电脱盐技术进展

信息检索与网络资源利用 电脱盐技术进展学生姓名：朱伟学 号：1303010527专业班级：化学工程与工艺1305 指导老师：孙昱东2014年 9月4日电脱盐技术进展摘要分析了电脱盐技术的现状与发展，介绍了电脱盐技术的工作原理以及在各方面上的应用，如：原油脉冲电脱盐、高速电脱盐、超声波电脱盐等，分析其优点与缺点，用电脱盐技术时充分考虑各方面因素，以实现装置的长期使用和安全运行，并且提高电脱盐的效率。介绍了国外炼油厂原油电脱盐的基本状况及最新技术动态；概述了国内原油电脱盐技术发展状况及应用水平，指出国内电脱盐技术在某些方面已达到国际先进水平。同时对国内电脱盐技术的发展趋势进行了分析。关键词：电脱盐技术；原油；效率；应用；Progress electric desalination technologyAbstractAnalysis of the current situation and development of electric desalting technology, introduces the principle of electrical desalination technology and in the application of the parties to the surface, such as: pulsed electric desalting crude oil, high-speed electric desalting, ultrasonic electric desalting, etc., to analyze its strengths and weaknesses, electricity fully consider various factors when desalination technology in order to achieve long-term use and safe operation of the device, and to increase the efficiency of electric desalting.Keywords：electric desalting technology; crude oil; efficiency; application;目录第1章 前言1第2章 电脱盐基本知识及发展12.1 电脱盐基本知识1第3章 电脱盐技术的应用33.1原油电脱盐技术33.2高速电脱盐技术63.3超声波电脱盐技术8第4章 结果分析与讨论10参考文献11第1章 引言原油深度加工对原料金属含量的严格要求，装置生产周期延长对设备连续无故障运行的相应要求，原油劣质化导致脱盐脱水难度加大等因素，使得原油电脱盐在炼油厂越来越受到重视。近十年来，电脱盐技术也随之取得了很大进展，并仍处于快速发展中。 第2章 电脱盐基本知识及发展2.1 电脱盐的基本知识电脱盐是原油进入蒸馏前的一道预处理工序。从地底油层中开采出来的石油都伴有水和泥沙，水中溶解有无机盐，如NaCl、MgCl2、CaCl2等，这些物质的存在对加工过程危害很大，因此要通过电脱盐将其除去。由于无机盐大部分溶于水，故而脱盐与脱水同时进行。为脱除悬浮在原油中的盐粒，在原油中注入一定量的新鲜淡水（注入量一般为5%），同时加入破乳剂，这样有助于对乳化剂中乳化膜的破除和无机盐的脱除；充分混合后，在电场的作用下，使微小水滴聚结成大水滴，在重力作用下，使油水分离的工艺流程称为电脱盐。从地下采出来的原油含有很多的水分和盐类，这些盐类大多以NI、V等微量金属与钠量小于等形这些酸性离子形成无机盐或式存在，还有与烃类形成有机络合盐。原油中盐和水的存在给常减压装置及后续装置的平稳操作、设备腐蚀带来相当大的危害。