原油破乳劑的篩選與工業(yè)應用

產(chǎn) 圣 王中杰 陳國強 李 輝

(中國石油化工股份有限公司安慶分公司，246001)

目前煉廠電脫鹽裝置普遍采用添加高效破乳劑的方法，以提高原油的脫鹽效果，但原油破乳劑的性能及其對不同種類原油的適應性差異，在很大程度上影響了原油脫鹽的效果［1－3］。隨著中國石油化工股份有限公司安慶分公司(以下簡稱安慶石化)加工的原油性質(zhì)逐步劣質(zhì)化，常減壓電脫鹽裝置操作狀況也日趨異常，主要表現(xiàn)為乳化嚴重、脫后原油鹽質(zhì)量濃度高、脫鹽合格率低。脫后原油鹽質(zhì)量濃度高又造成了相關生產(chǎn)設備的嚴重腐蝕、常減壓裝置頻繁結鹽等問題。針對加工原油的劣質(zhì)化趨勢，通過試驗找出適合不同原油的最佳工藝參數(shù)，評價不同工藝條件下的電脫鹽效果。因此，本課題通過自行研發(fā)的原油破乳劑動態(tài)評價裝置，模擬現(xiàn)場的實際生產(chǎn)情況，對多種原油破乳劑進行篩選，篩選出脫鹽率較高的破乳劑，并在安慶石化煉油常減壓蒸餾裝置上進行工業(yè)應用試驗。

1 試驗部分

1.1 試驗原料

試驗原料為混合原油，其摻煉油品及比例為普托尼油14%、杰諾油36%，勝利油田管輸油50%。經(jīng)檢測分析，混合原油的鹽質(zhì)量濃度為17.56 mg/L，水質(zhì)量分數(shù)為0.21%。

1.2 試驗裝置與流程

在原油破乳劑動態(tài)評價裝置上進行試驗，該裝置模擬工業(yè)電脫鹽裝置研制而成，采用兩級電脫鹽工藝。原油先預熱后再加入到原料油罐，原料油罐內(nèi)的原油經(jīng)原油泵入口T型過濾器過濾后，由原油泵注入系統(tǒng);油溶性破乳劑通過破乳劑泵輸送到原油泵入口，與原油一起由原油泵混合輸出，然后再與一級注水泵注入的洗滌水混合后一起通過加熱盤管，由加熱盤管將物料加熱達到實驗所需的溫度。為保證油、水、破乳劑能充分混合均勻，在加熱盤管后設置磁力攪拌混合器，混合均勻的物料進入一級脫鹽罐，在電場作用下，脫除原油中的水分。脫水后的原油從一級脫鹽罐上部流出，再與二級注水泵注入的洗滌水混合，然后在磁力攪拌混合器中混合均勻，進入二級脫鹽罐，在電場作用下進行第二次脫水，脫水后的原油進入接收罐內(nèi)，接收罐內(nèi)的原油定期排放到污油池內(nèi)。一級、二級脫鹽罐中沉積的含鹽污水自動排放到污水罐內(nèi)，維持油水界面相對穩(wěn)定。裝置流程見圖1。

圖1 原油破乳劑動態(tài)評價裝置流程

1.3 試驗方案與內(nèi)容

(1)在實驗室原油破乳劑動態(tài)評價裝置上，進行原油破乳劑篩選試驗。幾種原油破乳劑按照相同的工藝條件，考察它們對安慶石化混合原油的脫鹽效果，以脫后原油鹽質(zhì)量濃度和脫鹽率為考察指標，篩選出適合安慶石化原油特性的原油破乳劑。

(2)由于原油電脫鹽效果除受到原油密度、鹽質(zhì)量濃度、水質(zhì)量分數(shù)等性質(zhì)影響外，還與電脫鹽的操作過程相關。針對安慶石化原油特性，在實驗室原油破乳劑動態(tài)評價裝置上，進行原油電脫鹽工藝條件優(yōu)化試驗，考察脫鹽溫度、注水量、混合強度及電場強度等條件對脫鹽效果的影響。

(3)工業(yè)應用試驗操作條件。電脫鹽裝置加工負荷為8～9.7 kt/d，原油密度0.91 g/cm3左右。破乳劑注入點為原油泵入口，注入量8～12，采用三級電脫鹽裝置工藝。

一級:原油進電脫鹽罐，溫度120～130℃，加水量4% ～6%，操作壓力0.75～0.9 MPa，電流150～250 A，電場強度520 v/cm，混合強度50～150 kPa;

二級:加水量4% ～6%，電脫鹽罐操作壓力0.6～0.7 MPa，電流5～10 A，電場強度640 v/cm，混合強度50～250 kPa;

