原油脱水及稳定【行业相关】

1、原 油 净 化,1,正式稿件,概 述,脱水原因 增大了液流的体积流量 增大输送的动力能耗 增大了升温过程中的燃料消耗 增大储存量 引发结垢（碳酸盐）和腐蚀（氯化物和硫化物） 影响原油炼制工作的正常进行,脱盐 与脱水同时进行,2,出厂原油质量要求指标,3,沉降分离脱水,原油脱水的基本方法,增大水滴直径 扩大水、油密度差 降低原油粘度 采用水力旋流分离器,4,原油热化学脱水 原油电脱水（脉冲） 润湿聚结破乳脱水 声波：加强水珠的聚结 超声波：降低能耗，减少破乳剂用量 微波：降低乳状液稳定性，加热乳状液,5,石 油 乳 状 液,6,乳状液： 如果有两种或两种以上，互不相溶的或微溶的液态物质在一起，其

2、中的一种或数种液体以极细小的颗粒分散在另一种液体之中，这样的机械混合液称之为乳状液；石油乳状液就是油、水两种液体的机械混合物,7,乳状液的形成条件 至少具有油水两种互不相溶液体 剧烈搅拌 具有乳化剂,乳化剂：促使生成乳状液及稳定乳状液的物质 固体物质，粘土细粉、高熔点的石油蜡等 分散在原油中的沥青质、胶质 溶解在原油中的物质环烷酸等 溶解于水中的物质，如某些盐类和某些高极性的表面活性物质,8,按分散相与分散介质的极性来分类 水包油型（O/W） 油包水型（W/O,石油乳状液的分类,9,按分散相在整个乳化系统中的浓度来分类 稀乳状液：分散相含量0.2,特点：1. 分散相液滴的直径不大于10-5厘米

3、 2. 在这些乳状液的液滴上带有电荷 3. 这些液滴基本不相碰撞,10,浓乳状液：分散相含量74,特点：1. 液滴可能沉降（W/O） 2. 乳状液的稳定性由乳化剂的性质而定,11,高浓乳状液：分散相含量高于74,特点：分散相的液滴不能沉降，因为高浓度液滴在运动过程中会发生型变,12,乳状液类型的鉴别,稀释法 染色法 电导法 滤纸润湿法 某些重油与水的乳状液可使用此法,13,原油乳化程度的变化,自喷油井油嘴前后乳化程度的变化,14,集油过程中乳化程度的变化,15,减轻原油乳化程度的措施,正确布局油田脱水装置的位置（早脱水） 预先加入化学破乳剂（早加入） 正确设计和建设集油管道（减少压降） 正确选

4、用增压设备（增压合理,16,原油乳状液的性质,分散度 分散相在连续相中的分散程度称为分散度 用内相颗粒平均直径的倒数表示 用以区分乳状液、胶体溶液和真溶液，并影响到其它性质,17,粘度 影响因素：外相粘度；内相的体积浓度（见下图）；温度；乳状液的分散度（电滞效应）；乳化剂及界面膜的性质；内相颗粒表面带电强弱等 在含水率和其他条件相同的情况下，乳状液内相颗粒直径愈小、分散度愈高，乳状液的粘度愈大,18,19,密度：原油含水、含盐后，密度显著增大 电学性质：电导率的大小取决于乳状液的含水率，水颗粒的分散度，含盐、含酸、含碱量,20,稳定性和老化：乳状液不被破坏，抗油水分层的能力 分散度和原油粘度：

5、随着分散度的增加及粘度的提高，稳定性增强 乳化剂的类型和保护膜 低分子有机物（脂肪酸、环烷酸和低分子胶质）：强度不高 高分子有机物（沥青、沥青质）：界面膜较厚，强度高 粘土、砂粒和高溶点石蜡：强度很高，但石蜡高温时易溶,21,内相颗粒表面带电：带有极性相同的电荷 温度：温度升高，乳状液稳定性下降 沥青质、胶质、石蜡溶解度增加，膜强度下降 布朗运动增加 水滴膨胀 油气密度差增大 原油粘度减小 能耗增加 蒸发损耗增加 水的PH值：PH值增加，膜的弹性及机械强度下降，稳定性变差 时间：随时间的推移变得稳定，称为乳状液的老化,22,原油脱水所加化学药剂,破乳剂：破坏乳状液的稳定性，改善油水分离效果 消