原油中的水分在换热流程中随着原油温度的升高逐渐被汽化，不仅带走了大量热量，降低了热量的有效传输，增加了塔顶冷却系统对水蒸气的冷却负荷，也就是增加了能耗，而且增加了流程压降，给换热器的安全运行造成危害，大量的水汽化甚至造成机泵抽空、换热器泄漏、分馏塔冲塔等安全事故。简单地说，原油电脱盐就是在电场、破乳剂、温度、注水、混合强度等因素的综合作用下，破坏原油乳化状态、实现油水分离的过程。由于原油中的大多数盐溶于水，这样盐类就会随水一起脱掉。原油电脱盐是怎样实现的呢？首先是打破原油的乳化状态，这需要破乳剂来实现。破乳剂是一种表面活性较强的化学混合物，主要组分是烷基酚醛树脂、环氧乙烷和环氧丙烷的共聚物。破乳剂实际上也算是一种乳化剂，它的破乳原理就是利用破乳剂相对于原油中的乳化剂的表面活性更强、表面张力更小的特点，使其能够破坏原有乳化液牢固的吸附膜，将水分夺过来，形成新的、不稳定的乳化液。破乳剂一般在原油泵的入口加入，经过原油泵叶轮的高速旋转、管线运输的强力搅拌，逐渐渗透到乳化液的界面，发挥作用，破坏原有的乳化状态，为油水分离提供了先决条件。现在有种新的破乳技术超声波破乳，即在混合阀后、脱盐罐前安装超声波发生器，对乳化液进行声波振荡，打破乳化膜，达到破乳的目的，现在这种技术尚未推广开。其次是在电场的作用下进行油水分离。原油经分配器进入脱盐罐内。原油中的水无规则地分布在油中，在外加电场作用下，微小水滴立即被电场感应极化，产生感生电荷，这些带电荷的偶极子之间彼此形成了不同强度的偶极电场。在外加电场和偶极电场的作用下，微小水滴趋向沿电力线方向定向排列。相邻水滴之间异性相吸，同性相斥，产生聚结力，在聚结力作用下，微小水滴的运动被加速。水滴的运动速度增加，可以帮助它冲破乳化膜的约束，增加水滴碰撞凝聚的机会。电场越强，水滴越大，水滴间间距越小，聚结力就越大，小水滴越容易互相碰撞合并成大水滴。最后，由于水的密度比原油密度大，大水滴逐渐沉降到脱盐罐底部。大量的水滴聚结成水层，这就是我们所说的“脱盐罐的界位”。脱出的水从罐底流出，而原油密度较小，上升并从罐顶流走。这样，油和水就分离开来，油中的盐分被水带走，实现了电脱盐的目的。第3章 电脱盐技术的应用3.1原油电脱盐技术 炼油厂加工的商品原油均含有一定量的盐和水。其中水质量分数一般小于 0.15%, 多以/ 油包水0( WP O)型乳状液的形式悬浮于油相中, 其颗粒直径为10 20 nm,具有较高的稳定性。原油中的盐类主要以碱金属和碱土金属盐酸盐的形式溶解于原油所含的微小水滴中,少量为碳酸盐、 硫酸盐、 有机酸盐和重金属卟啉螯合物, 此类盐在原油加工过程中会增加能耗、 腐蚀和堵塞设备、 引起催化剂中毒, 严重影响安全生产和产品质量。为此,原油深加工过程要求脱盐后原油的盐质量浓度不大于 310mgP L, 水质量分 数不大于0.13% ,污水含油浓度不大于500 mgP L。原油脱盐本质上就是脱水, 即采用物理或化学方法使原油乳状液破乳, 实现油水分离。文献报道的原油脱盐P 脱水方法有机械法、 电化学法、 声化学法、 磁处理法、 过滤法和生物法等十余种, 现仅有电化学法得到普遍应用。原油电脱盐技术产生于20 世纪50 年代,经过近60 年的发展,已从第一代交流电脱盐技术、 第二代交直流联合电脱盐技术逐步向第三代脉冲电脱盐技术过渡。脉冲电脱盐技术突出的优点是电耗低、 脱盐效率高、 对劣质原油的适应性强、 设备运行稳定性高。目前, 我国的电脱盐技术仍处于第二代水平, 电耗一般为0 1 3 110 kWhP t, 破乳剂用量为10 100 LgP g,二级脱盐后原油含盐浓度不大于310 mgP L 的约占56% 5; 存在的主要问题是脱盐能耗高、 效率低、 切水含油高、 对重质原油适应性差、 与国外先进水平差距较大。