三級:加水量4% ～6%，電脫鹽罐操作壓力0.55～0.65 MPa，電流5～10 A，電場強度760 v/cm，混合強度50～250 kPa。

脫鹽指標要求:脫鹽合格率90%以上，脫后原油鹽質(zhì)量濃度(以NaCl計)不大于3 mg/L，脫后原油水的質(zhì)量分數(shù)不大于0.3%。

2 結果與討論

2.1 原油破乳劑的篩選

由于不同礦區(qū)原油性質(zhì)不同，同時原油乳狀液的性質(zhì)還取決于開采和儲運條件。目前國內(nèi)外尚無廣譜效力破乳劑可供工業(yè)通用，還不能根據(jù)原油性質(zhì)和破乳劑結構決定適用的破乳劑，又因破乳劑有很強的選擇性，所以必須針對某種原油，從眾多的破乳劑中評選出脫鹽、脫水效果好的破乳劑。因而對每一種原油而言，均需要通過具體的實驗評選才能找出一種或幾種有針對性的有效破乳劑。

2.1.1 不同類型破乳劑的脫鹽效果

根據(jù)十幾種原油破乳劑在恒溫靜置沉降脫水試驗中的篩選結果，初選了A、B、C這3種靜態(tài)試驗效果較好的破乳劑，在實驗室原油破乳劑動態(tài)評價裝置上進行動態(tài)評價試驗。3種破乳劑按照相同的工藝條件，考察它們的脫鹽效果(見表1)。其實驗工藝條件為:溫度120℃、注水量4%，混合強度1 350 r/min，電場電壓3.6 kV，操作壓力一級 0.7 MPa、二級 0.6 MPa，加劑量 10 mg/kg。脫鹽率計算:脫鹽率=(脫前原油鹽質(zhì)量濃度－脫后原油鹽質(zhì)量濃度)/脫前原油鹽質(zhì)量濃度。

表1 不同破乳劑的脫鹽效果

由表1可看出，在實驗室原油破乳劑動態(tài)評價裝置上3種破乳劑的脫鹽效果差別不大。破乳劑A一級脫后原油鹽質(zhì)量濃度為1.8 mg/L、二級脫后原油鹽質(zhì)量濃度為0.8 mg/L，脫鹽率分別達89.7%和95.4%;破乳劑B一級脫后原油鹽質(zhì)量濃度為1.3 mg/L、二級脫后原油鹽質(zhì)量濃度為0.7 mg/L，脫鹽率分別達92.6%和96.0%;破乳劑C一級脫后原油鹽質(zhì)量濃度為1.5 mg/L、二級脫后原油鹽質(zhì)量濃度為0.8 mg/L，脫鹽率分別達91.5%和95.4%。由此可見，破乳劑B的脫鹽效果最好。

2.1.2 破乳劑添加量對脫鹽效果的影響

選擇破乳劑B，在溫度120℃，注水量4%，混合強度1 350 r/min，電場電壓3.6 kV，操作壓力一級0.7 MPa、二級0.6 MPa的條件下進行破乳劑添加量試驗，添加量對混合原油脫后的鹽質(zhì)量濃度的影響結果列于表2。

表2 原油破乳劑B添加量試驗結果

由表2可看出，隨著破乳劑添加量的增加，脫后原油的鹽質(zhì)量濃度逐漸減少，脫鹽率逐漸增加。但破乳劑添加量從8 mg/kg增加到12 mg/kg時，混合原油脫后的鹽質(zhì)量濃度變化不大，脫鹽率也差不多。因此，破乳劑最佳添加量為8～10 mg/kg。

2.2 工藝條件的優(yōu)化

在實驗室原油破乳劑動態(tài)評價裝置上開展原油電脫鹽工藝條件優(yōu)化試驗，考察電場強度、混合強度、注水量及脫鹽溫度對脫鹽效果的影響。試驗選取4因素3水平，采用L9(34)正交表安排試驗，脫鹽后原油鹽質(zhì)量濃度、脫后原油水質(zhì)量分數(shù)見表3和表4。

表3 因素水平

表4 工藝條件優(yōu)化正交設計試驗結果

從因素A看，它的第一水平下的3次試驗的脫后原油鹽質(zhì)量濃度之和K1為6.02;它的第二水平下的3次試驗的脫后原油鹽質(zhì)量濃度之和K2為2.18;它的第三水平下的3次試驗的脫后原油鹽質(zhì)量濃度之和K3為1.97。

從因素B看，它的第一水平下的3次試驗的脫后原油鹽質(zhì)量濃度之和K1為3.76;它的第二水平下的3次試驗的脫后原油鹽質(zhì)量濃度之和K2為3.29;它的第三水平下的3次試驗的脫后原油鹽質(zhì)量濃度之和K3為3.12。

從因素C看，它的第一水平下的3次試驗的脫后原油鹽質(zhì)量濃度之和K1為3.53;它的第二水平下的3次試驗的脫后原油鹽質(zhì)量濃度之和K2為3.24;它的第三水平下的3次試驗的脫后原油鹽質(zhì)量濃度之和K3為3.40。

從因素D看，它的第一水平下的3次試驗的脫后原油鹽質(zhì)量濃度之和K1為3.64;它的第二水平下的3次試驗的脫后原油鹽質(zhì)量濃度之和K2為3.14;它的第三水平下的3次試驗的脫后原油鹽質(zhì)量濃度之和K3為3.39。

