第一章原油电脱盐

Foreword2/3/20231石油化工过程系统概论theoilandthenaturalgas(therawmaterials)Petroleumproduct(oilproduct)oilrefininggasolinekerosenediesellubricationoilliquefiedpetroleumgaspetroleumcokeparaffinwaxasphaltfueloilethylene,propylene,butadiene,benzene,toluene,xyleneorganicchemicalrawmaterials(approximately200kinds)syntheticmaterialsplasticssyntheticfiberssyntheticrubbersThefirststepPyrolysis（热解）Thesecondstep(petrochemicalproducts)石蜡沥青乙烯丙烯丁二烯苯甲苯二甲苯塑料合成纤维合成橡胶2/3/20232石油化工过程系统概论第一篇

炼油系统的装置与设备2/3/20233石油化工过程系统概论TheinstallmentandequipmentoftherefinerysystemcrudeoilelectricaldesaltingAtmosphericandVacuumDistillationUnitCatalyticcrackingunit

Delayedcokingunit

CatalystReformingUnithydrogenplantHydrogenCrackingUnitHydrogenRefiningUnitDesulphurizationUnitSulfurRecoveryUnit2/3/20234石油化工过程系统概论第一章原油电脱盐

Crudeoilelectricaldesalting2/3/20235石油化工过程系统概论§1.1Themainuseandtechnicalprocessofelectricaldesalting2/3/20236石油化工过程系统概论原油电脱盐是石油加工的第一道工序。MainpurposegetridofAlkalimetals（碱金属）andHeavymetalsAntisepsis（防腐）getridofwater,InorganicsaltandOrganicSoursalt（有机酸盐）getridofMire（泥）

andotherimpurity（杂质）2/3/20237石油化工过程系统概论原油含盐含水的危害原油含盐含水对原油储运、加工、产品质量及设备等均造成很大危害，主要为：（1）增加设备的负荷，增加动力、热能和冷却水等的消耗。例如一座年处理量为250万吨的常减压蒸馏装置，如果原油含水量增加1%，热能耗将增加约7000MJ/h。（2）影响常减压蒸馏的正常操作。含水过多的原油，水分气化，气相体积大增，造成蒸馏塔内气速过大，易引起冲塔等操作事故。

2/3/20238石油化工过程系统概论（3）原油中的盐类，随着水分蒸发，盐分在换热器和加热炉管壁上形成盐垢，降低传热效率，增大流动阻力，严重时导至堵塞管路，烧穿管壁、造成事故。

（4）腐蚀设备，缩短开工周期。

CaCl2和MgCl2能水解生成具有强腐蚀性的HCl，特别是在低温设备部分存在水分时，形成盐酸，腐蚀更为严重。

CaCl2+2H2O→Ca(OH)2+2HClMgCl2+2H2O→Mg(OH)2+2HCl

加工含硫原油时，会产生H2S腐蚀设备。（5）盐类中的金属进入重馏分油或渣油中，毒害催化剂、影响二次加工原料质量及产品质量。2/3/20239石油化工过程系统概论原油从地层开采出来后先经过油田的脱水装置处理，要求将含水量降到<0.5%，含盐量降至<50mg/l。但由于油田脱盐脱水设施不完善或原油输送中混入水分，进入炼油厂的原油仍含有不等量的盐和水分。因此原油进入炼油厂后，必须先进行脱盐脱水，使含水量达到0.1%～0.2%，含盐量<5mg/l。对于有渣油加氢或重油催化裂化过程的炼油厂，要求原油深度脱盐，即原油含盐量<3mg/l或含钠量<1mg/l。2/3/202310石油化工过程系统概论二、原油电脱盐的工序原油电脱盐的工序包括：(1)脱盐前水洗。用于除去原油中溶于水的酸（Sour）、碱（alkali

）、盐(salt)等无机物。(2)沉淀(Precipitation)。某些不溶于水的杂质，可以吸附在固体颗粒表面或聚集在水滴表面，随固体物或水滴一起沉淀，与油分离。(3)破乳（Demulsification

）。通过向原油中加入破乳剂，使水和杂质更有效的分离。2/3/202311石油化工过程系统概论

在油中表面活性物质（如环烷酸、胶质、沥青质等）分散在水滴的表面，使水滴稳定地分散在油中，从而阻止了水滴的聚集。因此，脱水的关键是破坏乳化剂的作用，使油水不能形成乳化液，细小的水滴就可以相互聚集成大的颗粒、沉降，最终达到油水分离的目的。