因此, 开发脉冲电脱盐技术对我国炼油行业具有非常重要的意义。在原油电脱盐过程中, 油水乳状液的破乳主要依靠电场的聚结作用来实现, 两个相邻水滴之间受到的聚结力为式中: E为原油的介电常数; E w 为水滴的介电常数;r 为水滴半径; s 为两水滴间的距离; E 为外加电场强度。对某种稳定的原油乳状液而言, 式中的r 和不因温度、 压力等外加工艺条件而改变, 水滴间的聚结力取决于电场强度 E, E 越大越利于水滴聚合,电脱盐效率就越高。但是电场强度存在一个临界值,即4 1 7 kVP cm 7; 超过此值,分散作用将占主导地位, 增加电场强度反而会使水滴分散得更小,降低脱盐P 脱水效率。第一代和第二代电脱盐技术的电场强度一般在800 1 500 VP cm之间, 与临界值有较大的差距, 电场强度过大则会因漏电击穿而中断供电, 这就限制了其脱盐效率的进一步提高。不同性质电场的破乳机理不同。研究发现:直流电场的脱盐P 脱水是利用电场对水滴极化所产生的偶极力聚结; 而交流电场则是利用极化水滴随电场的变化所产生的振荡和移动,形成偶极聚结和振荡聚结。由于受到电场强度的限制,这两种电场对乳化膜较厚的微水滴作用效果不太理想,当乳状液含水量较大或脱盐器乳化层较厚时, 易发生漏电短路, 造成原油脱盐P 脱水效果恶化。脉冲电脱盐工艺采用专用脉冲直流电源, 可以形成单向、 高压、 高频、 窄脉冲、 大空度比电场,其脉冲频率、 电场强度和占空比可实现连续可调。单向脉冲电压可分解为直流电压和交流电压的叠加。在直流脉冲电场中, 原油乳状液液滴对外电场的响应受到电介质松驰过程的控制 10 -11, 脉冲电场的最佳频率取决于连续相的松弛时间。原油乳状液是比较复杂的体系, 并非纯电介质 12。在使用绝缘电极的情况下, 乳状液和绝缘材料实际上构成了一个双层复合电介质。由于绝缘层的阻抗远大于容抗, 而乳状液的容抗远大于阻抗, 这种双层复合电介质可以看作 RC 串联电路 15。在该复合体系加以脉冲电场, 乳状液液滴间由于偶极诱导产生的相互作用力与电场的频率有关,频率过低, 则乳状液的电容大, 电压与电容成反比,分配在乳状液上的电压小, 乳状液液滴间产生的作用力也小; 频率过高, 则液滴不能很好地响应外电场的变化, 尽管电场强度很大,但由于液滴极化不好,作用力仍会大大降低。因此, 脉冲电场破乳存在着最佳频率 13。原油脉冲电脱盐P 脱水的微观机理可以归纳为四个方面,即偶极聚结、 振荡聚结、 水链聚结和强场冲击 9。在高频高压脉冲电场的作用下, 微水滴的运动规律为: 通电瞬间, 微水滴被极化形成偶极子,相邻的水滴产生剧烈的振动, 聚结、 长大速度快;继续通电, 聚结速度稍有下降, 并趋于稳定。随着加电时间的延长, 微米级的乳化水滴不断长大,分散度减小。同时, 还会出现沿不同方向排列的水链,平行的水链聚集在一起融合成大的水滴,继续形成更大的水链和水滴。高频高压脉冲电场的峰值在很短的时间内上升很高, 油相中的水滴反复受到突变电场的冲击,加速了水滴间的聚结。通过调节高频脉冲电场的频率和占空比, 可以使脉冲输出时间小于水链形成短路的时间。在形成水链短路前终止脉冲, 短路即消失。在短路消失后,再加下一个脉冲, 就可以避免电能泄漏,大大地提高脉冲电场的强度, 显著改善脱盐P 脱水效果和设备运行平稳性。由于脉冲电源为间歇供电方式,缩短了通电时间, 具有明显的节电效果。对于原油脉冲电脱盐工艺,脉冲电场的强度、 频率和占空比对电脱盐效果有较大的影响, 且对一、 二级电脱盐的影响程度不同。试验优选的一级脱盐参数为:脉冲场强3 000 3 500 VP cm,脉冲频率1 000 Hz, 占空比 50%; 二级脱盐参数为:脉冲场强4000 4 500 VP cm,脉冲频率 700 Hz,占空比30%。