高酸重質(zhì)原油電脫鹽脫水工藝研究

吳飛躍, 王龍祥,, 王紀剛, 李 泓

(1.江蘇省低維材料化學(xué)重點建設(shè)實驗室 淮陰師范學(xué)院, 江蘇 淮安 223300;2.江蘇三星科技有限公司, 江蘇 鎮(zhèn)江 212200)

高酸重質(zhì)原油電脫鹽脫水工藝研究

吳飛躍1, 王龍祥1,2, 王紀剛2, 李 泓2

(1.江蘇省低維材料化學(xué)重點建設(shè)實驗室 淮陰師范學(xué)院, 江蘇 淮安 223300;2.江蘇三星科技有限公司, 江蘇 鎮(zhèn)江 212200)

對高酸重質(zhì)原油PL19-3進行了破乳劑評價,其中破乳劑G和DLS1603效果較好. 考察了影響電脫鹽的因素,確定了高酸重質(zhì)原油PL19-3電脫鹽的最佳工藝條件范圍:溫度130～140℃,注水量6%～8%,場強900～1100V/cm,破乳劑注入量10.0mg/L．在選定的工藝條件下進行三級電脫鹽動態(tài)模擬實驗,三級脫后原油含鹽≤3mg/L,含水≤0.2%, PL19-3原油經(jīng)過三級電脫鹽,脫后原油含鹽含水均達到中石化的相應(yīng)技術(shù)指標(biāo)．

電脫鹽; 破乳劑; 高酸原油

0 引言

高酸原油多屬中間基或環(huán)烷基原油,除了酸值高以外,一般密度大、原油偏重(API<26)、硫含量不高而氮含量較高、蠟含量低且輕組分含量少、膠質(zhì)瀝青質(zhì)含量高、殘?zhí)扛?、金屬含量較高、減壓渣油黏度大和鈣含量高[1],屬于難加工的油種,國際原油市場交易價格普遍較低．特別是近幾年,隨著國際市場原油價格高企,品質(zhì)差價逐漸增大．隨著國民經(jīng)濟的持續(xù)增長,我國對石油的需求將越來越大．2010年我國對外依存度已達到55.3%,為降低原料成本,提高企業(yè)經(jīng)濟效益,我國石油加工企業(yè)的原油將面臨重質(zhì)化、高含硫、高酸的趨勢．

高酸原油含有大量的環(huán)烷酸,環(huán)烷酸是一種天然的表面活性物質(zhì)．此外,高酸劣質(zhì)原油還因富含膠質(zhì)、瀝青質(zhì)且易與原油中固體顆粒等雜質(zhì)混合形成穩(wěn)定的乳化液,這些因素均會導(dǎo)致在電脫鹽罐內(nèi)形成較為穩(wěn)定且大量的乳化層,這造成了電脫鹽操作狀況的惡化[2]．

目前科研院所及高校對石油加工領(lǐng)域的研究主要集中在餾分油的處理和助劑的開發(fā),而對原油預(yù)處理研究較少,對高酸原油的預(yù)處理的研究更鮮有報道．本文以高酸重質(zhì)原油PL19-3為原料進行了冷模和熱模電脫鹽脫水的研究,對我國大規(guī)模加工高酸原油進行預(yù)處理具有實際指導(dǎo)意義．

1 實驗部分

1.1 原料和試劑

原料油:高酸重質(zhì)原油PL19-3,由惠州煉油分公司提供,原油性質(zhì)見表1．

表1 PL19-3原油性質(zhì)

破乳劑: HZ-01、HZ-02、HZG-03型號破乳劑由惠州煉油分公司提供;BPR27141、BPR27638美國貝克休斯公司提供;SXF-06、SXF-02江蘇三星科技有限公司自制;DLS1603、DLS2601產(chǎn)自俄羅斯．

1.2 主要儀器

超級恒溫器(上海實驗儀器廠有限公司),電動離心機(金壇市金南儀器制造有限公司),SH-I型電脫鹽試驗儀(河南洛陽石化生產(chǎn)),LC-II型微庫侖鹽含量分析儀 (江蘇姜堰市分析儀器廠制造),蒸餾法水含量分析儀(江蘇姜堰市分析儀器廠制造)

1.3 破乳劑評選方法

破乳劑篩選方法:實驗分別在試管中加入180mL原油,放入恒溫水浴槽中80℃恒溫15min．然后在試管中分別加入一定量的破乳劑,并加入蒸餾水20mL,再在恒溫水浴中80℃恒溫20min,將試管振蕩混合100次后,放入恒溫水浴中80℃恒溫脫水．

