《第五章原油净化》教学课件

1、第五章原油净化第1页，共60页。第五章 原油净化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2页，共60页。5.1 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）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。 第3页，共60页。5.1 原油乳状液“

2、 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。第4页，共60页。5.1 原油乳状液原油乳状液的生成：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。第5页，共

3、60页。5.1 原油乳状液三、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第6页，共60页。5.1 原油乳状液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。第二类，高分子有机物，如沥青、沥青质等，凝胶状界面

4、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。第7页，共60页。5.1 原油乳状液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8页，共60页。5.2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。第9页，共60页。5.2原油脱水的基本方法一、原油热化学脱水将含水原油加热到一定温度，并在原

5、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。第10页，共60页。5.2原油脱水的基本方法2.原油破乳剂的破乳机理表面活性作用 破乳剂是高效能的表面活性物质，易吸附于油水界面，降低界面膜的表面自由能，致使形成的“ /型” 乳状液不稳定，界面膜在外力作用下极易破裂，水突破界面膜进入外相，从而油水分离。反相作用 采用亲水性的乳化剂将“ /型” 转化为“ /型” （具有

6、不稳定性）。第11页，共60页。5.2原油脱水的基本方法“ 润湿” 和“ 渗透” 作用 溶解吸附在油水界面的天然乳化剂；降低原油的粘度；透过薄膜与水饱和，形成亲水的吸附层。有利于水滴碰撞合并、沉降。反离子作用 离子型破乳剂的特性。原油乳状液中的水滴表面吸附一部分正离子而带正电，互相排斥难于合并。离子型破乳剂中和水滴的正电荷，静电斥力减弱，破坏受同性电保护的界面膜。第12页，共60页。5.2原油脱水的基本方法3.热化学脱水流程1分离缓冲罐 2电加热炉 3静电脱水器 4缓冲罐必须有破乳剂加入地点和油水分离容器。第13页，共60页。5.2原油脱水的基本方法二、重力沉降脱水 气油比较大时，在油气水三相

7、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。第14页，共60页。5.2原油脱水的基本方法第15页，共60页。5.2原油脱水的基本方法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。d.油、水流出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

8、排出。第16页，共60页。5.2原油脱水的基本方法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 第17页，共60页。5.2原油脱水的基本方法三、利用离心力脱水重力沉降法脱水，含水原油在罐内的停留时间长。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。第18页，共60页。5.2原油脱水的基本方法四、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亲水固体物质的性质：1.良好的

9、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第19页，共60页。5.2原油脱水的基本方法五、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、振荡聚结。第20页，共60页。5.2原油脱水的基本方法（1

10、）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。第21页，共60页。5.2原油脱水的基本方法（1）电泳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至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。第2

11、2页，共60页。5.2原油脱水的基本方法（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。偶极相互吸引多个水滴形成水链，正负，水滴相互碰撞，合并成大水滴，从原油中沉降分离。 第23页，共60页。5.2原油脱水的基本方法（2）偶极聚结 偶极聚结在整个电场中进行。第24页，共60页。5.2 原油脱水的基本方法聚结力大小直接影响脱水效果。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

12、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” 。 第25页，共60页。5.2原油脱水的基本方法（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，振荡聚结的效果愈好。 综上所述： 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。 第26页，共60页。5.2

13、原油脱水的基本方法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。 第27页，共60页。5.2原油脱水的基本方法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

14、，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。 第28页，共60页。5.2原油脱水的基本方法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。提高了净化原油的质量，处理每吨原油的耗电量降为原直流电脱水的1/2以下。第29页，共60页。5.2原油脱水的基本方法3. 原油电脱水器第30页，共60页。5.2原油脱水的基本方法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）

15、卧式电脱水器的结构 下图为我国油田常用的卧式电脱水器的结构示意图。 第31页，共60页。5.2原油脱水的基本方法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。 第32页，共60页。5.2原油脱水的基本方法（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

16、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。 第33页，共60页。5.2原油脱水的基本方法脱水器停产检修时，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0.15MPa，避免器内有气体析出，影响水滴的沉降和电场的稳定。操作压力一般在(1.53)*105Pa范围内。第34页，共60页。5.2原油脱水的基本方法电脱水器的操作温度

17、，宜使原油的运动粘度在低于50mm2/s的条件下进行脱水。随着脱水温度的升高，原油粘度下降，有利于水滴的沉降和脱水质量的提高。实践表明，加热含水原油的费用往往大于电耗费用，因此 ，在保证脱水质量的前提下，尽可能降低脱水温度。原油含水率的要求：一般认为进入电脱水器较适宜的含水率为1530。第35页，共60页。第六章原油稳定第36页，共60页。第六章原油稳定原油稳定的目的原油稳定的方法原油稳定设备 第37页，共60页。6.1 概述 原油中含有C1C4的挥发性很强的轻组分，常温常压下是气体，从原油中挥发时会带走大量的戊、己烷等组分，造成原油的大量损失。将原油中挥发性强的轻组分比较完全地脱出，降低原油