原油中的盐类大部分是溶于所含的水中，所以，脱盐脱水是同时进行的。2/3/202312石油化工过程系统概论三、破乳的方法：1.化学破乳法：针对乳状液的性质，加入相应的化学破乳剂，可将稳定的乳状液转化为不稳定的状态，从而达到脱盐脱水的目的。

破乳剂本身也是表面活性物质，但它的性质与乳化剂相反，它是水包油型表面活性剂。破乳剂的破乳作用是在油水界面进行的。它能迅速浓集于界面，与乳化剂相竞争，夺取界面位置而被吸附。原有的比较牢固的吸附膜被削弱甚至破坏，小水滴就比较容易聚结，进而沉降分离出来。2.电破乳法：加适当的破乳剂和高压电场联合作用的方法2/3/202313石油化工过程系统概论四、原油电脱盐的工艺流程2/3/202314石油化工过程系统概论思考：在电脱盐过程中，注水的目的是什么？2/3/202315石油化工过程系统概论二级电脱盐流程框图2/3/202316石油化工过程系统概论ThemainprocedureofCrudeoilelectricaldesaltingThemainproceduretheadditionofwashingwaterthepreheatingofcrudeoilMixingtheadditionofdemulsifierdrainageDesalination2/3/202317石油化工过程系统概论原油经过二级电脱盐、脱水，其含盐含水量一般都能达到规定指标，然后送往后面的蒸馏装置。国内几个炼厂的脱盐脱水效果见下表2/3/202318石油化工过程系统概论technicalprocessofCrudeoilelectricaldesalting2/3/202319石油化工过程系统概论第二节原油电脱盐的工作原理一、原油电脱盐的工作原理：在高压交流电场内，原油中的微小水滴受到电场极化作用聚集成大水滴，在油水密度差的作用，水滴在油中沉降分离，原油中的盐溶解于水，随水脱除。沉降到下部水中的固体杂质也随水排出或沉积在罐底部。2/3/202320石油化工过程系统概论二、水微滴间的聚结力F两个球形水微滴之间的聚结力F可用下式计算F＝6RE2r2(r／d)4(N)

式中R——油的介电常数，F／m；

E——电场强度，V／m；

r——水滴半径，m；

d——水滴间的中心距离，m

从上式可以看出，聚集力F同r2成正比。若r由0.25µm增大到2.5mm，聚结力F将增大108倍。因而在电场中一旦发生聚结后，随着水滴直径的不断变大，水滴间的聚结力也越来越大。2/3/202321石油化工过程系统概论2/3/202322石油化工过程系统概论F＝6RE2r2(r／d)4(N)

F与(r/d)4

成正比，而(r/d)值取决于原油含水率的大小。若原油含水率趋于零，(r/d)和F也趋于零。这说明原油含水率很低时，偶极聚结脱水效果变差。一般认为，原油含水率小于0.1%时，d将是水滴直径的8倍以上，偶极聚结将不起作用。电场强度E越大，F越大。但提高E有一定限度。当E等于或大于电场临界分散强度时，水滴受电分散作用，使已聚集的较大水滴又开始分散。国外文献介绍水滴的电场临界梯度为4．70kV/cm。工业上实际采用的电场梯度远低于电场临界强度。我国现时各炼油厂采用的实际强电场梯度为500~1000V/cm,弱电场梯度为150~300V/cm。2/3/202323石油化工过程系统概论三、水滴在原油中的沉降速度VK按照斯托克斯定律，水滴在原油中的沉降速度VK可用下式近似计算：VK=K[g·(ρw-ρ0)·D2]/μ0式中VK——静止油中水滴的沉降速度，m／s；

K——常数；

G——重力加速度，m／s2

ρw——水的密度，kg／m3；

ρ0——油的密度，kg／m3；

D——水滴的直径，m；

μ0——油的粘度系数，Pa·s。2/3/202324石油化工过程系统概论VK=K[g·(ρw-ρ0)·D2]/μ0

由上式可见，增大两相间的密度差，减小原油粘度，均可增加沉降速度。通过加热，可以降低原油粘度，促进水滴聚结，增大水滴直径；同时水的密度ρW随温度升高而下降的幅度比原油密度ρ0变化小，即ρW-ρ0增大，因此加热原油有利于油水分离，此即为常用的加热沉降脱水法。加热沉降脱水时，温度不能过高，否则原油中轻组分和水会气化，脱盐罐需采用很高压力才能正常操作，因此一般加热温度为100~120℃左右，重油脱盐可选用125~148℃。2/3/202325石油化工过程系统概论VK=K[g·(ρw-ρ0)·D2]/μ0这些因素中，沉降速度与水滴直径的平方成正比，所以增大水滴直径可以大大加快沉降速度，在原油脱盐脱水过程中，关键的是促进水滴聚结，增大水滴直径。在电脱盐罐中水滴的下降与原油的上升运动是同时进行的，当水滴直径小到使其下降速度小于原油上升速度时，水滴就不能下沉，而随油上浮，达不到沉降分离的目的。2/3/202326石油化工过程系统概论四、电脱盐的电耗电脱盐的电耗可用下式近似计算：ΔP=10-3Gi