2 結(jié)果與分析

2.1 破乳劑的評選

由于各種原油中的膠質(zhì)、瀝青質(zhì)的含量不同、分子結(jié)構(gòu)不同,及原油粘度,水的含量、鹽的含量、品種均存在差異,且因為原油運輸途中的混合程度也存在差異,以上因素均會造成乳化液的穩(wěn)定程度不同．由于沒有廣普性的破乳劑,因此針對不同原油必須進行破乳劑的評選．不同破乳劑對PL19-3原油破乳效果見表2．

表2 不同種類破乳劑熱沉降法原油脫水效果

由表2可知，在沒有加破乳劑的條件下,加入20.0mL水,沉降60min后脫水率僅為37.5%;DLS1603在60min內(nèi)脫水率達到93%,DLS1603和HZ-03破乳劑在開始時就表現(xiàn)出較快的脫水速度,而HZ-01和HZ-02破乳劑在開始時脫水速度較慢,而隨著時間增加脫水速度也增加．在電脫鹽過程中原油在電場中停留時間一般10～30min,而破乳劑HZ-01、HZ-02、HZ-03和DLS1603在10～30min脫水率較高,因此選擇破乳劑HZ-01、HZ-02、HZ-03、DLS1603不同注入量進一步考察．

2.2 破乳劑注入量的考察

為了降低成本盡量減小破乳劑的注入量,分別對破乳劑HZ-01、HZ-02、HZ-03、DLS1603進行不同加入量對PL19-3原油脫水效果影響的考察(表3)．由表3可知:不同破乳劑注入量隨停留時間延長脫水率增加,相同停留時間破乳劑隨注入量增加脫水率先增加,這是由于破乳劑濃度達到臨界聚集濃度(CAC)以前,破乳劑脫水效果隨使用濃度增大而提高;超過CAC濃度后隨破乳劑使用濃度增大會出現(xiàn)兩種情況:破乳效果下降或幾乎不變化[3]．這是因為在CAC濃度以下,破乳劑分子以單體形式分配于油水兩相中并吸附在油水界面;在CAC濃度時油水界面的吸附量達到最大,此時破乳速率也最大;超過CAC濃度后破乳劑開始在油相、水相或第三相聚集．通過四種破乳劑注入量對脫水率的影響對比,破乳劑HZ-03和DLS1603效果較好,適宜的注入量為10.0mg/L．

2.3 溫度的選擇

脫鹽溫度是電脫鹽過程中一個十分重要的參數(shù),它直接影響脫鹽效果,保持較高的脫鹽溫度,一方面可以使原油粘度降低,減少水滴運動阻力,有利于水滴運動;另一方面可以降低油水界面的張力,水滴受熱膨脹,使乳化膜減弱,有利于破乳和聚結(jié)．

表3 破乳劑加入量對PL19-3原油脫水效果的影響

溫度對原油PL19-3粘度和水密度差的影響見圖1．由圖1可知,油水的密度差隨溫度的升高先增后降,50℃的油水密度差是0.088g/cm3,溫度升到150℃油水密度差為0.075g/cm3;原油的粘度隨溫度的升高單調(diào)下降,溫度超過70℃粘度曲線趨于平緩,根據(jù)曲線回歸計算,在100℃以上原油的運動粘度已經(jīng)降低到10mm2/s以下．假設(shè)注水量和攪拌速度一定的條件下水滴的粒徑大小相等并不隨溫度的變化而變化,根據(jù)Stocks水滴沉降公式計算得出相對沉降速度見表4,綜合考慮各因素確定PL19-3原油電脫鹽操作溫度范圍130～140℃．

圖1 溫度對PL19-3原油油水密度差和粘度的影響

表4 溫度對水滴沉降速度的影響

2.4 冷模電脫鹽工藝參數(shù)考察

2.4.1 電場強度對PL19-3原油脫水效果的影響

電場強度存在一個臨界值,國外文獻[4]介紹這個臨界電場強度為4.70KV/cm．當(dāng)場強小于臨界電場強度時,水滴受電凝聚作用,凝聚力隨場強的增大而增大;當(dāng)場強大于臨界電場強度時,水滴受電分散作用而破碎,發(fā)生乳化現(xiàn)象．因而,確定合適的電場強度對原油脫水過程十分重要．

在實驗溫度135℃,破乳劑DLS1603注入量10.0mg/L,注水量為8%,場強中停留時間6min條件下,在SH-1型電脫鹽實驗儀上不同場強對PL19-3原油乳化液脫水效果見圖2．