脉冲电脱盐工艺具有良好的脱盐P 脱水和节能效果。对试验所选用的原油而言, 在处理量提高 60%的情况下, 二级脱盐后原油的盐质量浓度为 210 mgP L, 水质量分数为 0.20%, 切水含油浓度为 51.7 mgP L,达到深度脱盐的技术要求。与普通 交流电脱盐相比, 脉 冲电脱盐节 电率达58.9%。2010年6月下旬 在原有流程不变的情况下对一级电脱盐罐内构件 电气以及仪表系统进行了相应的改造 改造后采用 脉冲变压器 采用脉冲电脱盐技术与常规交直流脱盐技术运行结果见表1。3.2高速电脱盐技术随着炼油加工技术的发展,原油电脱盐工艺在炼油厂中的地位已经由单一的防腐蚀手段而跃为原油预处理工艺,这就对电脱盐技术提出了更高的要求，而在油田和海上原油的开采过程中,由于注人了大量的水和乳化剂,使得原油含水比较高,油水乳化程度严重,而且根据油田开发年限和强化开采方式不同,原油含水的变化范围也比较大 。因此,无论在油田还是炼油厂,原油电脱盐作为必不可少的原油预处理装置,以及向深度脱盐脱水发展的趋势,越来越受到普遍的重视 原油电脱盐是在原油中注人适当的水和破乳剂,经过电脱盐装置,在一定的电场和温度作用下,破坏乳状液,实现油水分离沉降的过程，从而达到脱盐脱水的目的。原油电脱盐技术发展历程原油电脱盐装置的核心设备是电脱盐罐和内部电极结构 。电脱盐罐的形状和结构随着电脱盐工艺的发展而发展 。原油电脱盐罐的设备本体形式经历了立式 球形和卧式容器三个阶段。随着原油加工量不断增大也要求提高脱盐设备的生产能力 。制造高压大直径球形电脱盐罐时,金属耗量多,安装复杂,费用昂贵 。而卧式脱盐罐直径不大,可以避免这些缺点,适当延长设备长度又可满足生产能力的要求 所以目前国内外电脱盐罐的设计多采用卧式结构。 原油电脱盐罐的电极结构是多种多样的, 目前最常见的形式有水平式电极 、立式悬挂电极和单层及多层鼠笼式电极等。高速与低速电脱盐技术的区别在于 :( l )进料位置不同。高速电脱盐的进料位置在电极板之间的两个强电场的油相而不是在水相,避免了原油流动对水及杂质的垂直沉积影响 ,降低了油品携带水分的可能性,同时可实现油相与水相的快速分离。( 2 ) 原油进料分配管采用特殊喷头形式电脱盐罐的处理能力不取决于油品在电场中的停留时间,而取决于喷头的能力。高速与低速电脱盐技术比较见表 2。目前炼油企业普遍使用的电脱盐设备主要有以下 3 种类型。(l ) 交流电脱盐设备。采用水平电极板 ,脱盐雏由2 层或 3 层电极板组成。上 、下层电极板接地,中层电极板接电,这样上 层与中层电极板之间形成强 电场;中 、下层电极板之间形成弱电场 ,强弱电场均为交流形式。该设备电耗高、脱盐效率低,目前已很少使用。( 2 )交直流电脱盐设备。电极板在脱盐罐内以垂直式正 、负极相间布置,电流分布 自上而下 ,分为交流弱电场 、直流弱电场和直流强 电场该设备脱盐效率高 ,但 占地面积大、电耗高l l l o( 3 )高速电脱盐设备。高速电脱盐雄内设置 4层水平电极板 ,其中 l 层电极板接地 ,2 一4 层电极板送电,整个电脱盐罐内形成 l 个弱电场 、2 个强电场和 1个高强电场。由于电脱盐峨的上部乳化液含水少 ,电导率低 ;下部乳化液含水多,电导率高,因此按水滴的分布状况将电场 自下而上设计成强度逐渐增强的梯度电场。与上述两种设备相比,该设备处理量大 、占地面积小、电耗低。图 2 为高速电脱盐设备简图从高速电脱盐高效喷头的设计原理看 原油的轻重直接影响高效喷头的分配效果。尤其当加工油种较设计油种重时 ,分配效果将变差 。