6、泡剂：防止油液起泡、改善油气分离效果 防腐剂：防止或延缓原油处理设施受油井产出腐蚀物的腐蚀 降凝剂：降低原油凝固点，防止管线原油冻结 反相破乳剂：使含油污水中的微小有机颗粒絮状凝成较大粒子，使之沉降下，达到净化污水的目的,23,原油热化学脱水,将含水原油加热到一定的温度，并在原油中加入适量的原油破乳剂的方法 破乳机理 表面活性作用：降低表面自由能 反相作用：转化为O/W “润湿”和“渗透”作用：溶解界面上的乳化剂，降低原油粘度 反离子作用： 中和正电荷，减少静电斥力,24,实现化学破乳的技术要求 实现化学破乳的必要条件 有对症下药的化学破乳剂 化学破乳剂与原油乳状液充分接触混合 破乳后应有足够

7、沉降分离的空间和时间（油水密度差较小,25,原油脱水对破乳剂的要求 较强的表面活性 良好的润湿能力：润湿乳化剂 很高的絮凝和聚结能力 破乳温度低，破乳效果好 成本低，用量少 无毒、无害等副作用：无腐蚀、结垢，对人体无害 具有一定的通用性 协同效应：将两种或两种以上的破乳剂以一定比例混合构成一种新的破乳剂，其脱水效果可能高于任何一种单独使用时的效果,26,影响破乳脱水效果的因素 破乳剂的选择 破乳剂的浓度：最佳范围,27,破乳剂的稀释温度和使用温度：合理,PH值,28,原油破乳剂的加入 破乳剂的加入位置 注入破乳剂越早，弥散效果越好 合理的较高处理温度可以建立起分子活性 管理方便 破乳剂的加入方

8、式 操作方便，连续均匀，溶液温度宜为35450C,29,30,热化学沉降脱水器,31,32,破乳剂的优选,破乳剂类型 按分子结构分为离子型和非离子型 当破乳剂溶于水时，凡能电离生成离子的，称为离子型破乳剂，不能电离的，称为非离子型破乳剂,33,离子型破乳剂：按其在水溶液中具有表面活性作用离子的电性，分为阴离子、阳离子和两性离子 阴离子型破乳剂 羧酸盐类、磺酸盐类 价格便宜；用量大，效果差、易受电解质影响而减效 阳离子型破乳剂 主要用于O/W型乳状液，兼有杀菌、缓蚀效果 非离子型破乳剂：以环氧乙烷、环氧丙烷等基本有机合成原料为基础，在具有活泼氢的起始剂的引发下，在有催化剂存在时按照一定的程序聚合

9、而成,34,非离子型破乳剂： 优点：用量少、不发生化学反应，不产生沉淀、脱出的水中含油少，不产生O/W乳状液、脱水成本低 根据其溶解性能分为水溶性、油溶性和部分溶于水部分溶于油三类 水溶性破乳剂：脱水后溶于污水中，可提高破乳剂的使用率或提高油田采收率 油溶性破乳剂：溶于油中，净化原油含水率低，但污水含油量稍高 部分溶于水部分溶于油：以增加使用的灵活性 原油含水超过40%时，油溶性破乳剂使用效率高，水溶性使用效率略差,35,复配型破乳剂 两种或两种以上破乳剂配伍在一起使用，其破乳作用互相弥补，扬长避短，即协同效应 特点：用药量少，破乳温度低，脱水速度快，脱后净化油、污水质量好，节约能源,36,破

10、乳剂发展方向 中低相对分子量高相对分子量 水溶性油溶性 通用型专一型 高效低耗，一剂多用,37,38,破乳剂的性质与脱水性能,破乳剂的脱水性能衡量指标 脱水率：在规定条件下自原油中脱出的水量与原油中原来所含的总水量之比 出水速度：在一定的静置沉降时间内脱出水量的多少或脱水率的大小 先快后慢 先慢后快 等速度 油水界面状态：一条线；暂时过渡层；永久过渡层,39,脱出水的含油率： 一般小于0.05% 白色透明，乳白，黄色透明，混浊，黑色透明，乌黑 最佳用量：达到最高破乳脱水深度所需破乳剂的最小用量 低温性能 毒、害等副作用,40,破乳剂的选择原则,由原油乳状液类型进行选择 W/O型原油乳状液选用油

11、溶性破乳剂 O/W型原油乳状液选用水溶性破乳剂 由原油的油品性质进行选择 石蜡基原油宜选用多嵌段破乳剂 沥青基原油宜选用二嵌段结构的破乳剂 含环烷酸的原油破乳剂宜选用AF型破乳剂再加少量的低分子有机酸（如醋酸） 强化开采乳化原油破乳剂多为O/W型乳状液，一般选用阳离子型表面活性剂或高当量的石油磺酸盐、油溶性非离子表面活性剂,41,从破乳剂分子结构特点上选择 低相对分子质量破乳剂不如高分子和超高相对分子质量的破乳剂适应性强，破乳效果好 破乳剂分子结构内疏水基中带有硅氧烷链或硅烷链的要比烃链的效果好 支链型的破乳剂要比直链型的破乳效果好 复配型破乳剂的要求 适应性强 配伍性能好 价格便宜,42,破