同樣，表4中也同時可從各因素看到第一、第二、第三水平下的脫后原油水質(zhì)量分數(shù)之和。

從9次試驗結果直接看，6號試驗結果最好，脫后原油鹽質(zhì)量濃度和脫后水質(zhì)量分數(shù)都最低，即試驗水平為:A2、B3、C1、D2，脫鹽溫度取中水平(120℃)，注水量取高水平(6%)，電場電壓取低水平(3 000 V)，混合強度取中水平(1 000 r/min)。

極差R越大，表示因素對試驗指標影響越大。因此按極差的大小決定因素的主次，從表4中看出主次因素的順序如下:

影響脫后原油鹽質(zhì)量濃度效果的重要性排序為:脫鹽溫度(A)、注水量(B)、混合強度(D)、電場電壓(C);影響脫后水質(zhì)量分數(shù)效果的重要性排序為:脫鹽溫度(A)、電場電壓(C)、注水量(B)、混合強度(D)。

從計算脫后原油鹽質(zhì)量濃度和脫后原油水質(zhì)量分數(shù)的總和 K1、K2與 K3值看，試驗水平為:A3、B3、C2、D2，即控制在脫鹽溫度高水平(130℃)、注水量高水平(6%)、電場電壓中水平(3 600 V)、混合強度中水平(1 000 r/min)操作條件下，是獲得脫后原油鹽質(zhì)量濃度效果的最佳工藝。

2.3 工業(yè)試驗

本次工業(yè)應用試驗考察時間為45 d，為了比較油溶性原油破乳劑的脫鹽、脫水效果，我們選擇同一裝置使用水溶性原油破乳劑時的同時間長度工業(yè)生產(chǎn)中的脫鹽、脫水效果來進行對比(水溶性原油破乳劑型號為8282，加劑量為40 mg/kg)，主要比較內(nèi)容為工業(yè)生產(chǎn)中使用兩種不同的破乳劑時，一定周期內(nèi)脫后原油鹽質(zhì)量濃度和水質(zhì)量分數(shù)合格率。即:

鹽質(zhì)量濃度合格率=周期內(nèi)鹽質(zhì)量濃度小于3 mg/L的點數(shù)/周期內(nèi)鹽質(zhì)量濃度總的檢測點數(shù)

水質(zhì)量分數(shù)合格率=周期內(nèi)水質(zhì)量分數(shù)小于0.3%的點數(shù)/周期內(nèi)水質(zhì)量分數(shù)總的檢測點數(shù)

(1)水溶性原油破乳劑工業(yè)效果。使用水溶性破乳劑時，考察周期內(nèi)脫后原油鹽質(zhì)量濃度平均值為4.07 mg/L，不能滿足脫后原油鹽質(zhì)量濃度小于3 mg/L的質(zhì)量要求，合格率為23.2%，也沒有達到合格率90%以上的生產(chǎn)控制要求;脫后原油水質(zhì)量分數(shù)平均值為0.27%，合格率為83.7%，沒有達到合格率90%以上的生產(chǎn)控制要求。

(2)油溶性原油破乳劑工業(yè)效果。使用油溶性破乳劑時，整個實驗周期內(nèi)脫后原油鹽質(zhì)量濃度平均值為2.71 mg/L，合格率93.3%，達到了生產(chǎn)控制要求;脫后原油水質(zhì)量分數(shù)平均值為0.22%，合格率為98.5%，達到生產(chǎn)控制要求。

與水溶性破乳劑相比，使用油溶性破溶劑后，脫后原油鹽質(zhì)量濃度和水質(zhì)量分數(shù)均有明顯下降，兩項工藝控制指標的合格率有大幅提高，滿足工藝生產(chǎn)控制要求。

3 結論

(1)實驗室篩選出的破乳劑B在工業(yè)試驗期間，脫鹽罐內(nèi)乳化情況較好。脫后原油鹽質(zhì)量分數(shù)和水質(zhì)量分數(shù)合格率均能達到指標要求。

(2)從生產(chǎn)成本方面看，安慶石化原油加工量約為4.5 Mt/a，使用水溶性破乳劑的平均使用量為40 mg/kg，消耗破乳劑180 t/a，破乳劑單價為1.9萬元/t，破乳劑使用成本為342萬元/a;而油溶性破乳劑的平均使用量為8 mg/kg，消耗破乳劑36 t/a，破乳劑單價6.0萬元/t，破乳劑使用成本為216萬元/a，可節(jié)約成本126萬元/a。

(3)原油破乳劑工業(yè)試驗結果與實驗室的小試試驗結果相一致，表明原油破乳劑動態(tài)評價裝置的試驗結果對工業(yè)生產(chǎn)具有一定的指導意義。

1 李美蓉，馮剛，婁來勇，等.原油破乳劑篩選及破乳效果研究［J］.精細石油化工進展，2006，7(11):14－18.

2 康萬利，李金環(huán)，劉桂范.原油破乳劑的研制進展［J］.石油與天然氣化工，2004，33(6):433－436.

3 趙敏，李慶梅，康強利，等.哈薩克斯坦原油加工中破乳劑的篩選與評定［J］.石油煉制與化工，2008，33(6):60－62.