的浓度和注 入量，且排放污水对环保污染成分较多。而油性破乳剂用量少， 不污染环境，开发油溶性破乳剂是今后的一个发展方向。 不同性质的原油要求不同类型的破乳剂，某种意义上讲，“广 谱性破乳剂”尚未成为现实，因此实际生产中应根据所加工的原 油，有针对性地筛选破乳剂。 5 4 洗涤水 注水的水质对脱盐也有很大的影响，水中的盐含量高显然不 好：含氧量高会在脱盐温度下造成腐蚀；酸、碱性物质会改变乳 化液的p h 值和与乳化液中的有机酸等物质形成具有表面活性的乳 化剂，含氨要小，不含碱，p h 值最好保持在5 5 8 之间。较低的 p h 值会造成设备腐蚀，较高的p h 值将促使乳化层稳定，油携带量 增加，水脱除率降低。p h 过高还会导致罐内结垢增多，堵塞脱盐 罐排水口和换热器。 脱盐注水可用软化水、蒸汽凝结水，新鲜水及脱硫净化水。 但蒸汽凝结水和脱氧软化水，其价格昂贵。新鲜水的主要缺点是 含氧，某些地方新鲜水含盐量也高，一般要求新鲜水氯化物( n a c l 计) 含量牛3 0 0 m g 1 ，h ：s 的余量不应超过2 0 m g 1 ”“。 24 石油大学( 华东) 硕士论文 第5 章电脱盐工艺参数的研究 工艺过程式中的废水，如催化分馏塔顶，常减压塔顶冷凝水 等，含盐含氧都很少，经脱硫、脱氨净化以后作为电脱盐注水， 可大大降低水消耗量和污水处理的费用。推荐在可能条件下尽量 采用脱硫净化水回注。 工业应用表明，只要控制脱硫净化水的硫化物含量小于10 0 m g l ，氨氮含量小于3 0 0 m g l ，p h 8 ，脱硫净化水就可以作为较好的 脱盐注水剂使用。同时，有研究表明，脱硫净化水作为脱盐注水 剂使用。 明显降低净化水中的酚含量及c o d ，显著改善了污水处理场进 水水质。有研究表明”，天然乳化剂与碱性水接触会使w o 型乳 状液界面膜的强度降低，有利于破乳剂的破乳脱水。 5 5 破乳剂和洗涤水的注入量 经过筛选后采用的破乳剂，其用量取决于原油性质和其自身 的特性。国产水溶性破乳剂用量一般为1 0 - 3 0 p p m ，而镇海炼化第 1 i i 套常减压蒸馏采用进口的油溶性破乳剂( 型号：k u r i t a e 2 7 1 4 ) ， 其用量仅为3 - 4 p p m 。 在破乳剂型号选定后，洗涤水量直接影响电脱盐效果，所以 应根据原油的性质来调整注水量。注水的作用是溶解原油中的无 机盐及部分有机物，随着洗涤水的脱除而脱除盐份。注水量增大， 为原油中的盐溶解提供了可能，注水量还对水滴间的聚结力产生 影响。当注水降低时，水滴的密度会降低，水滴间距增加，以致 于不能有效的促进水滴的聚结，导致盐含量增加。如注水过多， 乳化液的导电性增强，使电极电压不能保持，也将影响脱盐效果。 一般来讲，轻质原油的注水量在4 6 ，重质原油的注水量在6 9 。 5 6 油水混合强度 混合强度越大，注入的水分散越细，在电场中聚结作用越充 分，脱盐效率越高。混合强度低，原油与水接触不充分，不能有 效的脱除盐，但如果混合强度过高会导致乳化，同样也会降低脱 盐效果，并使排水带油”。混合设备包括混合阀和静态混合器， 混合强度因原油品种和脱盐罐内部结构的不同而各异，较低比重 25 石抽大学( 华东) 硕士论文第5 章电脱盐工艺参数的研究 原油( a p i15 2 4 ) 的混合阀压差p 采用3 0 8 0 k p a ；加工比重较 高原油( h p i2 5 4 5 ) 的混合阀压差p 采用5 0 13 0 k p a 。 