天津煉廠原油電脫鹽破乳脫水工藝技術(shù)研究

于曉愛(ài)，王洪國(guó)，許維麗，馬夢(mèng)瑤，高 婧，廖克儉

（遼寧石油化工大學(xué)石油化工學(xué)院，遼寧撫順113001）

天津煉廠原油電脫鹽破乳脫水工藝技術(shù)研究

于曉愛(ài)，王洪國(guó)*，許維麗，馬夢(mèng)瑤，高 婧，廖克儉

（遼寧石油化工大學(xué)石油化工學(xué)院，遼寧撫順113001）

根據(jù)天津煉廠原油的性質(zhì)及其乳狀液穩(wěn)定性特點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)室模擬煉油廠進(jìn)行了天津原油靜態(tài)電脫鹽脫水研究。通過(guò)單一變量法對(duì)破乳劑量、注水量、脫鹽溫度、電場(chǎng)強(qiáng)度4種因素進(jìn)行考察，找出該4種因素的優(yōu)化范圍，通過(guò)正交試驗(yàn)確定最佳工藝條件為：破乳劑用量70μg·g-1，破乳溫度85℃，注水量7%，電場(chǎng)強(qiáng)度1.0kv，且脫后含鹽量≤2.9mg·L-1，含水量≤0.28%，滿足該煉廠加工原油的要求。

天津原油；破乳劑；正交試驗(yàn)；含鹽量；含水量

在油田的開(kāi)采中，一次開(kāi)采是以天然能量為動(dòng)力；二次開(kāi)采是以人工注水的方法來(lái)維持地表的壓力；三次開(kāi)采是依靠改變注入水的特性來(lái)提高開(kāi)采率[1]。經(jīng)過(guò)多次開(kāi)采處理后，原油形成的乳狀液在不同程度上會(huì)含有大量的水和其他金屬雜質(zhì)，如果不去除的話，不僅會(huì)對(duì)以后原油的運(yùn)輸和貯存造成困難，而且還會(huì)腐蝕設(shè)備造成事故。由于國(guó)內(nèi)的脫鹽脫水率相對(duì)國(guó)外普遍較低，所以，深度脫鹽脫水是天津煉油廠不可缺少的重要工藝[2]。為了解決上述情況，本文探討了幾種破乳劑對(duì)天津原油電脫鹽效果的影響，通過(guò)正交試驗(yàn)獲得最佳操作工藝條件。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原料及儀器

天津原油；甲苯（國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑）；去離子水（遼寧石油化工大學(xué)）；水溶性破乳劑D4、D201、D205、D203A、多胺、聚醚169；油溶性破乳劑D202、D203、D202A、酚醛、聚醚179：由遼寧石油化工大學(xué)合作單位（撫順億龍化工有限公司）提供。

DPY-2B型破乳劑評(píng)選及電脫水性能試驗(yàn)儀（姜堰市奧普特分析儀器有限公司）；BS-2100型電子分析天平（d=0.1mg）（上海友聲衡器有限公司）；HG202-1型電熱恒溫干燥箱（南京電器三廠）；DHT型恒溫電熱套（上海石油儀器廠）；JJ-01增力電動(dòng)攪拌儀器（江蘇城西小陽(yáng)電子儀器廠）。

1.2 原油乳狀液及破乳劑的配制

將原油恒溫預(yù)熱1h，并將其攪勻，量取一定量原油用乳化機(jī)剪切，加熱到60℃左右后，將蒸餾水分幾次逐步加入原油中，在1500r·min-1下攪拌30min，靜止待用。水溶性的破乳劑用去離子水配制成1%溶液；油溶性的破乳劑用甲苯配制成1%溶液[3，4]。

1.3 評(píng)選方法

用試瓶法[5]對(duì)破乳劑進(jìn)行評(píng)價(jià)篩選實(shí)驗(yàn)，參考石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY5821-1991。

2 結(jié)果與討論

2.1 破乳劑的篩選

進(jìn)行破乳劑的篩選實(shí)驗(yàn)，評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 不同破乳劑對(duì)天津煉廠原油破乳脫水效果對(duì)比（65℃，加劑量120×10-6）Tab.1 Dehydration performance of emulsion breakers on the oil refinery of Tianjin

由表1可以看出，不同系列的破乳劑脫水效果不一樣，即便是同一系列的破乳劑隨著其分子鏈上環(huán)氧乙烷、環(huán)氧丙烷加成數(shù)不同或是交聯(lián)程度不一樣,其脫水效果也有顯著的差異[6]。在眾多破乳劑中，加有破乳劑179的原油乳狀液脫水效果較好，初步選擇179作為天津原油電脫鹽脫水破乳劑。