(2) 从充分利用 电场的角度来看,当原油加工量较高时,原油 以水平 方向薄片状向四周喷出效果就好,相邻的两个高效喷头分配 出的原油 区域就越接近于相切 ,电场的利用率就越高,脱盐性能也就越好。所以高速电脱盐对原油 的大处理量较适应。随着石油炼制及石化工 业的飞速发展,炼油厂大型化因具有资源综合利用水平高、规模效益明显等优点而成为当前的发展趋势。炼油装置规模的扩大,对电脱盐技术提出了更高的要求。国内炼油企业应根据所加工原油的性质对影响脱盐效果的关键参数,如电脱盐温度 、电场强度、破乳剂以及洗涤水的注人量等进行调整优化;在设计电脱盐罐时应留有余量 ,以增强设备对油品的适应能力。从高速电脱盐高效喷头的设计原理看 原油的轻重直接影响高效喷头的分配效果。尤其当加工油种较设计油种重时 ,分配效果将变差 。(2) 从充分利用 电场的角度来看,当原油加工量较高时,原油 以水平 方向薄片状向四周喷出效果就好,相邻的两个高效喷头分配 出的原油 区域就越接近于相切 ,电场的利用率就越高,脱盐性能也就越好。所以高速电脱盐对原油 的大处理量较适应。3.3超声波电脱盐技术原油加工的预处理主要是进行脱盐脱水，其效果关系到后续加工装置的正常运行。原油脱水脱盐的关键是通过物理或化学作用破坏其乳化结构，传统的原油破乳手段一般采用电场-化学破乳剂。然而，随着原油的重质化与劣质化，其乳化程度加剧，难以破乳，目前诸多企业面临类似问题。化学破乳剂有较大的局限性，单一破乳剂无法适应企业日益增多的原油品种，而且操作复杂、成本高，对后续原油加工及水处理带来不利影响。 超声波破乳技术是利用超声波的物理作用增强油水在电场与重力作用下的分离能力。超声波在传播过程中产生的机械振动作用，带动原油乳状液的剧烈振动，增加乳化液滴间的碰撞几率，降低乳化液滴的表面张力，从而有利于乳化液珠的聚结，生成更大直径的水滴，强化了重力和电场的作用下油水沉降分离的效果 。该部分研究了超声波-电脱盐组合技术在原油中的应用，并在中石化长岭分公司炼油二部常减压装置进行了工业应用试验，取得了良好效果。超声波电脱盐工艺技术原理 ：超声波电脱盐技术是由中石化齐鲁分公司研究院研制的专利技术，其主要原理为：将超声波装置安装在原油进常压电脱盐罐前的管道上，采用顺流-逆流超声波联合作用方式对注水后的原油进行破乳处理，增强油水在电场与重力作用下的分离能力。超声波在传播过程中产生的机械振动作用，带动原油乳状液的剧烈振动，增加乳化液滴间的碰撞几率，降低乳化液滴的表面张力，从而有利于乳化液珠的聚结，生成更大直径的水滴，强化了重力和电场的作用下油水沉降分离的效果，从而代替破乳剂的功效。 超声波振荡器产生频率可调的(1822 kHz)电子振荡， 经前置放大功率放大后通过输出变压器，施加于位于水套内的超声换能器，完成由电磁振荡至机械振荡的转换，并由机械振荡产生超声波，直接作用于管道内流过的原油。如图1所示，原油加热到120 左右，注水后经过混合阀分两路进入超声波作用区，超声波设备安装在进罐原油线上，经超声波作用后原油再进入电脱盐罐脱盐、脱水。 2.2 超声波仪表控制部分原理 超声波处理器采用模块化结构设计，主体安装在隔爆型防爆柜内，作为现场控制柜，通过 DCS 程序控制操作，实现自动运行。2 超声波电脱盐主要改造内容 该项目在2010年装置大修期间完成， 对装置现有流程不进行改动， 永坪炼油厂250万t/a常压装置原设计采用三级交直流电脱盐技术，利用酸性水汽提装置生产的净化水作为三级电脱盐罐注水，三级排水回注二级、二级排水回注一级，同时，在一、二、三级电脱盐罐混合阀前注破乳剂(破乳剂总注入量约75 ppm)，在电场作用下使油水分离，使脱后原油含盐满足装置生产需要，分离后的污水混合排放至污水处理装置进行处理。 