某5 m t a 电脱盐装置对于加工鲁宁管输油掺炼2 0 伊朗轻油时 的混合强度与脱盐、脱水率进行工业试验，以选择最优的混合差 压，试验结果见图5 - 3 ，得出适合该装置的差压为5 5 k p a 。不同生 产装置加工不同性质原油的晟优混合强度有所不同，但混合强度 与原油脱后含盐量的总趋势是相似的。电脱盐装置根据所加工的 原油品种和脱盐罐内部结构的实际状况参考图5 3 选择最优的混 合强度，提高脱盐效果。 i 0 0 8 0 霉 船；o 妊 箭 牛 舞 a 龌 型 2 d 誊 罂 耄 耋 孽 需 薹 图5 - 3混合阀压差与原油脱后含盐、乳化液和水古量关系图 由图中可以看出，油水混合强度与乳化程度有一最佳范围， 对于脱后含盐也是如此，在二者的公共区域内可得出一最佳混合 强度范围0 0 4 0 0 6 m p a ，在此范围内可望达到较好脱盐效果。对 于含盐较高较重原油，可适当提高混合强度，当然，当提高混合 强度时电脱盐罐内乳化层成长较快，对提高脱后含盐率极为不利， 因此对乳化较严重的原油在罐底部设乳化层返炼线，将溺形成的 乳化层迅速打回原油泵入口，在调节乳化返炼流量后，使之形成 动态平衡，从而对消除乳化层，提高脱后含盐率起到了积极的作 用 电脱盐混合设备包括混台阀和静态混舍器。一次注破乳剂可 26 石油大学( 华东) 硕士论文 第5 章电脱盐工艺参数的研究 在原油泵入口或原油泵出口，混合强度大，一次注水可在混合阀 前和或与注水温度接近的原油管线上。注入的破乳剂和水在流经 管线、换热器、控制阎时会增加混合，并延长油水接触的时间， 有利于分离，水注在换热器前，还有洗涤作用，避免换热器结垢。 5 7 电场强度 电场强度是影响电脱盐效率的一个主要的工艺参数。从式3 3 可以看出，对偶极聚结力f 影响最大的是r 1 ，其次是电场梯度 e ，e 越大，f 越大。但提高电场梯度e 有定限度。当e 大于或 等于电场临界分散梯度对，水滴受电分散作用，使己聚集的较大 水滴又开始分散，脱水脱盐效果下降。国外文献介绍水滴的电场 临界梯度为4 7 0 k y c m ”，工业实际采用的电场梯度远低于电场临 界梯度。我国现在各炼油厂采用的实际强电场梯度为5 0 0 1 0 0 0 v e m ，弱电场梯度为1 5 0 3 0 0 v c m ，设计院推荐值强电场梯 度为6 0 0 2 0 0 0 v c m 。弱电场设计为2 5 0 3 5 0 v c m 。但每种原 油都有其适宜的电场强度，过低影响脱盐效果，过高则会导致乳 化。根据现场经验，可对电场强度( 通过调解输出电压) 进行了 调整。 5 8 脱金属剂 常规电脱盐装置只能脱除原油中的无机盐和游离的晶体盐， 而对油溶性的金属有机盐无法脱除。原油中的一部分c a 、m g 、f e 是以有机盐的形式存在，常规电脱盐很难脱除，这些金属杂质经 常减压加工后大多集中于蜡油和渣油中，对二次加工装置造成不 良影响。有机氯盐在常减压加热炉、催化裂化反应条件下都会发 生水解、分解反应，使有机氯盐向无机氯盐转化。某厂常减压蒸 馏前后的氯平衡，原油入方无机氯盐4 5 3 9 h ，而出方1 6 7 1g h ， 说明存在着有机氯盐向无机氯盐转化。即使无视盐脱得再好，由 于有机氯盐的转化，产生的氯离子与催化反应过程中生成的氨， 在分馏塔生成氯化铵，造成催化分镏塔结盐，使塔板堵塞 脱钙剂技术的运用，不仅可以深度脱除原油中的钙、镁、铁、 27 石油大学( 华东) 硕士论文第5 章电脱盐工艺参数的研究 钠等金属无机盐，还能有效地脱除部分有机盐，起到深度脱盐的 作用。