2.2 破乳劑用量對(duì)天津原油電脫鹽效果的影響

取原油乳狀液90mL，在注水量8%，電場(chǎng)強(qiáng)度700kV，溫度80℃，停留時(shí)間90min的條件下，分別考察破乳劑用量為30、40、50、60、70、80、90、100、110、120μg·g-1時(shí)原油脫后含油含水量，結(jié)果見(jiàn)圖1。

分析圖1可知，隨著179加入量的增加，在90μg·g-1之前，原有的含鹽含水量隨著破乳劑用量的增加而減少，當(dāng)破乳劑用量在70至100μg·g-1時(shí)，含鹽量不大于3mg·L-1，含水量不大于0.3mg· L-1，這是因?yàn)樵谳^低濃度時(shí)，破乳劑以單分子形式分散在油水界面[7，8]，它可將乳化劑排擠掉，自己構(gòu)成新的易破裂的界面膜，達(dá)到油水分離的狀態(tài)；當(dāng)破乳劑用量大于90μg·g-1時(shí)，脫后原油含鹽量含水量隨著破乳劑用量的增加反而增加，這是由于隨著破乳劑用量的增多，破乳劑分子開(kāi)始聚集成團(tuán)簇或膠束，反而使界面張力上升，脫水率便會(huì)下降[9，10]。綜上所述，可確定破乳劑179的用量范圍為70～100 μg·g-1。

圖1 破乳劑用量對(duì)天津原油電脫鹽脫水效果影響Fig.1 Influence of emulsifier dosage on the desalting and dehydration results

2.3 溫度對(duì)天津原油電脫鹽效果的影響

取原油乳狀液90mL，在破乳劑用量80μg·g-1，注水量8%，電場(chǎng)強(qiáng)度700kV，停留時(shí)間90min的條件下，分別考察溫度為55、60、65、70、75、80、85、90、95、100℃時(shí)，原油脫后含鹽量含水量，結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 溫度對(duì)天津原油電脫鹽脫水效果影響Fig.2 Influence of desalting temperatures on the desalting results

分析圖2可知，溫度在55到85℃之間，隨著溫度的升高，原油脫后含鹽量含水量急劇下降，在85℃之后，含鹽量含水量下降趨勢(shì)趨于平穩(wěn)，下降幅度很小。這是因?yàn)殡S著溫度升高，原油粘度逐漸降低，增強(qiáng)石油與水的流動(dòng)性，導(dǎo)致油水界面張力減少，水滴的熱運(yùn)動(dòng)活躍，這些變化都有利于油水界面分離[11]。綜上所述，溫度越高，油水分離效果越好，但考慮到經(jīng)濟(jì)成本問(wèn)題，最終將溫度范圍確定在80～90℃。

2.4 注水量對(duì)天津原油電脫鹽效果的影響

取原油乳狀液90mL，在破乳劑用量80μg·g-1、電場(chǎng)強(qiáng)度700kV、溫度80℃、停留時(shí)間90min的條件下，分別考察注水量為4%、5%、6%、7%、8%、9%、10%、11%、12%、13%時(shí)，原油脫后含鹽含水量，結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 注水量對(duì)天津原油電脫鹽脫水效果影響Fig.3 Influence of water injection rate on the desalting results

分析圖3可知，隨著注水量的增加，原油脫后含水量也在隨著增加，增加注水量，原油中殘余的水就會(huì)增多。當(dāng)注水量在4%至9%之間，原油脫后鹽含量在降低，這是由于注入的新鮮水溶解了原油中的無(wú)機(jī)鹽，從而使原油中的無(wú)機(jī)鹽隨著水的脫出而去除[12]。但是當(dāng)注水量大于10%時(shí)，原油中由于水太多，又形成了新的乳狀液，因而含鹽量不減反增。綜上所述，適宜注水量的范圍在7%至9%之間。

2.5 電場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)天津原油電脫鹽效果的影響

取原油乳狀液90mL，在破乳劑用量80μg·g-1、溫度80℃、注水量8%、停留時(shí)間90min的條件下，分別考察電場(chǎng)強(qiáng)度為0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3kV時(shí)，原油脫后含鹽含水量，結(jié)果見(jiàn)圖4。

分析圖4可知：原油脫后含鹽量含水量均隨著電場(chǎng)強(qiáng)度的增加而減少，當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到1.0kV時(shí)，變化趨于平穩(wěn)，鹽和水的含量變化不大，甚至已經(jīng)上升。這是因?yàn)楫?dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度增大，水滴之間的聚結(jié)力也相應(yīng)增大，乳狀液中的小水滴逐漸被拉伸變細(xì)變長(zhǎng)直至最后破裂成2個(gè)更小的水滴。但電場(chǎng)強(qiáng)度太大，又會(huì)使液滴產(chǎn)生電分散現(xiàn)象[13]。相反不利于原油電脫鹽脫水。因?yàn)橐紤]到實(shí)際操作以及耗電量問(wèn)題，根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)及有關(guān)因素，適宜的電場(chǎng)強(qiáng)度范圍應(yīng)在0.8～1.0kV之間。

