第一章-原油电脱盐

1、2020/6/27,石油化工过程系统概论,1,Foreword,2020/6/27,石油化工过程系统概论,2,the oil and the natural gas (the raw materials),Petroleum product (oil product),oil refining,gasoline,kerosene,diesel,lubrication oil,liquefied petroleum gas,petroleum coke,paraffin wax,asphalt,fuel oil,ethylene, propylene, butadiene, benzene, t

2、oluene, xylene,organic chemical raw materials (approximately 200 kinds),synthetic materials,plastics,synthetic fibers,synthetic rubbers,The first step,Pyrolysis（热解）,The second step,(petrochemical products),石蜡,沥青,乙烯,丙烯,丁二烯,苯,甲苯,二甲苯,塑料,合成纤维,合成橡胶,2020/6/27,石油化工过程系统概论,3,第一篇 炼油系统的装置与设备,2020/6/27,石油化工过程系统

3、概论,4,The installment and equipment of the refinery system,crude oil electrical desalting Atmospheric and Vacuum Distillation Unit Catalytic cracking unit Delayed coking unit Catalytic Reforming Unit hydrogen plant Hydrogen Cracking Unit Hydrogen Refining Unit Desulphurization Unit Sulfur Recovery Un

4、it,2020/6/27,石油化工过程系统概论,5,第一章 原油电脱盐 Crude oil electrical desalting,2020/6/27,石油化工过程系统概论,6,1.1 The main use and technical process of electrical desalting,2020/6/27,石油化工过程系统概论,7,原油电脱盐是石油加工的第一道工序。,Main purpose,get rid of Alkali metals （碱金属）and Heavy metals,Antisepsis（防腐）,get rid of water ,Inorganic sal

5、t and Organic Sour salt（有机酸盐）,get rid of Mire（泥） and other impurity（杂质）,2020/6/27,石油化工过程系统概论,8,原油含盐含水的危害,原油含盐含水对原油储运、加工、产品质量及设备等均造成很大危害，主要为： （1）增加设备的负荷，增加动力、热能和冷却水等的消耗。 例如一座年处理量为250万吨的常减压蒸馏装置，如果原油含水量增加1%，热能耗将增加约7000MJ/h。 （2）影响常减压蒸馏的正常操作。 含水过多的原油，水分气化，气相体积大增，造成蒸馏塔内气速过大，易引起冲塔等操作事故。,2020/6/27,石油化工过程系统概

6、论,9,（3）原油中的盐类，随着水分蒸发，盐分在换热器和加热炉管壁上形成盐垢，降低传热效率，增大流动阻力，严重时导至堵塞管路，烧穿管壁、造成事故。 （4）腐蚀设备，缩短开工周期。 CaCl2+2H2O Ca(OH)2+2HCl MgCl2+2H2O Mg(OH)2+2HCl 加工含硫原油时，会产生H2S腐蚀设备。 （5）盐类中的金属进入重馏分油或渣油中，毒害催化剂、影响二次加工原料质量及产品质量。,2020/6/27,石油化工过程系统概论,10,原油从地层开采出来后先经过油田的脱水装置处理，要求将含水量降到0.5%，含盐量降至50mg/l。但由于油田脱盐脱水设施不完善或原油输送中混入水分，进入

7、炼油厂的原油仍含有不等量的盐和水分。,因此原油进入炼油厂后，必须先进行脱盐脱水，使含水量达到0.1%0.2%，含盐量5mg/l。对于有渣油加氢或重油催化裂化过程的炼油厂，要求原油深度脱盐，即原油含盐量3mg/l或含钠量1mg/l。,2020/6/27,石油化工过程系统概论,11,二、原油电脱盐的工序,原油电脱盐的工序包括： (1) 脱盐前水洗。用于除去原油中溶于水的酸（Sour） 、碱（alkali ）、盐( salt) 等无机物。 (2) 沉淀(Precipitation)。某些不溶于水的杂质，可以吸附在固体颗粒表面或聚集在水滴表面，随固体物或水滴一起沉淀，与油分离。 (3)破乳（ Demu