原油脱钙是在原油脱盐时加入脱钙剂，水溶性脱钙剂与水、 油混合、乳化，与原油中的钙生成更稳定的水溶性化合物，溶解 在水中，在电场和破乳剂作用下破乳分离，随水排出系统。同时 还可以降低电脱盐电流1 5 3 5 安培，使电脱盐进一步优化，其注 入量为2 5 p p m 左右。现有的脱金属( 盐) 剂不同程度存在着或用量 大、或耐高温效果差等缺陷。随着原油深度加工工艺的发展，高 性能、广谱型的原油脱金属( 盐) 剂的研究成为必然。 2 8 石油大学( 华东) 硕士论文 第6 章原油电脱盐设各 第6 章原油电脱盐设备 我国自八十年代从p e t r o l i t e 公司和h o w b a k e r 公司引进9 套电脱盐设旄后，电脱盐的技术水平有了很大提高。包括高阻抗 防爆变压器、复合绝缘高压电极棒、油浸式十字套筒、预组装式 电极板、界面测量仪、混合阀、静态混合器等在内的一批性能好 的电脱盐设备迅速国产化，新型破乳剂不断研制成功，使我国电 脱盐技术接近了当时的国际先进水平。此后又发展了交直流电脱 盐技术、交直流高速电脱盐技术，原油脱钙、脱重金属技术以及 平流卧式电脱盐技术，反映了我国电脱盐技术的不断发展和进步。 6 1 交流电脱盐 采用两层水平电极板，下层极板通电，上层极板接地，形成 交流电场。在交流电场中，电极上的电荷每秒变化若干次，引起 水滴形状和电荷极性的相应变化，使包围水滴的乳化膜破裂，从 而使水滴互相结合成较大水滴从油相中沉降下来，设计较好的电 脱盐装置脱后原油含盐可以达到3m g l 的工艺要求，但耗电量 较大。 6 2 交直流电脱盐 交直流电脱盐，采用升压整流一体化的单相半波整流直流电 源设备，向电脱盐罐内正、负极板上输送正负直流电。变极距网 状垂挂电极板沿罐体轴线方向依次排列，改变极板结构和电极距， 自下而上形成交流弱电场、直流弱电场、直流强电场。由于正负 极板上的电压交替出现，使极板下端端板与油水界面之间形成一 个交变电场，此交变电场能防止单一直流电场引起的电腐蚀。其 电场强度一般设计成弱电场，可使乳化液中的一部分较大颗粒的 水滴在该电场中聚结脱除。脱除较大的水滴后的的乳化液向上运 动，依次经过直流弱电场、直流强电场。乳化液通过直流电场时， 乳化液中含盐水滴在电场力的作用下，产生了偶极性，相邻水滴 相互吸引而聚结。由于电极板垂直布置，产生偶极化的水滴处在 直流电场中的位置不平衡，在电场力的作用下使水滴向下、负极 石油大学( 华东) 硕士论文 第6 章原油电脱盐设备 板运动，即产生了横向的“电泳”现象，乳化液和水滴沉降是上 下运动的，这样与交流电场相比，水滴碰撞聚结的机率大为增加。 经过直流弱电场后，乳化液中大部分含盐水滴均己脱除，只剩下 更小的含盐微滴，由于强电场为网状结构，使微小水滴全部在极 板上聚集，或抵达极板、获得电荷后，向相反极性的极板加速运 动中，与水珠碰撞并聚结、沉降脱除。 6 3 高速电脱盐 近十年来国外电脱盐技术有了迅速的发展，特别值得注意的 是p e t r o l i t e 公司的b i l e c t r ic 高速电脱盐技术”，这一技术在 电脱盐的理念上有许多重大的突破和创新。b i l e c t r i c 高速电脱盐 技术采用三层电极板，形成两个强电场；油水混合物通过特殊的 分配器分成两股直接进入两个强电场内，而不是按照传统的方法 进入水相；特殊结构的分配器可以加速乳化液的聚集，加上两个 强电场的同时作用，处理能力可以提高约l o o ；由于进料直接进 入两个强电场，脱盐罐内油水界位较高，增加了水相的停留时间， 有利于降低脱盐排水的含油量；脱盐电耗可以有较大幅度降低。 