油气集输概论第五章 原油净化

1、第五章第五章 原油净化原油净化 原油乳状液 原油脱水的基本方法 化学破乳剂脱水 重力沉降脱水 利用离心力脱水 利用亲水固体表面使乳化水粗粒化脱水 电脱水 原油净化的目的 油井产物：原油、天然气、水、盐、泥砂等。 其危害为： 水增大了油井采出液的体积流量，降低了设 备和管道的有效利用率； 增大了管道输送中的动力和热力消耗； 引起金属管道和设备的结垢与腐蚀； 对炼油加工过程产生影响。 第一节 原油乳状液 原油中水的种类： 游离水：常温下短时间内沉降分离 乳化水：很难用沉降法分出。 乳化水与原油的混合物称油水乳状液或 原油乳状液。 一、原油乳状液的类型 乳状液：两种（或两种以上）不互溶（或微量 互溶

2、）的液体，其中一种以极小的液 滴分散于另一种液体中，这种分散物 系称为乳状液。 “油包水型乳状液W/O”：水以极微小颗粒分散 在原油中，水是分散相（内相），油是连续相 （外相） 。 “水包油型乳状液O/W”：油以极小颗粒分散在 水中，油是内相、水是外相。 二、形成稳定乳状液的必要条件 系统中必须存在两种以上互不相容（或 微量互溶）的液体； 要有强烈的搅动，使一种液体破碎成微 小的液滴分散于另一种液体中； 要有乳化剂存在，使微小液滴能稳定地 存在于另一种液体中。 原油乳状液的生成： 原油中含水 含有天然的乳化剂 沥青质，胶质，环烷酸，脂肪酸，氮 和硫的有机物，石蜡，粘土，石粒等。 亲油憎水，一般

3、生成w/o型原油乳状液。 流动时析出的气体及管件、设备的搅动 三、原油乳状液的性质 分散度：分散相在连续相中的分散程度， 用内相颗粒平均直径的倒数表示。 粘度：原油粘度越大，乳状液粘度愈大； 与含水率有复杂的关系。 密度：原油含水含盐后，密度显著增大 电学性质：电导率随温度的升高而增大 介电系数：水80，油2 稳定性和老化 稳定性：乳状液不被破坏，抗油水分层 的能力。 老化：原油乳状液随时间的推移变得逐 渐稳定的性质。 影响因素： 分散度越高和原油粘度越大，稳定性好 乳化剂的类型和保护膜的性质：第一类， 低分子有机物，脂肪酸、环烷酸、低分子 胶质，界面保护膜强度低，稳定性低。 三、原油乳状液的

4、性质 稳定性和老化的影响因素续 第二类，高分子有机物，如沥青、沥青 质等，凝胶状界面膜，第三类，粘土、 砂粒、高熔点石蜡（C7080）固体乳化 剂，机械强度高，乳状液稳定性好。 内相颗粒表面带电 温度，温度增高，稳定性下降 水的PH值，PH值增加，稳定性变差 时间，随时间推移变得更稳定 第二节 原油脱水的基本方法 脱除游离水和乳化水，主要解决脱乳化水问题。 乳状液的破坏称破乳。 破乳过程：分散水滴相互靠近、碰撞、界面膜 破裂、水滴合并、沉降分离。 原油脱水方法：注入化学破乳剂、重力沉降脱 水、利用离心力脱水、利用亲水固体表面使乳 化水粗粒化脱水、电脱水等。 一、原油热化学脱水 将含水原油加热到

5、一定温度，并在原油 中加入适量的破乳剂。 目的：改变油水界面张力和乳状液类型， 破坏乳状液稳定性，达到油水分离的目 的。 1、破乳剂的分类和筛选 按分子结构：离子型和非离子型 离子型：溶于水时能电离形成离子 非离子型：在水溶液中不能电离。水溶 性、油溶性和部分溶于油的混合溶性三 类。 针对性强，使用时必须进行筛选。 2、热化学脱水流程 必须有破乳剂加入地点和油水分离容器。 二、重力沉降脱水 气油比较大时，在油气水三相分离器中 进行；气油比较小或基本不含气时，在 沉降罐中进行脱水。 1、沉降罐的结构和工作原理 1、沉降罐的结构和工作原理 沉降罐的工作过程 a.油水混合物由入口管经配液管流入沉 降

6、罐底部的水层内。 b.水洗 油水混合物向上通过水层时，由于 水的表面张力较大，原油中的游离水、 破乳后粒径较大的水滴、盐类和亲水固 体杂质并入水层。 水洗过程至油水界面处终止。 c.沉降 由于部分水从原油中分出，导致原油 从油水界面处沿罐截面向上流动的速度 减慢，为原油中较小粒径水滴的沉降创 造了有利条件。 经沉降分离后的原油由中心集油槽和 原油排出管流出沉降罐。污水经虹吸管 由排水管排出。 2、沉降罐工作效率的衡量标准及影响因素 沉降时间 油水混合物在罐内的停留时间，表 示沉降罐处理油水混合物的能力； 操作温度 原油中剩余含水率 脱除水中含油率 三、利用离心力脱水 重力沉降法脱水，含水原油在

7、罐内的停 留时间长。 设备为离心脱水机。 离心机的脱水速度远高于重力沉降脱水。 应用情况：我国仅用离心法测定原油含 水率；西方国家有用于原油脱水或污水 除油。 四、利用亲水固体表面使乳化水粗粒化脱水 脱水原理：利用油水对固体物质亲合状 况不同来实现油水分离 固体物质的性质： 1、良好的润湿性； 2、能长期使用，对油水不发生化学 反应，对油水性质无有害影响； 3、货源充足，价格低廉。 原油粗粒化脱水一般不作为独立的脱水 工艺，常与其他方法配合使用。 五、原油电脱水 对许多原油，特别是重质、高粘原油， 用其它的脱水方法尚不能达到商品原油的 含水率的要求，常使用电脱水法。 电脱水常作为原油乳状液脱水