2010 年 7 月，永坪炼油厂利用 250 万 t/a 常压装置大检修时间实施了超声波-电脱盐技术改造，常压装置原有电脱盐工艺流程基本不变，仅在原油一、二级脱盐罐之前、混合器与混合阀之后管路上增加一条副线，将超声波作用区安装在副线上，而三级电脱盐罐不做变化，改作沉降罐。采用物理的超声波破乳方法可以完全代替化学破乳剂,常减压装置电脱盐注破乳剂量在50PPM 左右,按年加工原油150 万吨计算,则年消耗破乳剂40- - 50 吨,破乳剂单价按1 万元/吨价格,则节约费用: 4050万元。采用超声波破乳的方法降低切水中带油量, 从而可以降低原油的加工损失量。自2010 年6 月采用超声波破乳技术以来,原油脱盐系统运行平稳, 脱盐效果明显改善,可以得出入以下结论: 超声波强化原油破乳是一种工艺过程简单, 成本较低, 效率较高的原油破乳手段,可完全替代破乳剂破乳, 满足原油脱后盐含量不大于3mg / l的指标要求;采用超声波破乳,原油脱盐后切水量、水中含油量减少、COD 值明显降低;采用超声波破乳技术还能够降低电脱盐电流,保证电脱盐系统平稳运行。结论 超声波破乳技术应用于原油脱盐脱水效果明显，显示出好的技术经济优势和工业应用前景。 超声波破乳技术应用于原油脱盐脱水可以明显降低破乳剂用量。 工业应用试验结果表明，采用超声波破乳技术可节能降耗，提高切水油含量的合格率。第4章 结果分析与讨论综上所述 为了提高常减压电脱盐系统的脱盐脱水率 可以在以下几方面对其继续进行改进1)通过电脱盐罐罐体的改大和强电场区空间的改大 降低原油在脱盐罐中的流速 延长原油在强电场中的停留时间。2)脱盐温度偏低 换热器所开副线太多 ，能量损失多， 需要优化脱前脱后换热网络 进一步提高脱盐操作温度 来改善脱盐效果。3)应改进供电系统 使之能提供更高的电压以提高整个电脱盐系统对各种加工方案和生产情况的适应能力 并需要在注水 破乳以及采样分析等方面做更多更细致的工作4)破乳剂的添加量和效果亟待改善 评选工作刻不容缓 对主要油种必须筛选出合适的破乳剂 破乳剂 脱钙剂的注入量是否合适 需要进一步的试验， 它们在一起配置是否会产生反应 是否影响各自的效果 需要进一步研究 ，要及时对注入量进行优化调整， 以适应不同的原油 只有深度脱盐脱金属才能保证装置的长周期安全运行。参考文献1 娄世松,周伟. 胜利原油脱水技术研究J. 石油化工腐蚀与防护, 2006,23(1): 8-12.2 白志山,汪华林,唐良瑞. 原油脱盐脱水技术评述J. 化工机械, 2004,31(6): 384-387.3 北京石油设计院. 石油化工工艺计算图表M. 北京:烃加工出版社,19854 李润仙 原油深度脱盐的探索 油气加工 2000. 10.1 67695 侯祥麟 中国炼油技术 第版 北京 中国石化出版社 20016 何晓莉 电脱盐技术改造 天然气与石油 2007 25.1 4445.7 杨德昌 . 实施装置电脱盐改造的技术特点分析. 大庆中蓝石化有限公司 8贾鹏林,娄世松,楚喜丽.原油电脱盐脱水技术M.北京:中国石化出版社,20109白志山,汪华林,唐良瑞.原油脱盐脱水技术评述J.甘肃:化工机械,2004(06).10陈海燕,漆新民.高压原油脉冲电脱水试验J.大庆:油气田地面工程,2000(01)11王正则,郑卫国 . 加工含硫(含酸)原油过程设备用金属材料J.石油化工腐蚀与防护l卯8,1 5(l): 7 一 1 412周培荣,贾肠林 ,许适群等 . 加工高硫原油与高酸原油的防腐蚀技术J . 全面肩蚀控制, 2的3 , 17 (3 ) : 4 一1 013张勇.加工高硫高酸原油设备的腐蚀分析与防腐措施 J . 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