8、lsification ）。通过向原油中加入破乳剂，使水和杂质更有效的分离。,2020/6/27,石油化工过程系统概论,12,油中表面活性物质（如环烷酸、胶质、沥青质等）分散在水滴的表面，使水滴稳定地分散在油中，从而阻止了水滴的聚集。 因此，脱水的关键是破坏乳化剂的作用，使油水不能形成乳化液，细小的水滴就可以相互聚集成大的颗粒、沉降，最终达到油水分离的目的。 原油中的盐类大部分是溶于所含的水中，所以，脱盐脱水是同时进行的。,破 乳 原 理,2020/6/27,石油化工过程系统概论,13,三、破乳的方法： 1.化学破乳法：针对乳状液的性质，加入相应的化学破乳剂，可将稳定的乳状液转化为不稳定的状态

9、，从而达到脱盐脱水的目的。 2.电破乳法：加适当的破乳剂和高压电场联合作用的方法。,2020/6/27,石油化工过程系统概论,14,四、原油电脱盐的工艺流程,2020/6/27,石油化工过程系统概论,15,思考：在电脱盐过程中，注水的目的是什么？,2020/6/27,石油化工过程系统概论,16,二级电脱盐流程框图,2020/6/27,石油化工过程系统概论,17,The main procedure of Crude oil electrical desalting,2020/6/27,石油化工过程系统概论,18,technical process of Crude oil electrical

10、 desalting,2020/6/27,石油化工过程系统概论,19,第二节 原油电脱盐的工作原理,一、原油电脱盐的工作原理： 在高压交流电场内，原油中的微小水滴受到电场极化作用聚集成大水滴， 在油水密度差的作用，水滴在油中沉降分离，原油中的盐溶解于水，随水脱除。 沉降到下部水中的固体杂质也随水排出或沉积在罐底部。,2020/6/27,石油化工过程系统概论,20,二、水微滴间的聚结力F,两个球形水微滴之间的聚结力F可用下式计算 F6RE2r2(rd)4 (N) 式中 R油的介电常数，Fm； E电场强度，Vm； r水滴半径，m； d水滴间的中心距离，m 从上式可以看出，聚集力F同r2成正比。若r

11、由0.25m增大到2.5mm，聚结力F将增大108倍。因而在电场中一旦发生聚结后，随着水滴直径的不断变大，水滴间的聚结力也越来越大。,2020/6/27,石油化工过程系统概论,21,2020/6/27,石油化工过程系统概论,22,F6RE2r2(rd)4 (N) F与(r/d)4 成正比，而(r/d)值取决于原油含水率的大小。若原油含水率趋于零， (r/d)和F也趋于零。这说明原油含水率很低时，偶极聚结脱水效果变差。一般认为，原油含水率小于0.1%时，d将是水滴直径的8倍以上，聚结将不起作用。 电场强度E越大，F越大。但提高E有一定限度。当E等于或大于电场临界分散强度时，水滴受电分散作用，使已

12、聚集的较大水滴又开始分散。 国外文献介绍水滴的电场临界梯度为470 kV/cm。工业上实际采用的电场梯度远低于电场临界强度。我国现时各炼油厂采用的实际强电场梯度为5001000 V/cm,弱电场梯度为150300V/cm。,2020/6/27,石油化工过程系统概论,23,三、水滴在原油中的沉降速度VK,按照斯托克斯定律，水滴在原油中的沉降速度VK可用下式近似计算： VK=Kg(w-0)D2/0 式中 VK静止油中水滴的沉降速度，ms； K常数； G重力加速度，ms2 w水的密度，kgm3； 0油的密度，kgm3； D水滴的直径，m； 0油的粘度系数，Pas。,2020/6/27,石油化工过程系

