油气集输-原油净化

1,第三节热化学脱水,化学破乳剂的破乳机理；化学破乳剂的分类；化学破乳剂的选择和应用；热化学沉降脱水器。,2,一、化学破乳剂的破乳机理,表面活性作用反相作用“润湿”和“渗透”作用反离子作用,3,1.表面活性作用,破乳剂都具有高效能的表面活性物质，它们很容易吸附在油水界面上，降低界面膜的表面自由能，使形成W/O型乳状液变得很不稳定，界面膜在外力作用下极易破裂，从而使乳状液微粒内相的水突破界面膜进入外相，从而使油水分离。,4,2.反相作用,原油乳状液是在原油中憎水的乳化剂作用下形成的，称W/O型乳状液。采用亲水型的破乳剂可以将乳状液转化为O/W型乳状液，借乳化过程的转换以及水包油型乳状液的不稳定性而使油水分离。,5,3.“润湿”和“渗透”作用,破乳剂可以溶解吸附在油水界面的胶质、沥青质等天然乳化剂，降低原油粘度，透过薄膜与水饱和，形成亲水的吸附层，有利于水滴碰撞时的合并，达到水滴沉降分离。,6,4.反离子作用,由于原油乳状液中分散相的水滴表面上吸附了一部分正离子，使分散相往往带正电，分散相的水滴之间互相排斥，水滴难于合并。如果在原油中加入离子型的破乳剂，它们吸附在水滴表面上并将正电荷中和，使水滴间的静电斥力减弱，破坏受同性电保护的界面膜，使水滴合并沉降下来。,7,二、化学破乳剂的分类,国内外生产的化学破乳剂已达1000多种。化学破乳剂可以按分子结构、分子量大小、镶嵌方式、聚合段数、起始剂具有活泼氢官能团的数量、溶解性能等进行分类。,8,按分子结构可把破乳剂分为离子型和非离子型两大类。破乳剂溶于水时，凡能形成电解质的称为离子型破乳剂；凡在水溶液不形成电解质的，称为非离子型破乳剂。,二、化学破乳剂的分类,9,1.离子型破乳剂,离子型破乳剂按其在水溶液中具有表面活性作用的离子的电性，可分为阴离子、阳离子和两性离子等类别。烷基磺酸钠、烷基苯磺酸钠等属于对原油脱水效果较好的阴离子型破乳剂。,10,2.非离子型破乳剂,非离子型破乳剂是以环氧乙烷、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，有催化剂存在时按照一定反应程序聚合而成的。,11,非离子型破乳剂的分子量多在100010000之间，具有较高的活性和较好的脱水效果。例如聚氧烷基醇（SP169、BP2420）、聚氧烷基多胺（AP221、9901、AE8051）等破乳剂。,2.非离子型破乳剂,12,（1）非离子型化学破乳剂的优点,用量少。每吨原油的用量约为2050ppm（质量）；不产生沉淀。脱出的水中含油少。脱水成本低。,13,（2）非离子型破乳剂的类型,根据溶解性能，非离子型破乳剂可分为水溶性、油溶性和部分溶解于水、部分溶解于油三类。,14,水溶性破乳剂,水溶性破乳剂，如SP169、SAE等，可根据需要配制成任意浓度的水溶液，无须象油溶性破乳剂那样用昂贵的甲苯、二甲苯等溶剂油稀释。破乳脱水后，剩余的破乳剂仍留在脱出水中，这部分水可掺混注入原油乳状液内，使剩余的破乳剂得到充分的利用。,15,油溶性破乳剂,油溶性破乳剂如RA101、DAP2031、VH6535、POI2420等，其特点是不会被脱出水带走，且随着水的不断脱出，原油中破乳剂的浓度逐渐提高。这有利于净化原油含水率的继续下降。油溶性破乳剂的分子量一般较水溶性的大，净化油的能力比水溶性的高，但脱出水含油率稍高。,16,部分溶于水、部分溶于油的化学破乳剂,部分溶于水、部分溶于油的化学破乳剂，如AP、AE等，能增加使用的灵活性。