8、工艺的 最后环节。 1、电脱水机理 将原油置于高压直流或交流电场中，由 于电场对水滴的作用，削弱了水滴界面 膜的强度，促进水滴的碰撞，使水滴聚 结成粒径较大的水滴，在原油中沉降分 离出来。 聚结方式：电泳聚结、偶极聚结、震荡 聚结。 （1）电泳聚结 把原油乳状液置于通电的两个平行电极 中，水滴将向同自身所带电荷极性相反 的电极运动，即带负电荷的水滴向正电 极运动，带正电荷的水滴向负极运动， 这种现象称为电泳。 电泳过程中，水滴受原油的阻力产生拉 长变形，削弱了界面膜的机械强度。 水滴的大小不等、带电量不同，运动速 度也不同。水滴会发生碰撞。 削弱的界面膜破裂，水滴合并、增大， 沉降。 （）电泳

9、聚结 未发生碰撞合并或碰撞合并后还不足以 沉降的水滴将运动之与水滴极性相反的 电极区附近。水滴在电极区附近聚集， 增加了碰撞合并的几率，使原油中大量 小水滴主要在电极区附近析出。 电泳过程中水滴的碰撞、合并称为电泳 聚结。 （2）偶极聚结 高压直流或交流电场中，水滴受电场的 极化和静电感应，两端带上不同极性的 电荷，形成诱导偶极。 水滴两端同时受正负电极的吸引，水滴 上作用的合力为零，水滴拉长变形，界 面膜机械强度降低，两端强度最弱。 多个水滴形成水链，正负偶极相互吸引， 水滴相互碰撞，合并成大水滴，从原油 中沉降分离。 （）偶极聚结 偶极聚结在整个电场中进行。 （）偶极聚结 聚结力大小直接影

10、响脱水效果。 聚结力与水滴半径的平方成正比； 与(a/l)4成正比，（a/l）取决与含水率大小。 原油含水率小于0.1时，水滴中心距l是水滴直径 8倍以上，偶极聚结将不起作用。 与电场强度E2成正比。 电场强度过高，椭球形水滴两端受电场拉力过大， 一个小水滴拉断成两个小水滴，产生“电分散”。 4 22 6 l a aKEF （3）振荡聚结 水滴中常带有酸、碱、盐的各种离子 交流电场中电场方向不断改变，水滴内 的各种正负离子不断做周期性往复运动， 使水滴两端的电荷极性发生相应变化， 界面膜受到冲击，强度降低甚至破裂， 水滴聚结沉降。这一过程称振荡聚结。 水滴愈大，离子对界面膜的冲击作用愈 大，振

11、荡聚结的效果愈好。 交流电场中破乳作用在整个电场范围内 进行，直流电场中破乳主要在电极区附 近进行。 交流电场内水滴以偶极聚结、震荡聚结 为主；直流电场内水滴以电泳聚结为主， 偶极聚结为辅。 电法脱水只适宜于油包水型乳状液。 原油的导电率很小，乳状液通过极 间空间时，电极间电流很小，能建立起 脱水所需的电场强度。 水包油型乳状液通过极间空间时，由于 带有酸碱盐等离子的水是良导体，导致 极间电压下降，电流猛增，产生电击穿 现象。 含水率较高的油包水型乳状液，电法脱 水也易产生电击穿现象。一般进入电脱 水器的原油含水率低于30。 2、交直流电场脱水与双电场脱水 交直流电场脱水效果对比 a.交流电场

12、不宜处理含水率较低的原油乳状液， 即交流电场脱水后净化油含水率高，约为直 流的35倍； b.交流电压呈正弦曲线变化，脱水效率较低， 处理量低； c.交流电场中水滴易排成水链使电场短路； d.水滴界面膜受到的振荡力较大，脱出水清澈， 水中含油率低； e.电路简单，无需整流设备。 双电场脱水 在原油含水率较高的脱水器的中下 部建立交流电场，而含水率较低的中上 部建立直流电场。 提高净化原油的质量，处理每吨原 油的耗电量降为原直流电脱水的1/2以下。 3、 原油电脱水器原油电脱水器 电脱水常作为原油乳状液脱水工艺的最后环 节，原油电脱水器也成为油田最常用的设备之一。 （一）卧式电脱水器的结构一）卧式

13、电脱水器的结构 下图为我国油田常用的卧式电脱水器的结构 示意图。 电脱水器内原油脱水过程： 含水原油由管进入脱水器内油水界 面下的分配头（或多孔配液管）。由分配 头流出的含水原油经水洗除去游离水后， 自下而上沿水平截面均匀地经过电场空间。 在高压电场下，从原油中分出的水滴沉降 至脱水器底部，经放水排空口排出。净化 原油经管流出。 （二）脱水器的操作和工艺参数 脱水器投产时，应先向脱水器内注入净化原油， 通电建立电场后才进含水原油，使脱水器转入 正常运行。脱水器进油管线上装有流量计，指 示脱水器的瞬时和累计含水原油处理量。在净 化油出口管线上设有取样阀，检查净化原油的 残余含水率。 脱水器正常运行时，应连续排放原油中脱出的 水。排水可以手控，也可由油水界面液位控制 的电磁阀自动实施。排出水可经看窗，根据 排出水的颜色判断脱水器的运行是否正常。 脱水器停产检修时，应切断电源，排空体内液 体，并用蒸汽吹扫脱水器内残存的油气后，方 能进入器内进行检修和清除器底沉积的油泥。 脱水器的压力，应高于脱水温度下含水原油的 饱和蒸气压0.15