riEi2式中ΔP——每吨原油耗电量，W·s；Gi——原油乳化液在不同电场中的等值电导，S；ri——不同电场中原油的停留时间，s；Ei——各个电场的电场强度，V／m；i——电场个数，包括强电场和弱电场。2/3/202327石油化工过程系统概论五、最大水滴直径及最大临界电场强度超过某一临界电场强度后，水滴被分散成小滴。最大水滴直径dmax及最大临界电场强度Emax为：dmax＝C/E·σ(m)Emax≤K(σ/r)y(V／m)式中K、C、Y均为常数；σ——油水界面张力，N；r——水滴半径，m；E——电场强度，V／m2/3/202328石油化工过程系统概论§1.3

TheProcessingParameterinfluencingtheCrudeOilElectricalDesalting

2/3/202329石油化工过程系统概论1.TheprocessingcapacityofthecrudeoilTheprocessingcapacityofthecrudeoildeterminestheproductioncapacityperunitoftheelectricaldesaltingtank.Iftheprocessingcapacityexceedsthedesigningability,thedehydrationratewillbereducedduringthedesaltingprocess.Thedesigningabilitydeterminesthestructuraltypeofthetank,thequalityoftheprocessedcrudeoilandthedesaltingtemperature.2/3/202330石油化工过程系统概论2.theinjectioncapacityofthewashingwater

Thesuitablewatercontentinthecrudeoilistheessentialconditionfortheelectrochemicalcoalescenceofthetinywaterdrops.Theexperimentindicatesthatthedesaltingratewillbeimprovedrelativelyhighwhenthefirstinjectioncapacityis4～6%oftheprocessingcrudeoil.Generally,theinjectioncapacityin5%isthemostsuitable.Thesecondinjectioncapacityin4%isrelativelyreasonable.Overinjectionwillcausetheelectricfieldunstable.2/3/202331石油化工过程系统概论3.Themixingintensityofthecrudeoilandthewater

Themixingintensitymeansthemixingdegreeofthecrudeoil,thewashingwaterandthe

demulsifiers.Acertainmixingintensityshouldbeensuredtoimprovethedesaltingeffect.ThescaleofthemixingintensityisrepresentedbythedifferentialpressureofthemixingvalveΔP.Themixingofthecrudeoilandthewashingwaterisusuallyprocessedbythecrudeoilpump,thejetpump,themixingcolumn（混合柱）,themixingvalveand/orstaticmixer.

Ifthemixingandthesaltwashingarenotprocessedwellenough,thesaltcontentafterdesaltingwillbetoomuch.Over-mixingmayproducetheemulsion（乳化液）

whichisuneasytobedamagedbytheelectricfield.2/3/202332石油化工过程系统概论

4.Theinjectioncapacityandthetypeofthedemulsifiers

Theinjectioncapacityandthetypeofthedemulsifiershaveanobviouseffectontheseparationbetweentheoilandthewater.Theinjectioncapacityandthetypeofthedemulsifiersaredeterminedbythequalityoftheprocessedcrudeoilandthepre-processeddegreeofthecrudeoil.Theinjectioncapacityandthetypeofthedemulsifierssuitableforeachcrudeoilareassessedthroughtheexperiment.2/3/202333石油化工过程系统概论5.Thecontrollingpositionofoil-waterinterfacelevelTheoil-waterinterfacelevelinthedesaltingtankshouldbekeptatacertainpositionlowerthantheelectrodeboardbutshouldnotbetoolow.Otherwise,theoilcarriedwiththewaterwillbeincreased.Ifthewaterinterfacelevelortheemulsionlayerisenhancedtotheelectrodezone,theelectrodeshortcircuitortheunstablevoltageandcurrentwouldbecaused.2/3/202334石油化工过程系统概论6.Theoperatingtemperatureofdesalting

