原油动态电脱盐装置应用

泰州市奥普特分析仪器

一、概述

油田开采出的原油都伴有水，这些水中都溶解有NaCl、CaCl2、MgCl2等盐类。虽然我国油田也普遍采用了脱盐脱水工艺及其装置，但由于种种原因，油田输送到炼油厂的原油含水（盐）量往往波动较大，常超出欧美各国规定进炼油厂的原油含盐不大于50mg/L，含水不大于0.5﹪的指标。

原油含水多增加了炼制过程中热能消耗，而原油中的盐类一般也是溶解在原油所含的水中，有时也会有部分以微粒状态悬浮于原油中。这些盐类的存在，在加工过程中危害较大，主要表现在：

（一）、在换热器和加热炉中，随着水份的蒸发，盐类沉积在管壁上形成盐垢，降低传热效率，增加动压降，严重时甚至会堵塞管路，造成停工事故。

（二）、造成设备腐蚀，CaCl2、MgCl2能水解生成具有强腐蚀性的HCl，尤其是在低温设备部分由于水的存在而形成盐酸时更为严重。

（三）、原油中的盐类大多残留在渣油和重馏分中，这将直接影响某类相关产品的质量。

为此，提高原油深度脱盐的脱净率，是世界各国石油加工业的研究课题。为提高我国炼油厂深度脱盐水平，我厂在石油化工科学研究院的支持下，研制出JDY-1动态脱盐装置。该装置能在实验室模拟电脱盐工业现场，较快地找出适合不同原油的最佳工艺参数，选择破乳剂的种类和加剂量，客观评价不同工艺条件下的电脱盐效果，是科研部门理想的实验装置，也是石油加工业理想的产前试验装置。

二、电脱盐基本原理

自美国加利福利亚大学的科研人员发现电场可以使油包水乳化液破乳，使水滴聚结并从油相沉降以来，现代脱盐脱水技术均采用了物理凝聚与分离相结合的方法，即以施加高压静电场，加破乳剂，加热和注水等一系列综合措施，达到高效脱净原油中水和可溶性盐的目的。

（一）、油水两相的自由沉降分离

原油和水两相的密度差是沉降分离的推动力，而分散介质的粘度则是阻力。油和水这两个互不相溶的液体的沉降分离，基本上符合球形粒子在静止流体中自由沉降的斯托克斯定律。即

d2（ρ1-ρ2）

Wc=———————·g

18Vρ2

式中：Wc—水滴沉降速度， m/s；

d—水滴直径， m；

ρ1ρ2—水和油的密度， Kg/m3；

V—油的运动粘度， m2/s；

g—重力加速度， m/s2；

上式只适用于两相的相对运动速度属于层流区的情况，对于直径太小的水滴，此式也不适用。

由上式可知，两相间的密度差增大和分散介质的粘度减小，都有利于加速沉降分离。而这两个因素主要与原油的特性及其温度有关。由上式还可以看到水滴的沉降速度与水滴直径的平方成正比，所以增大水滴直径，可以显著加快它的沉降速度。因此在原油脱盐过程中，重要的问题是促进水滴的聚结，使水滴直径增大。

（二）、破乳剂对脱盐的作用

乳状液是两种或多种以上不互溶或不完全互溶的液体所形成的分散物系。乳状液一般是不稳定的，就必须有乳化剂存在。乳化剂是表面活性物质，它能降低多种液相界面上的表面张力。不同性质的乳化剂可以使乳状液成为水包油型或油包水型。原油一般都是油包水型的乳状液，即水相以微滴形式分散于连续的油相中并为原油所含的天然乳化剂（如环烷酸、胶质、沥青等）所稳定。为打破这种稳定状态，以便进行油水分相的自由沉降分离，就必须加入适当的破乳剂。破乳剂本身也是一种表面活性物质。但它的性质是和乳化剂截然相反的，是一种水包油型的表面活性剂。破乳剂的破乳作用是在油水界面进行的，它能迅速浓集于界面，并与乳化剂竞争，从而夺取其界面的位置而被吸附。这样，原有的比较牢固的吸附膜就被减弱甚至破坏，小水滴也就比较容易絮凝和聚结，进而沉降切出。目前国内外尚无广谱效力破乳剂可供工业通用，因而对每一种原油而言，均需要通过具体的实验评选才能找出一种或几种有针对性的有效破乳剂型号。

（三）电场脱盐的作用

采用高压静电场对原油进行破乳以提高脱盐效果，这已被国内外普遍所采用。乳状液中的微小水滴无论是在交流或直流电场中，都能由于感应使微滴的两端带上不同极性的电荷产生诱导偶极，接触电极还会带上静电荷，从而在水滴与水滴之间，水滴与电极之间产生静电力，这种静电力能导致微滴聚结，亦称为聚结力，同样大小的球形水滴之间的聚结力F，可根据均匀电场两个介质球之间的作用力用下式表述：

6KE2r6 r 4

F=——————=6KE2r2（——）

l4 l

式中：K—由原油和水的介电系数所决定的常数；

E—电场强度；

r—水滴的半径；

l—两水滴中心距；

上式表明，r/l是影响聚结力的最重要的因素，当水滴直径增大或水滴间距离缩小时，聚结力急剧增大。聚结力F与E2成正比。在一定范围内，随着E 的增强，原油中水滴加速聚结。当E小于某一临界数值时，微小水滴的聚结力就会降低，然而当超过临界电分散场强后，电场反而会使小水滴产生分散作用，此时不仅消减了水滴中的聚结力，还将增加电耗，这在本装置的实验中及工业现场实际操作中都是不可忽视的。

（四）、操作温度对脱盐的影响

一般认为，只要系统处于液相，温度高些对脱盐有利，此时，原油的粘度降低，对水滴运动和沉降的阻力减小，水滴运动的速度增加。同时，油水界面的张力降低，水滴热澎胀使乳化膜强度减弱。某些乳化剂的溶解性在高温下才提高，所以较高的温度也能促使乳化剂稳定性降低，加快原油破乳的速度。但另一方面，随着温度的提高，原油的导电率也随着升高，当温度大于120℃时导电率急剧增大，电耗增加，且氯化镁和氯化钙开始水解也不利于脱盐。在高温下往往又会出现水在油相中，油在水相中溶解度增加的倾向，因而对温度条件应适当地提出上限，参照我国部分油田原油处理的文献资料，电脱盐操作温度一般在104℃～149℃之间。最佳的操作温度应根据原油的性质来优选。

三．动态脱盐装置的结构与特点

（一）、JDY-1ZD动态脱盐装置采用基本二级电脱盐结构，同时通过阀门切