12、乳剂的筛选,筛选 瓶试法：在原油乳状液中加入一定量的原油破乳剂，充分混合，恒曙静置沉降脱水，记录不同时间脱出水量，观察脱出的污水颜色及油水界面状况，测定净化油含水率及污水含油量，依此检验原油破乳剂的使用性能,43,含水原油试样的准备 要保证试样的新鲜性（应在12h内使用，最长使用期限不应超过3天，防止老化） 要保证试样的代表性 按比例取样（处理多种不同性质的原油） 一个取样部位间隔相同时间多次取样 应在水平或垂直的直管段取样 加药之前取样,44,破乳剂品种收集和破乳剂溶液配制 搜集类似的已投产油田所用的效果较好的破乳剂和科研部门最新研制的新破乳剂品种 数量适宜 筛选温度的确定：宜低不宜高 更换

13、破乳剂：略低于生产装置的运行温度35 低含水原油一段热化学脱水：热化学脱水器的操作温度 高含水原油两段电化学脱水：一段热化学沉降温度 新投产： 石蜡基原油：3045 中间基原油：4050 环烷基原油：5070,45,筛选破乳剂的操作步骤 原油乳状液样品的处理和计量 升温 添加破乳剂样品 搅拌混合和静置沉降 脱水效果记录和测试 重复性和再现性 确定最佳用量、加入浓度、脱水操作温度,46,原油电脱水,47,电脱水原理 电泳聚结 在原油乳状液置于通电的2个平行电极中，水滴将向同自身所带电荷电性相反的电极运动，带正电荷的水滴向负电极运动，带负电荷的水滴向正电极运动，称为“电泳” 水滴受原油的阻力产生拉

14、长变形，并运动受阻速度不同且在电极附近聚结而导致碰撞,48,偶极聚结 在高压直流或交流电场中，原油乳状液中水滴受电场的极化和静电感应，使水滴两端带上不同极性的电荷，即形成诱导偶极 水滴变形削弱界面膜的机械强度，两端界面膜强度最弱，电场的吸引力使水滴相互碰撞，合并成大水滴，从原油中沉降分离出来，称为偶极聚结,49,影响因素 水滴半径r 两水滴的中心距S （原油含水率） 电场强度E,当电场强度过高时，椭球形水滴两端受电场拉力过大，以致将一个小水滴拉断成两个更小的水滴，产生“电分散,50,振荡聚结 水滴中所带的酸、碱、盐离子在工频交流电场中不断做周期性的往复运动，水滴两端的电荷极性发生相应的变化，使

15、水滴界面膜不断地受到冲击，机械强度降低，水滴聚结沉降 水滴越大，聚结效果愈好,结论 交流电场中破乳作用是在整个电场范围内进行的，以偶极聚结和振荡聚结为主 直流电场主要在电极附近的有限区域内进行，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,51,交，直流电场对比与双电场脱水 交直流电场脱水效果对比,52,交流电场特点 以偶极聚结和振荡聚结为主 适宜于中，高含水原油的脱水 水中含油率较少 电路简单 脱水效率低，易短路，耗电量大 直流电场特点 以电泳聚结为主 适宜于深度脱水和提高脱水原油质量 脱出的污水含油量较多,53,双电场脱水 利用直流和交流电场脱水的优点，提高净化原油的质量

16、耗电量降为原直流电脱水的1/2以下 上层极板为直流电，下层极板为交流电,54,55,电脱水器的结构,56,卧式电脱水器的组成 悬垂绝缘子与绝缘挂板,进线绝缘棒,57,进液分配头：喷头式和喷管式 电极板,水平电极,58,垂直电极,59,原油电脱水的技术要求和指标 电脱水器处理含水原油的含水率低于30% 脱水要求 轻质脱水原油指标：小于或等于0.5%（质量分数） 中质脱水原油指标：小于或等于1%（质量分数） 重质脱水原油指标：小于或等于2%（质量分数） 电脱水器污水油含量不大于0.5%（质量分数,60,原油电脱水设计技术参数 操作温度 原油的运动粘度在50mm2/s以下电脱水效果较好 一般采用 4

17、085，重质原油温度有较大幅度提高，但不应超过150 操作压力 操作压力应比操作温度下的原油饱和蒸气压高0.15MPa 一般为0.4，0.6，1MPa三个等级,61,电脱水器处理能力 由原油乳状液处理的难易程度，在电脱水器内的停留时间和电脱水器容积确定 停留时间：轻质、中质原油一般为3040min，重质原油不宜超过60min 电脱水器台数的设置一般不少于2台，不多于6台,62,过滤脱水用润湿剂破乳,润湿 表面上一种流体被另一种流体所取代的过程,破除W/O型石油乳状液的过滤物质的要求 能很好地被水所润湿 过滤物质可以长期使用而不更换,注：此法需与其它方法配合使用,63,原油脱水工艺流程,64,热