13、统概论,24,VK=Kg(w-0)D2/0 由上式可见，增大两相间的密度差，减小原油粘度，均可增加沉降速度。 通过加热，可以降低原油粘度，促进水滴聚结，增大水滴直径； 同时随温度升高，而水的密度W下降的幅度比原油密度0变化小，即W - 0增大，因此加热原油有利于油水分离，此即为常用的加热沉降脱水法。 加热沉降脱水时，温度不能过高，否则原油中轻组分和水会气化，脱盐罐需采用很高压力才能正常操作，因此一般加热温度为100120左右，重油脱盐可选用125148 。,2020/6/27,石油化工过程系统概论,25,VK=Kg(w-0)D2/0 这些因素中，沉降速度与水滴直径的平方成正比，所以增大水滴直径

14、可以大大加快沉降速度，在原油脱盐脱水过程中，关键的是促进水滴聚结，增大水滴直径。 在电脱盐罐中水滴的下降与原油的上升运动是同时进行的，当水滴直径小到使其下降速度小于原油上升速度时，水滴就不能下沉，而随油上浮，达不到沉降分离的目的。,2020/6/27,石油化工过程系统概论,26,四、电脱盐的电耗,电脱盐的电耗可用下式近似计算： P=10-3Gi ri Ei2 式中 P每吨原油耗电量，Ws； Gi原油乳化液在不同电场中的等值电导，S； ri不同电场中原油的停留时间，s； Ei各个电场的电场强度，Vm； i电场个数，包括强电场和弱电场。,2020/6/27,石油化工过程系统概论,27,五、最大水滴

15、直径及最大临界电场强度,超过某一临界电场强度后，水滴被分散成小滴。最大水滴直径dmax及最大临界电场强度Emax为： dmaxC/E (m) EmaxK(/r)y (Vm) 式中 K、C、Y均为常数； 油水界面张力，N； r水滴半径，m； E电场强度，Vm,2020/6/27,石油化工过程系统概论,28,1.3 The Processing Parameter influencing the Crude Oil Electrical Desalting,2020/6/27,石油化工过程系统概论,29,1.The processing capacity of the crude oil,The

16、processing capacity of the crude oil determines the production capacity per unit of the electrical desalting tank. If the processing capacity exceeds the designing ability, the dehydration rate will be reduced during the desalting process. The designing ability is determined the structural type of t

17、he tank, the quality of the processed crude oil and the desalting temperature.,2020/6/27,石油化工过程系统概论,30,2.the injection capacity of the washing water,The suitable water content in the crude oil is the essential condition for the electrochemical coalescence of the tiny water drops. The experiment indi

18、cates that the desalting rate will be improved relatively high when the first injection capacity is 46% of the processing crude oil. Generally, the injection capacity in 5% is the most suitable. The second injection capacity in 4% is relatively reasonable. Over injection will cause the electric fiel

19、d unstable.,2020/6/27,石油化工过程系统概论,31,3.The mixing intensity of the crude oil and the water,The mixing intensity means the mixing degree of the crude oil, the washing water and the demulsifier. A certain mixing intensity should be ensured to improve the desalting effect. The scale of the mixing intens

20、ity is represented by the differential pressure of the mixing valve P. The mixing of the crude oil and the washing water is usually processed by the crude oil pump, the jet pump, the mixing column（混合柱）, the mixing valve and/or static mixer. If the mixing and the salt washing are not processed well e

21、nough, the salt content after desalting will be too much. Over-mixing may produce the emulsion（乳化液） which is uneasy to be damaged by the electric field.,2020/6/27,石油化工过程系统概论,32,4.The injection capacity and the type of the demulsifier,The injection capacity and the type of the demulsifier have an obv

22、ious effect on the separation between the oil and the water. The injection capacity and the type of the demulsifier are determined by the quality of the processed crude oil and the pre-processed degree of the crude oil. The injection capacity and the type of the demulsifier suitable for each crude o

23、il are assessed through the experiment.,2020/6/27,石油化工过程系统概论,33,5.The controlling position of oil-water interface level,The oil-water interface level in the desalting tank should be kept at a certain position lower than the electrode board but should not be too low. Otherwise, the oil carried with t