18、在常温常压下的蒸汽压，这一工艺过程称原油稳定。第38页，共60页。6.1 概述原油稳定的目的：降低原油蒸汽压，减 降低原油蒸汽压，减少集输、储存中的蒸发损耗。 少集输、储存中的蒸发损耗。一般降到最高储存温度下饱和蒸汽压为当地大气压力的0.7倍。在有特殊要求的情况下，还可以再低些。第39页，共60页。6.2 原油稳定方法采用的方法：闪蒸法（常压、负压或正压） 蒸馏法原油组成不同，处理过程的工艺条件不同，决定了原油稳定方法不同。原油稳定效果：轻组分的拔出率 装置的投资和运行费用 第40页，共60页。6.2 原油稳定方法一、原油蒸气压的影响因素温度 同一种原油的蒸气压随温度的升高而增大。组成 相同温

19、度下，轻烃含量高的原油蒸气压高。降低原油蒸气压： 1.降低温度：受工艺条件限制，不易实现 2.减少轻组分含量：切实可行 第41页，共60页。6.2 原油稳定方法二、闪蒸法原理：利用原油中轻重组分挥发度不同实现轻重组分的分离。在某一温度下，降低原油压力，轻组分由于饱和蒸气压高，率先挥发出来，重组分也有部分析出但数量少，气相中轻组分含量高，从而达到从原油中分离出轻组分的目的。未稳定原油的闪蒸分离过程的实质：是一次 平衡汽化过程。第42页，共60页。6.2 原油稳定方法闪蒸分离的原理流程原油组成、进料温度、轻组分拔出率的要求不同：负压、常压或微正压三种闪蒸方法。1、负压闪蒸原油稳定的闪蒸压力（绝对压

20、力）比当地大气压低即在负压条件下闪蒸，以脱除其中易挥发的轻烃组分，这种方法称为原油负压稳定法，又称为负压闪蒸法。负压稳定的操作压力一般比当地大气压低0.030.05MPa；操作温度一般为5080。 第43页，共60页。6.2 原油稳定方法负压闪蒸的典型工艺流程示意图第44页，共60页。6.2 原油稳定方法稳定工艺过程：未稳定原油 一般在5060C温度下进入负压稳定塔。塔的顶部与压缩机进口相连，使塔的真空度保持在200400毫米汞柱范围内。由于负压，原油中的轻组分挥发进入气相，经压缩机增压、脱除轻油和水后外输。稳定后的原油由塔底流出，经泵增压后输送至矿场油库，或进罐储存在经泵送至矿场油库。第45

21、页，共60页。6.2 原油稳定方法 负压闪蒸法的适用范围该法适用于密度较大的原油，因为较重的原油中所含的轻组分较少，负压闪蒸能得到较好的效果。否则，原油汽化量较大，利用气体压缩机抽吸耗功过多，经济上不合理。当每吨原油的预测脱气量在5m3左右时，适合采用此法。当原油中所轻组分较多时，采用加热闪蒸法，适当提高分离压力，在常压或微正压下操作。 第46页，共60页。6.2 原油稳定方法2.加热闪蒸加热闪蒸是在常压或微正压下进行。这种方法的闪蒸温度一般要比负压闪蒸法高，需要在原油脱水温度（或热处理温度）的基础上，再进行加热（或换热）升温才能满足闪蒸温度要求。由于稳定原油温度较高，应考虑与出塔合格原油换热

22、以回收一部分热量。操作压力一般在0.120.40MPa ，操作温度则根据操作压力和未稳定原油的性质确定，一般为80120，特殊情况在130以上。第47页，共60页。6.2 原油稳定方法加热闪蒸稳定工艺流程第48页，共60页。6.2 原油稳定方法三、分馏法稳定分馏法稳定：根据精馏原理脱除原油中的易挥发组分。通俗来讲，就是根据轻重组分挥发度不同去除原油中的轻组分。精馏：挥发度不同的组分所组成的混合液在精馏塔中同时多次地进行部分气化和部分冷凝，使其分离成几乎纯组分的过程。分馏法稳定的实质：多次平衡气化过程 第49页，共60页。6.2 原油稳定方法根据操作压力不同，分馏法可分为常压分馏和压力分馏。前者

23、的操作压力为常压50kPa（表压），需设塔顶气体压缩机和塔底泵，适用于密度较大的原油。压力分馏的操作压力在50100kPa（表压）之间，一般可以不设塔顶气体压缩机和塔底泵，适用于密度较小的原油。根据精馏塔的结构和回流方式的不同，分馏法又可分为提馏稳定法、精馏稳定法和全塔分馏稳定法等三种。工程上常见提馏稳定法和全塔分馏稳定法两种。第50页，共60页。6.2 原油稳定方法1.提馏稳定法提馏稳定法工艺流程如下页图所示。该稳定塔内只设提馏段。原油从稳定塔的顶部进塔后随即在塔顶闪蒸。闪蒸后的原油在沿着各层塔板流向塔底的过程中，通过与上升油气的多次接触，进行相间传质传热，使其中易挥发组分不断转入气相，将油气中的重组分不断冷凝下来，最后从塔底获得稳定原油。此法用于稳定原油质量要求高、对拔出气体纯度没有要求的原油稳定。 第51页，共60页。6.2 原油稳定方法提馏法原油稳定流程示意图加热炉（器）第52页，共60页。6.2 原油稳定方法2.全塔分馏稳定法 全塔分馏法工艺流程如下图所示。 该稳定塔内既有精馏段，亦有提馏段，塔顶有回流，塔底有再沸系统，亦称为完