18、化学脱水工艺流程,65,电化学脱水工艺流程 用电脱水器替代上图热化学脱水器 适用于含水率小于或等于20%的原油,66,高含水原油脱水工艺流程,适用于含水率大于30%的原油,67,污水回掺的优点： 热量回收 提高水洗效果，降低原油含盐量 热污水冲洗除砂效果较好,68,适用于含水率大于60%的原油,69,原油集输系统除砂工艺,油砂的危害 在管道和地面设备沉积，降低处理能力，堵塞管道 引发机泵的密封填料、叶轮和泵壳的磨损及相关设备的磨蚀 砂沉积影响加热装置正常的热传导，甚至导致局部过热、穿孔 影响控制液面的油水界面浮子的控制 海上含油砂粒的处理,70,地面集输系统除砂方法 重力沉降法：重力，水洗，加

19、热 多相分离器除砂工艺,71,大罐沉降除砂工艺（不停产水力机械清砂工艺，不密闭，油耗大,72,离心分离除砂法 悬浮液置于离心力场中，使得固液得以分离的过程 分离因数：离心沉降与重力沉降速度的比值，为离心分离设备的重要性能指标 离心分离设备： 离心机：过滤式、沉降式、分离机 水力旋流器：固液、液液、气液分离3种，由圆筒部分和锥筒部分组成 优点：设备小，占地少，费用低；结构简单，无运动部件 缺点：只能用于两相分离，对颗粒有破碎作用，磨损内表面,73,74,原油含水率超过65以上时，除砂率达90，砂含油率仅为十万分之六,75,76,过滤除砂 过滤是指悬浮液通过能截留固体颗粒的过滤介质，使固液得以分离

20、的操作 分类： 饼层过滤：适合于固体含量稍高（固体体积分率1%）的场合 滤床过滤：适合于悬浮液中颗粒粒径很小且含量甚微（固体体积分率1%）的场合 特点：不需要密度差，操作控制范围广，不适用于连续生产,77,78,79,原 油 稳 定,80,正式稿件,原油在集输中的油气损耗（占产量的1%3%） 蒸发损耗：占40% 不稳定排放 排污损耗 装卸损耗,概 述,81,减少损耗的措施（降到0.29%0.5%) 密闭输送 原油稳定：降低原油的蒸汽压，使之大大降低原油在常温常压下的蒸发损耗的过程为原油稳定 轻烃回收,82,原油稳定原理,饱和蒸气压：就是在一定温度下密闭容器中的液体及其蒸气处于动态平衡时蒸气所表

21、示的绝对压力 原油蒸气压与温度、组成的关系 轻组分愈多，挥发性愈强，饱和蒸汽压也愈高 随温度的升高而增加，随温度的下降而减小 相同温度下，分子量小的烃组分比分子量大的烃组分有较高的蒸汽压,83,降低饱和蒸汽压方法 降低温度 拔出C1C4组分 加热法 降压法,84,原油蒸汽压的求定,雷特蒸汽压的测定,1燃料室 2空气室 3接头管 4活栓,t测定室上室的开始温度,85,原油蒸汽压的求定,86,原油稳定达到的技术指标 储运蒸发损失大于0.2%（重量）的原油就进行稳定处理 稳定原油在最高储存温度下的蒸气压（绝压）不超过当地大气压 稳定过程中已烷拔出率一般不应大于原油中已烷含量的5%（重量,87,原油稳

22、定工艺,闪蒸分离稳定法,分馏稳定法,88,闪蒸分离稳定法,平衡蒸发 液体混合物在加热、蒸发过程中所形成的蒸气始终与液体保持接触，直到某一温度之时才进行气液分离 当具一定压力的液体混合物，其压力降低时部分液体混合物会蒸发,89,实现方式 负压闪蒸稳定 正压闪蒸稳定 多级闪蒸分离法 大罐抽气,90,负压闪蒸流程,适用于密度较大的原油,5080,2070kPa,0.20.3MPa,40,0.41.5%拔出率,91,加热闪蒸分离流程,适用于轻组分含量多的原油,0.10.3MPa,92,多级分离稳定,结构简单，投资小，占地少 保持了相当数量的乙烷和丙烷 井口有足够高的压力,93,举例： 井口压力3.5MPa，最终压力0.07MPa，26.7,94,95,油罐烃蒸气回收,回收大、小呼吸的蒸发损耗,96,分馏稳定法,定义 根据原油中轻重组分挥发度不同的特点，利用精馏原理将原油中C1C4脱除，使原油得到稳定 特点 稳定质量好 设备多，流程复杂，操作过程控制严格,97,90150,0.2MPa,1