根据现场使用经验：原油含水率超过40%时，油溶性破乳剂使用效率高，水溶性破乳剂使用效率略差。,17,三、化学破乳剂的选择和应用,对化学破乳剂的基本要求；化学破乳剂的优选；热化学脱水的加药部位选择；破乳剂的加入方式。,18,1.对化学破乳剂的要求,（1）较强的表面活性化学破乳剂的表面活性应比原油中天然乳化剂的活性大得多，有的文献认为应大1001000倍，使化学破乳剂能迅速占据油水界面，降低乳化水滴的界面张力和界面膜的强度，破坏原油乳状液、防止进一步乳化，降低粘度和加速油水分离的作用。,19,1.对化学破乳剂的要求,（2）良好的润湿能力化学破乳剂对原油中的固体乳化剂应有较好的润湿能力，以便吸附在固体粉末上，把砂、粘土等粉尘拉入水相，把石蜡晶粒拉入油相，破坏固体粉末界面膜的作用，使油水分离。,20,1.对化学破乳剂的要求,（3）很高的絮凝和聚结能力吸附在水滴界面上的破乳剂，应对邻近水滴具较大的吸引力，使水滴聚集，这一过程称为絮凝。絮凝能力强，就能增加水滴碰撞和聚结的机率。絮凝在一起的水滴应能迅速合并成大水滴从油相中沉降分出，即破乳剂还应有较强的聚结能力。,21,1.对化学破乳剂的要求,（4）破乳温度低，破乳效果好在较低温度下就能使原油乳状液破乳，破乳后原油中残存的水量少，脱出水中的含油量少。做到油净、水清。,22,（5）成本低，用量少。（6）对金属管路和设备不产强烈的腐蚀和结垢，破乳剂对人体应无毒、无害，不易燃、不易爆。（7）破乳剂应有一定的通用性，即原油乳状液性质改变时仍能保持较高的脱水效果。,1.对化学破乳剂的要求,23,一种化学破乳剂要完全满足上述要求往往是极为困难的。为取长补短，可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。这种现象称为破乳剂的协同效应或复配效应。复配效应为寻找脱水效果更好的化学破乳剂开辟了新的途径。,化学破乳剂的复配效应,24,2.化学破乳剂的优选,通过实验室筛选，结合生产系统的特点和要求，推荐现场工业性试验的破乳剂品种。在实验室试验应采用通用的瓶试验法，参照石油行业标准破乳剂使用性能检验方法中的规定进行。,25,评价破乳剂的性能指标,（1）脱水率在一定的静置沉降时间内原油中脱出水量与原有含水量之比。（2）出水速度在单位静置沉降时间内脱水率的大小。根据化学破乳剂品种的不同，出水速度可能有先快后慢、先慢后快、等速度出水三种情况。,26,（3）油水界面状态原油乳状液油水分层后，由于所用化学破乳剂的不同，油水界面可能呈不同的状态。有的油水分明，有的油水间存在油包水或水包油型乳状渡过渡层。随着时间的持续，有的过渡层能自行减薄或消失，即为暂时性过渡层；有的则很难消失，成为永久性过渡层。,评价破乳剂的性能指标,27,（4）脱出水的含油率单位质量脱出水中所含原油的质量称脱出水含油率。脱出水含油率愈小愈好，一般应小于0.05。（5）最佳用量在脱水温度下，达到规范要求的原油脱水率所需破乳剂的最小用量称为最佳用量。显然，破乳剂的最佳用量愈小愈好。,评价破乳剂的性能指标,28,（6）低温脱水性能若在较低温度下，化学破乳剂有较好的脱水性能，则可降低集输管路和脱水设备的工作温度，从而节省燃料并降低原油集输过程中的蒸发损耗。,评价破乳剂的性能指标,29,3.加药部位选择,破乳剂加入部位要注意药剂效能的发挥和管理方便。