图6 1 为高速电脱盐进料位置示意图。 进油分 布器 油 原油进 图6 - 1 高速电脱盐进料位置示意图 电极扳 技术特点是：a 、专门设计进油分布器，原料由上下两层喷嘴 直接进入电场，进油方式为油相进料：b 、电场脱除的水向下运动 30 石油大学( 华东) 硕士论文 第6 章原油电脱盐设备 和油流向上运动形成的返混大大消弱，原油在罐内的停留时间缩 短；c 、罐体内布置三层极板，形成两个相同的强电场，电压高低 可进行选择。 高速电脱盐与低速电脱盐相比，优劣见表6 1 ； 表6 一l高速电脱盐与低速电脱盐对比 项目低速电脱盐技术高速电脱盐技术 b i l e c t r i c 高速电脱 成套技术类型交( 直) 流电脱盐技术 盐技术 原油进料位置水相电极板问( 油相) 进料部件形式多孔管或倒槽式高效喷头式 供电型式交流或直流电交流电 操作弹性一般高 油在电场停留时间 长短 原油处理能力l ( 比较单位) 2 2 5 倍 一级脱盐率 8 5 - 9 09 5 一蛳脯替盎 9 5 9 79 9 脱后原油含水 o 3o 2 排水含油p p m 2 0 01 5 0 电耗k w h t 原油 0 1 5 0 3o 0 3 00 8 投资 一般高 对油品适应性强 弱 3l 石油大学( 华东) 硕士论文 第7 章电脱盐工艺流程的优化 第7 章电脱盐工艺流程的优化 7 1 电脱盐级数的确定 已知原油含盐量z 。，脱后含盐量指标z ，则脱盐率d 为： 77 d = 兰盟1 0 0 ( 式7 1 ) z o 在使用化学破乳剂条件下，正确设计的电脱盐罐级脱赫率 d ，一般可以达到9 0 以上。但通常随脱盐率的提高电耗增大，处理 量降低。因此，在只采用一级脱盐时，推荐d 。以9 5 7 0 左右为宜。当 一级脱后含盐量达不到规定指标时，则采用两级脱盐。在两级脱 盐时，推荐一级脱盐率d ，取9 0 ；二级脱盐率d 。可以达到8 0 左右。 美国炼油厂的单级脱盐率为9 0 一9 5 ，有的达到9 5 7 0 + 9 8 ，两级 脱盐总脱盐率可达9 9 。总脱盐率为： d = d 1 + ( 1 一d 1 ) d ：= ( d 1 + d ：) 一d 。d ： 为了达到脱后原油含盐3 m g 1 ，脱后含水0 3 0 ，电脱盐 排污水含油 2 0 0 p p m 的指标，加工国内原油，对于含盐量小于1 2 0 m g l 的轻质原油经两级脱盐即可，对于含盐量大于1 0 0m g l 的中 质、重质原油及含盐量大于1 2 0m g 1 的轻质原油，则需要三级脱 盐；加工进口原油，由于按规定，进口原油经油田处理后，进炼 油厂的原油盐含量不大于5 0 m g 1 ，水含量小于0 5 ，设置两级脱 盐可满足要求。 表7 一l 为我国几种主要原油含盐量，从表中可以看出对于大 庆原油设置一级脱盐即可，对于渤海3 4 原油采取三级脱盐才比较 安全。 石油大学( 华东) 硕士论文第7 章电脱盐工艺流程的优化 表7 1 我国几种主要原油含盐量 原油名称 i ，盐量产油类别产据来源 坤g ，llj 鲁宁管输原油5 8 6每质中间基险陵公司炼油厂研究院2 0 0 0 年6 月 大庆原油 。9陋质石蜡基险陵公司炼油厂研究院1 9 9 4 年5 月 黄岛原油；1 0 6 3睦质中间基险陵公司炼油厂研究院1 9 9 6 年3 月 。