綜上，影響天津原油電脫鹽脫水因素的適宜范圍見(jiàn)表2。

表2 影響因素適宜范圍Tab.2 Appropriate range of factors influencing

3 正交試驗(yàn)

3.1 正交試驗(yàn)方案設(shè)定

影響原油電脫鹽效果的最主要因素有破乳劑用量、溫度、注水量、電場(chǎng)強(qiáng)度4種，利用正交試驗(yàn)對(duì)這四種因素進(jìn)行工藝參數(shù)優(yōu)化，找到他們的主次關(guān)系，并得到最優(yōu)值。

由圖1～4可知，脫后原油含鹽量滿足要求的同時(shí)含水率均達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，所以正交實(shí)驗(yàn)以脫鹽率為參考。設(shè)破乳劑用量（μg·g-）1、溫度（℃）、注水量%（W）、電場(chǎng)強(qiáng)度（kV）依次為ABCD因素，采用=9的正交試驗(yàn)見(jiàn)表3。

表3 脫鹽脫水因素及水平Tab.3 Factors and levels of desalting

因?yàn)楸?中的極值是反映同一個(gè)因素在不同水平下的波動(dòng)情況，R'如果值越大，說(shuō)明該因素對(duì)處理效果的影響越大，反之，則說(shuō)明該因素對(duì)處理效果的影響越小。從表4可知，R（D）＞R（B）＞R（A）＞R（C），說(shuō)明電場(chǎng)強(qiáng)度是影響天津原油電脫鹽效果最大的因素。影響因素的大小依次為電場(chǎng)強(qiáng)度＞脫水溫度＞破乳劑用量＞注水量。最佳工藝條件為A1B2C1D3，即：破乳劑用量70μg·g-1，破乳溫度85℃，注水量7%，電場(chǎng)強(qiáng)度1.0kV。

表4 正交試驗(yàn)情況對(duì)比與分析Tab.4 Comparison and analysis of orthogonal experiments

3.2 最佳工藝條件下的電脫鹽脫水實(shí)驗(yàn)

在最佳工藝條件下，即：破乳劑用量70μg·g-1，破乳溫度85℃，注水量7%，電場(chǎng)強(qiáng)度1.0kV，進(jìn)行3次重復(fù)實(shí)驗(yàn)，以檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 優(yōu)化工藝條件下的電脫鹽實(shí)驗(yàn)結(jié)果Tab.5 Result of electric desalting unit in optimal process conditions

從表5可以看出3次實(shí)驗(yàn)的結(jié)果均比正交試驗(yàn)里最好的結(jié)果好，且含鹽量≤3.0mL·L-1、含水量≤0.3（w）%，均達(dá)到了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)要求。

4 結(jié)論

（1）破乳劑179對(duì)天津原油破乳脫水有較好的效果，在加劑量120×10-6，溫度為65℃的恒溫水浴中停留90min，脫水率達(dá)到93.7%。

（2）通過(guò)正交試驗(yàn)可得天津原油電脫鹽脫水最適宜工藝條件為破乳劑用量70μg·g-1，破乳溫度85℃，注水量7%，電場(chǎng)強(qiáng)度1.0kV，且原油脫后含鹽量含水量均符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，為天津原油的脫鹽脫水問(wèn)題提供了依據(jù)。

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Research on crude oil electric desalting and dewatering in Tianjin Refinery

YU Xiao-ai，WANG Hong-guo，XU Wei-li，MA Meng-yao，GAO Jing，LIAO Ke-jian
（School of Petrochemical Engineering,Liaoning Shihua University，F(xiàn)ushun 113001，China）

According to the nature of the crude oil of Tianjin Refinery,the study of static dewatering and desalting was simulated in laboratory.Four factors of de-emulsifier volume,water volume,temperature and electric field intensity were investigated by simple variable method.The best conditions were obtained by orthogonal test, which were de-emulsifier volume 70μg·g-1,temperature 85℃,water injection 7%,electric field intensity 1.0kV. After dehydration,the salinity was≤2.9mg·L-1,moisture was≤0.28%,which meets the requirements of the crude oil refinery.

Tianjin crude oil；demulsifier；orthogonal test；salinity；moisture

TE624.1

A

1002-1124（2014）10-0039-04

2014-09-09

于曉愛(ài)（1989-），女，遼寧石油化工大學(xué)分析化學(xué)專業(yè)碩士研究生（2012-），從事石油化學(xué)品的研制與開(kāi)發(fā)。

王洪國(guó)（1971-），男，博士，副教授，從事清潔燃料和石油化學(xué)品的研制。