Thegeneraldesaltingtemperaturesuitableforthecrudeoilis100～120℃.Thedesaltingtemperaturesuitableforcrudeoilwithheavyqualitycanchoose125～148℃.2/3/202335石油化工过程系统概论7.ThepressureofthedesaltingtankAdjustthebackpressurevalveofthesystemtokeepthepressurehigherthanthesteampressureofthemixtureoftheoilandthewaterinthedesaltingtank,soastopreventthegasifying（气化）andexpansionoftheoilandwaterandthegasproducedinthetank.Ifthegasdischargingphenomenon（放气现象）

happensinthetank,theunstablevoltageandcurrentwouldbecausedandtheelectricarc（电弧）

intheelectrodezonewouldhappen,whichwouldinfluencethedesaltinganddehydrationeffect.2/3/202336石油化工过程系统概论8.TheelectricfieldintensityTheintensitydegreeoftheelectricfieldisrequiredtodistributereasonablyaccordingtothecrudeoilqualityandthewatercontenttoachievehighcoalescenceeffects.Thestrongelectricfieldintensityrequiredbymostofthedesaltingofthecrudeoilis6～10V/m.Question：Whichphenomenonmaybeoccuriftheintensitydegreeoftheelectricfieldistoohighortoolow?2/3/202337石油化工过程系统概论9.TheresidencetimeofthecrudeoilinthestrongelectricfieldTheresidencetimeofthecrudeoilinthestrongelectricfieldcanbedeterminedaccordingtotherisingspeedofthecrudeoilinthetankandthedistancebetweentheelectrodes(电极）.Generally,Theresidencetimeofthecrudeoilinthestrongelectricfieldis2～3minutes,anditmaybeprolongedtomorethan3minutesforthecrudeoilwithheavyquality.2/3/202338石油化工过程系统概论

10.waterquality(1).TheChlorideIonconcentrationshouldbelessthan200mg/L,andfreshhotwatershouldbeemployedinsteadofhardwaterwhichshouldbeavoided.(Why?)(2).TheoverallamountoftheSulfateandtheCarbonatecontentinwatershouldbelessthan300mg/L.(3).TheHydrogenSulfidecontentinwatershouldbelessthan20mg/L.(4).TheAmmoniacontentinwatershouldbelessthan40ppm.(5).ThepHvalueofthedischargingwatershouldbecontrolledwithin6～8.

2/3/202339石油化工过程系统概论第四节原油电脱盐的主要设备Mainequipmentofcrudeoilelectricaldesalting原油电脱盐的主要设备包括：电脱盐罐、混合器、变压器、油水界面控制仪2/3/202340石油化工过程系统概论一、电脱盐罐Electricaldesaltingtank

电脱盐罐是电脱盐的主要设备之一，它有卧式、立式和球形等几种形式，国内外炼油厂一般都采用卧式罐。下图为卧式脱盐罐的示意图2/3/202341石油化工过程系统概论

卧式电脱盐罐主要由外壳、电极板、原油分配器、集合管（槽）、排水收集管等组成。1.外壳直径为3~4米左右，长度视处理量而定，有的可长达20~30米。2.电极板电极板可由圆钢(或钢管）和扁钢组合而成。脱盐罐内的电极板一般为两层或三层，电极板层数过多和间距过小，不仅脱盐效果不好，而且容易短路跳闸，电耗率也高。2/3/202342石油化工过程系统概论3.原油分配器

原油分配器的作用是使原油从罐底进入后能均匀垂直地向上流动，从而提高脱盐脱水效果有两种型式的分配器：（1）是由带小孔的分配管组成，这种分配器在原油处理量变化较大时，喷出原油不均匀，并有孔小易堵塞的缺点。（2）是低速倒槽型分配器。底部敞开，大滴水和部分杂质可直接下沉，不会堵塞2/3/202343石油化工过程系统概论4.集合管或集合槽设在罐的上方，将脱后原油收集送出电脱盐罐。5．排水收集管设在罐底部，将沉积在罐底部的水收集派出罐外。2/3/202344石油化工过程系统概论二、混合器mixer

油、水、破乳剂在进脱盐罐前需借混合设施充分混合，使水和破乳剂在原油中尽量分散。分散得细，脱盐率高。但有一限度，如分散过细，形成稳定乳化液，脱盐率反而下降，故混合强度要适度。常用的混合器有两种：（1）静态混合器(staticmixer)

；（2）混合阀(Mixingvalve).

2/3/202345石油化工过程系统概论静态混合器是一种没有运动部件的高效混合设备。通过固定在管内的混合单元内件，使二股或多股流体产生切割、剪切、旋转和重新混合，达到流体之间良好分散和充分混合的目的。静态混合器具有流程简单、能耗小、投资少、操作弹性大、安装维修简便、混合性能好等优点。2/3/202346石油化工过程系统概论2/3/202347石油化工过程系统概论混合阀可以是普通双座调节阀，套筒阀，低噪音笼型阀，也可采用V型球阀。新建电脱盐设施多采用可调差压的混合阀，利用它