水滴在電場中存在分散和凝聚兩個相反的過程,在低電壓下以電凝聚為主;而在高電壓下則為電分散所控制,電場強度過高,電耗也隨之增加．電分散的存在使得脫鹽率在電場強度高于某一值時已基本不再增加．加上適當(dāng)電壓后,懸浮在原油中的微小水滴迅速聚結(jié)下沉．一般認為,乳化液滴間的聚結(jié)力與電場強度平方成正比,從圖2中可以看出,電場強度增大,脫水速度加快．但電場強度太大,電耗增加,也可能會出現(xiàn)電分散控制過程．從而需根據(jù)試驗數(shù)據(jù)及有關(guān)因素綜合考慮確定適宜的電場強度為900～1100V/cm．

2.4.2 注水量變化對脫水效果的影響

原油注水的目的是為了溶解油中的無機鹽類,從而在原油脫水時將無機鹽類一并脫除．在操作條件:溫度135℃,破乳劑DLS1603注入量10.0mg/L,場強1000V/cm,場強中停留時間6min,不同注水量對PL19-3原油乳化液脫水效果見圖3．由圖3可以看出,隨著注水量的增大,脫水率提高,這是由于適當(dāng)提高注水量將增加水滴的密度,提高水滴間的凝聚力,使水滴更易聚結(jié),同時注水還可破壞原油乳化液的穩(wěn)定性,以利于水滴聚結(jié),從而可降低脫后原油中殘存水的含鹽濃度,以提高脫鹽率．但注水量增加到一定程度后,會因脫水率的下降使得原油脫后含水增加,且注水量過多將增加能耗而降低處理能力,適宜的注水量控制在6%～8%．

圖2 不同電場強度對PL19-3原油脫水率的影響

圖3 注水量對電脫水效果的影響

2.5 熱模脫鹽脫水效果考察

根據(jù)冷模實驗優(yōu)化條件,采用三級電脫鹽進行熱模小試實驗,實驗條件見表5. 每隔一小時取樣分析,脫后原油含鹽含水見表6．

表5 熱模實驗操作參數(shù)

注: 實驗注水量均為6%.

表6 熱模實驗原油脫鹽脫水效果

由表6可知:PL19-3原油經(jīng)過三級電脫鹽脫后原油含鹽平均值≤3mg/L,含水≤0.2%,以上數(shù)據(jù)均達到了中石化及中石油的相關(guān)標(biāo)準,這說明冷模評選中得到的電脫鹽操作參數(shù)是可行的．

3 結(jié)論

1) 采用熱沉降法(SY/T 5281)對高酸重質(zhì)原油PL19-3進行破乳劑評選,結(jié)果表明DLS1603是較適合的破乳劑．

2) 對影響PL19-3電脫鹽脫水因素考察,適宜的條件為:溫度130～140℃,破乳劑DLS1603注入量10.0mg/L,場強900～1100V/cm,注水量6%～8%．

3) 在冷模優(yōu)化條件下進行熱模實驗,經(jīng)過三級熱模電脫鹽脫水,原油PL19-3脫后含鹽≤3mg/L,含水≤0.2%．

[1] 王英彬. 加工高酸原油的防腐措施探討[J], 中外能源,2008,13(4):79-82.

[2] 劉標(biāo)銘. 高酸劣質(zhì)原油深度脫鹽的探討[J]. 廣石化科技,2007(4):26-30.

[3] 陶樂. 對原油脫鹽脫水的動態(tài)試驗研究[J]. 高橋石化,2004, 19(6):52-52.

[4] 侯祥麟. 中國煉油技術(shù)[M]. 北京:中國石化出版社,1991,49-50.

[責(zé)任編輯：蔣海龍]

ResearchonHighAcidOilDesaltingandDewaterTechnology

WU Fei-yue1, WANG Long-xiang1,2, WANG Ji-gang2, LI Hong2

(1.Jiangsu Key Laboratory for Chemistry of Low-dimensional materials, Huaiyin Normal University, Huaan Jiangsu 223300, China)(2.Jiangsu Santacc Co., Ltd., Zhenjiang Jiangsu 212200, China)

High-efficiency desalting demulsifiers G and DLS1603 for PL19-3 high acid oil were evaluated.Based on the screening of the demulsifiers, the optimum process conditions of electric desalting are: operating temperature 130～140℃ water injection 6～8%, electric field strength 900～1000 V/cm, and dosage of demulsifier 10.0 mg/L. After 3-stage desalting, salt content of the crude could be low to less than 3mg/L and water content less than 0.2%, the salt and water in the desalted crude oil meet technical requirement of China Petroleum and Chemical Corporation.

electric desalting; demulsifier; high acid oil

TE624

A

1671-6876(2012)04-0375-05

2012-07-19

吳飛躍(1975-), 男, 江蘇淮陰人, 講師, 博士, 研究方向為石油加工等．