加入部位可在井口、计量站、集中处理站等集输流程各个环节。从发挥药剂效能来说，在井口加入最好，可从根本上抑制油包水型乳状液的生成；在计量站或接转站加药可起破乳降粘作用。,30,4.破乳剂的加入方式,破乳剂的加入方式应操作方便、连续均匀、浓度配制准确、并有计量设施。水溶性破乳剂的配制浓度宜稀释到1%10%，其溶液温度宜为3545。配液罐宜采用封闭容器。油溶性破乳剂可采用计量柱塞泵将破乳剂直接加入乳化原油管线中。,31,四、热化学脱水器,脱水器的结构型式脱水器的设计和选用,32,1.热化学脱水器的结构型式,立式沉降罐；卧式压力沉降罐；三相分离器。,33,当来油中含气量大时，可在三相分离器进行；当油气比很小或基本不含气时，可在立式或卧式脱水器中实施。立式沉降罐主要用于开式集输流程。卧式压力脱水器常用于密闭集输流程中，在油田上被广泛应用。主要有空筒式压力脱水器和聚结床压力脱水器；,1.热化学脱水器的结构型式,34,（1）空筒式压力脱水器,空筒式压力脱水器是一种重力沉降罐，利用液流的缓慢流动，将游离水和不稳定的乳化水分离出来。水位控制在分配管以上200300mm处。,35,空筒式卧式脱水器结构示意图1分配汇管；2分配配管；3进油管；4槽形折流板；5排水管；6集油汇管；7壳体；8孔口,36,（2）聚结床式压力脱水器,聚结床式压力脱水器是根据油、水对固体物质亲合状况不同，利用亲水憎油的固体物质制成各种聚结床来提高脱水效率。采用的固体填料有陶粒、瓷质矩鞍环、聚丙烯拉西环及其他新填料。,37,我国大港油田滨海站，试验成功了用陶粒作聚结填料的高含水卧式沉降脱水器。并在华北、胜利、江汉等油田得到推广应用，相继取得了一定的效果。,（2）聚结床式压力脱水器,38,陶粒聚结床式脱水器结构示意图l脱出水排出管；2高含水油进口管；3陶粒聚结床；4高含水原油配液管；5脱水后油出口管；6油水沉降分离室,39,滨海站工艺条件及脱水效果,40,用陶粒作聚结床对工艺参数的要求:油粘度应小干200mPas，凝固点小干35，含水大于30%，含砂小于0.05%；液流在陶粒层内停留时间宜为3min；陶粒的粒径为1015mm，机械强度大于4MPa；填料层压差应小于0.02MPa，当操作压差大于0.02MPa时，应立即热洗填料层。,（2）聚结床式压力脱水器,41,在脱水器内加设斜板和聚结材料，可以强化脱水效果，加速油、水重力分离的速度，在达到同样脱水效果下，缩短沉降时间，沉降温度可降低510，这是油田近几年来研究和推广的一项脱水技术。,（2）聚结床式压力脱水器,42,陶粒聚结加斜板卧式脱水器结构示意图1油水进口管；2加热器盘管；3陶粒聚结床；4斜板；5脱后油出口管；6脱出水排出管；7油水沉降分离室；8水力冲砂管,43,大庆油田南十联试验的聚结床沉降罐（规格为中3.6m16m）是采用瓷质矩鞍环、聚丙烯拉西环为聚结床填料，这种脱水器罐也取得较为理想的脱水效果。,（2）聚结床式压力脱水器,44,聚丙烯拉西环填料聚结床脱水器示意图l高含水油进口管；2隔板；3脱后油出口管；4出水排出管；5一连通阀；6油水沉降分离室；7拉西环填料；8鲍尔环填料；9壳体,45,瓷质拉西环沉降罐脱水效果,46,2.脱水器的设计和选用,沉降时间，即油水混合液在沉降罐的停留时间，我国各油田采用的沉降时间一般为2040min。脱水温度，即沉降温度，它与原油性质，加药条件有关。一般为4560。原油中剩余含水率，一般小于1000mg/L。,（1）设计参数,47,（2