l 涠州原油8 3 2 2睁质中问基险陵公司炼油厂研究院1 9 9 7 年1 1 月 绥中原油 h 13 7匿质环烷基拯陵公司炼油厂研究院1 9 9 6 年2 月 渤海3 4 原油a 2 6 7中质石蜡基 睑陵公司炼油厂研究院1 9 9 4 年9 月 胜利原油 3 3 4 5中间基中国炼油技术：2 0 0 1 年版 ii 华北原油 18声蜡基 中国炼油技术2 0 0 1 年版 辽河原油b 一2 6峥问基 中国炼油技术2 0 0 1 年版 7 2 原油脱盐脱水流程 我国大部分炼厂采用两级脱盐脱水流程，根椐原油含盐含水 的情况，也有采用一级或三级电脱盐的情况。 原油由原油泵升压后送入换热区，经换热器换热至电脱盐要 求的温度进入一级电脱盐罐，进行一级脱赫脱水，破乳剂可在原 油泵入口注入，也可在换热后注入。 注水经与排水换热至7 0 9 0 后在混合阀前注入一级电脱盐 罐油路，也可在原油泵出口注入。 一级脱盐脱水后，破乳剂、洗涤水在混合阀前注入二级电脱 盐罐油路，同级相同，用混合阀混合油和z k 。混合强度由调节 阀的压力降来控制。二级脱盐脱水后，原油进入加工装置。为使 操作灵活，原油换热后进入电脱盐的温度应能调节。 图7 一t 为三级电脱盐脱水典型流程图。 33 互型堕苎生堡变! 堡圭塑奎 苎! 主垒墅垫三茎鎏堡笪垡些 电脱盐处理量的稳定取决于原油管线上流量调节阀的稳定控 制。 7 3 注水和排水流程 洗涤水先与电脱盐排水换热，再注入电脱盐，经混合阀与原 油充分混合，使水与原油充分密切接触，达到洗涤作用。电脱盐 排水可直接排放到炼厂含油污水系统或污水处理场高浓度池中， 但前提是温度必须降到5 0 。c 以下，因此电脱盐排水与洗涤水换热 后，再经循环水冷却至5 0 以下排放。 7 3 1 注水位置 注水位置要根据原油含盐、含水量来选择，对于易乳化原油， 注水点的位置应在混合阀前；对于含盐较高的原油可在原油泵之 后注入，主要考虑以下几个方面：( 1 ) 使油、水混合充分，但又避 开离心泵的过度混合；( 2 ) 8 0 左右洗涤水的注入可降低原油的粘 度，提高原油在换热系统中的传热系数。但混合设备作为调节手 34 石油大学( 华东) 硕士论文第7 章电脱盐工艺流程的优化 段仍是必须的。 7 3 2 级问排水回用 进入二级脱盐罐的原油含盐量一般只有几个毫克升，最多十 几。因此二级脱盐排水含盐量也不高，多在几百到千毫克升。 这仅为原油中的地层水含盐浓度的数十分之一到百分之一，完全 可以用作一级脱盐注水。采用级间排水回用和每一级部分排水级 内回用洗盐流程能够最大限度地减少淡水用量，相应地减少从脱 盐装置排出的含盐污水量。脱盐装置应用这种水洗原油流程，原 油热损失减少，排水带油减少，排水系统负荷减少，对排水进行 生化处理的费用减少。一般来讲，可以节约4 0 、5 0 的注水费用和 污水处理费用。 有研究表明8 1 ，仅在最后一级供给淡水和逐级回用排水的流程 的脱盐效率和各级采用同样数量的淡水，基本相同。 通过盐平衡计算，两级电脱盐全部注薪鲜水与二级排水回注 一级时盐分布见图7 2 ，从中可看出与原油中水的盐浓度相比，回 注水中的盐浓度对洗涤水洗涤原油没有多大影响。 35 油大学( 华东) 硕士论文第7 章电脱盐工艺流程的优化 o = o 50 = 0 30 = 03 c ：8 3 一级 c ：8 3 二级 c = 3 1 i，r w = 6w 2 6 2w = 4w = 4 c 2 = o c 2 = l l 8 ： c 2 = 。