24、he water will be increased. If the water interface level or the emulsion layer is enhanced to the electrode zone, the electrode short circuit or the unstable voltage and current would be caused.,2020/6/27,石油化工过程系统概论,34,6.The operating temperature of desalting,The general desalting temperature suitab

25、le for the crude oil is 100120. The desalting temperature suitable for crude oil with heavy quality can choose 125148.,2020/6/27,石油化工过程系统概论,35,7.The pressure of the desalting tank,Adjust the back pressure valve of the system to keep the pressure higher than the steam pressure of the mixture of the o

26、il and the water in the desalting tank, so as to prevent the gasifying（气化） and expansion of the oil and water and the gas produced in the tank. If the gas discharging phenomenon（放气现象） happens in the tank, the unstable voltage and current would be caused and the electric arc（电弧） in the electrode zone

27、 would happen, which would influence the desalting and dehydration effect.,2020/6/27,石油化工过程系统概论,36,8.The electric field intensity,The intensity degree of the electric field is required to distribute reasonably according to the crude oil quality and the water content to achieve high coalescence effec

28、ts. The strong electric field intensity required by most of the desalting of the crude oil is 610V/m. Question： Which phenomenon may be occur if the intensity degree of the electric field is too high or too low?,2020/6/27,石油化工过程系统概论,37,9.The residence time of the crude oil in the strong electric fie

29、ld,The residence time of the crude oil in the strong electric field can be determined according to the rising speed of the crude oil in the tank and the distance between the electrodes(电极）. Generally, The residence time of the crude oil in the strong electric field is 23 minutes, and it may be prolo

30、nged to more than 3 minutes for the crude oil with heavy quality.,2020/6/27,石油化工过程系统概论,38,10.water quality,(1). The Chloride Ion concentration should be less than 200mg/L, and fresh hot water should be employed instead of hard water which should be avoided. (Why?) (2). The overall amount of the Sulf

31、ate and the Carbonate content in water should be less than 300mg/L. (3). The Hydrogen Sulfide content in water should be less than 20mg/L. (4). The Ammonia content in water should be less than 40ppm. (5). The pH value of the discharging water should be controlled within 68.,2020/6/27,石油化工过程系统概论,39,第

32、四节 原油电脱盐的主要设备 Main equipment of crude oil electrical desalting,电 脱 盐 罐,混 合 器,变 压 器,油水界面控制仪,2020/6/27,石油化工过程系统概论,40,一、电脱盐罐 Electrical desalting tank,立 式 罐,卧 式 罐,球形,分类,2020/6/27,石油化工过程系统概论,41,外壳,电 极 板,原油分配器,集合管,主要组成结构,排水收集管,2020/6/27,石油化工过程系统概论,42,2020/6/27,石油化工过程系统概论,43,1.外壳 直径为34米左右，长度视处理量而定，有的可长达20

33、30米。 2.电极板 电极板可由圆钢(或钢管）和扁钢组合而成。 脱盐罐内的电极板一般为两层或三层，电极板层数过多和间距过小，不仅脱盐效果不好，而且容易短路跳闸，电耗率也高。,2020/6/27,石油化工过程系统概论,44,3.原油分配器 原油分配器的作用是使原油从罐底进入后能均匀垂直地向上流动，从而提高脱盐脱水效果 有两种型式的分配器： （1）是由带小孔的分配管组成， 这种分配器在原油处理量变化较大时，喷出原油不均匀，并有孔小易堵塞的缺点。 （2）是低速倒槽型分配器。 底部敞开，大滴水和部分杂质可直接下沉，不会堵塞,2020/6/27,石油化工过程系统概论,45,4.集合管或集合槽 设在罐的上方，将脱后原油收集送出电脱盐罐。 5排水收集管 设在罐底部，将沉积在罐底部的水收集派出罐外。,2020/6/27,石油化工过程系统概论,46,二、混合器admixer,