c 2 = 1 3 2 1r1 0 2 0 5 c ：8 3 一级 0 = 0 3 c ：8 3 二级 0 = o 3 c = 3 图7 - 2 各级原油和水中盐的分布 图中：o 一原油含水率，；c 一原油中盐含量，m g l c ，一原油中水的盐浓度，m g 1 ； w 一供或排水量，；c 2 一水中盐浓度，r a g 1 。 36 石油大学( 华东) 硕士论文第7 章电脱盐工艺流程的优化 7 3 ，3 注水温度 合理选择洗涤水与电脱盐排水换热器，尽量回收热量，提高 洗涤水温度。 7 3 4 回注水流程的特点 将二级排水回注至一级注水的回注点设在注水调节阀前，该 调节阀为二级电脱盐罐油水界位、注水流量信号选择性控制。此 种设计将常规设计中回注泵出口的油水界面调节阀与注水调节阀 合二为一，这样设计不但简化了流程，同时又方便了一级电脱盐 系统由注新鲜水向注回注水( 二级排水) 的切换操作( 开工过程) ， 为实现程序控制奠定了基础。 7 3 5 冲洗水流程的特点 设计将一、二级电脱盐罐冲洗水的引出点分别设在各自的 注水调节阀之后，此种设计方案对以往设计中冲洗水管线只从新 鲜水总管引出的方案做了改进，使得正常生产时冲洗水使用下一 级电脱盐罐的排水成为可能，这样可以节约一级电脱盐冲洗时的 新鲜水用量，同时使一、二级电脱盐罐由注水向冲洗过程的切换 变得简单明了，为此过程程序控制的实现奠定了基础。另外，在 电脱盐罐各分段冲洗水管线上都设置了阀门，进行分段冲洗，这 样，可加大冲洗强度，增强冲洗效果。 7 4 注破乳剂流程 将破乳剂配制成1 2 浓度的溶液，由于破乳剂相对分子量较 大，容易沉入罐底，因此配制中应注意搅拌。破乳剂应在注水前 注入原油中，使破乳剂在原油换热过程中能与原油充分混合，均 匀地分散到原油中，到达水滴表面，起到破乳作用，但注入时应 准确计量。一级脱后油中残存的水滴大部分是较小的，其乳化膜 较牢固。因此在二级脱盐时使用破乳剂尤为必要。 破乳剂有油溶性和水溶性两种不同形式，水溶性破乳剂，经 一级电脱盐后，绝大部分破乳剂随水排掉，所以采用水溶性破乳 剂时，在二级电脱盐前再注入破乳剂。油溶性破乳剂，在水滴聚 37 石油大学( 华东) 硕士论文 第7 章电脱盐工艺流程的优化 结沉降后，大部分仍然留在原油中，还可以在二级电脱盐中发挥 作用。 7 4 1 注破乳剂特点 l 选用适宜的破乳剂：不同原油的乳化剂化学成份不同，故适 用的破乳剂也不同，必须经过实验室筛选，参照工业装置经验确 定适宜的破乳剂品种( 如胜利原油选用2 0 4 0 型b p l 6 9 型等) 。 2 注量适宜；随着原油乳化剂和老化程度的不同，破乳剂需要 量也不同，一般用量可从几个p p m 到几十个p p m ，由实践和经验确 定。设计时在流程和设备上考虑注入量调节的波动范围。 3 浓度和溶剂适宜：破乳剂一般配制成1 2 浓度的稀溶液注 入，其目的一是降低粘度，二是使与油混合均匀。水溶性破乳剂 以水溶剂，油溶性破乳剂以柴油溶剂。 7 4 2 注入位置 一级破乳剂一般注入原油泵入口或出口，这样还可以使破乳 剂在换热过程中有足够时间向界面运动，使破乳剂分子尽量跑到 被乳化膜包围的原有水滴界面上去。 二级破乳剂一般应在注水前注入，水溶液性破乳剂( 浊点大 于脱盐操作温度者) 也可先与注入的水混合，再注入原油中。 7 4 3 注破乳剂设施 注破乳剂配制设施一般分为两组，一组配制、储存，一组注 入，两组交替轮换使用。每一组均有配制罐和专用计量泵，采用 计量泵以保证注入的稳定和调节其注入量。 配制罐须考虑有效的搅拌设旌。可以采用i 机械搅拌设施如电 动搅拌器：i 蒸汽搅拌，采用蒸汽搅拌时，蒸