重质原油电脱盐影响因素分析及操作条件优化研究
Outline:
陈明燕1
,
刘政2
,
聂崇斌3
,
梁志勇4
,
刘宇程1
1. 西南石油大学化学化工学院;
2. 西南石油大学研究生部;
3. 中国石油西南油气田公司天然气研究院;
4. 乌鲁木齐石化公司研究院
收稿日期：2011-04-25；修回日期：2011-06-27
基金项目：西南石油大学校级科技基金资助(2010XJZ156)
作者简介：
陈明燕：女，1976年生, 讲师，硕士。现于西南石油大学化学化工学院从事教学和科研工作，研究方向为油气加工，发表论文16篇。电话：13568816892，E-mail:
cmyswpi@126.com.
摘要：针对重质原油密度高、粘度大、胶质和沥青质含量高、盐含量大等特点，利用“瓶试法”评选出高效破乳剂，对原油电脱盐影响因素进行分析，运用正交试验法优化操作条件。实验结果表明，在破乳剂用量80 μg/g、注水量12%(w)、混合时间5 min、温度145 ℃、电场强度1 000 V/cm、停留时间90 min、三级电脱盐的操作条件下, 得到的原油含盐量≤3 mg/L、含水量≤0.3%(w)符合目前行业标准的技术要求。
关键词：重质原油 高效破乳剂 电脱盐影响因素
Influential Factors Analysis of Heavy Crude Oil Electrical Desalting and Optimization Research of Operation Conditions
Outline:
Chen Mingyan1
,
Liu Zheng2
,
Nie Chongbin3
, et al
1. College of Chemistry and Chemical Engineering, Southwest Petroleum University, Chengdu 610500, Sichuan, China;
2. Graduate School of Southwest Petroleum University, Chengdu 610500, Sichuan, China;
3. Research Institute of Natural Gas Technology, PetroChina Southwest Oil & Gasfield Company, Chengdu 610213, Sichuan, China
Abstract: In view of heavy crude oil has unique feature such as high density, heavy viscosity, high content of colloid, asphaltene and salt content. Bottle test is used to choose effective demulsifier. Influential factors of crude oil electrical desalting are analyzed and operation conditions are optimized using orthogonal experiments. The test result shows that under the operation conditions, the amount of demulsifier is 80 μg/g, the amount of water is 12%, mixing time is 5 min, temperature is 145℃, the strength of electrical field is 1000 V/cm, the retention time is 90 min and three-stage electrical desalting, crude oil's salt content is ≤3 mg/L and water content is ≤0.3%(wt), which accord with current industry standard.
Key words:
heavy crude oil effective demulsifier electrical desalting influential factors
电脱盐工艺是炼油厂的第一道预处理工序，有为下游装置提供优质原料、减轻设备结垢和腐蚀、降低能耗、减少催化剂消耗以及改善产品质量等作用，是炼油厂不可缺少的重要工艺[1]。随着各油田开采时间的推移，目前采出油正向重质原油方向发展，原有的电脱盐工艺操作条件已不能适应重质原油，为解决这一难题，本实验评选出高效破乳剂，并对影响电脱盐效果的主要影响因素进行分析，最后通过正交试验得到最佳操作条件，为加工重质原油的炼油厂电脱盐装置操作条件的优化提供依据。
1 实验仪器与药品
1.1 仪器
YS-3电脱盐实验仪，洛阳市双阳仪器有限公司；KY-4原油盐含量测定仪, 姜堰市科苑电子仪器有限公司；JB50-D型增力电动搅拌机，上海标本模型厂制造。
1.2 药品
原油样品取自加工塔河重质原油的某炼油厂；95%的乙醇、二甲苯(分析纯，成都市科龙化工试剂厂)；冰醋酸(优级纯，上海试剂一厂)。
2 实验原理与方法
2.1 原理
向原油里注入一定量的蒸馏水，搅拌均匀，使原油里的无机盐充分溶解到水中，形成W/O型乳状液，加入高效破乳剂，降低W/O型乳状液的界面膜稳定性，利用电场力的偶极力和电泳力促使水滴聚结，借助高温来降低原油粘度，增加油水密度差，最终在重力的作用下达到脱水脱盐的目的[2]。
原油含盐量的测定参照SY/T 0536-2008，原油含水量的测定参照GB/T 8929-2006。
2.2 方法
取原油40 g~50 g，加热到一定温度，加入一定量的破乳剂和蒸馏水(质量分数)，混合均匀，加电场，达到一定停留时间后，重复进行三次电脱盐操作，电脱盐完成后取出原油，分析其盐含量和水含量(质量分数)。
因为破乳剂用量、温度、注水量和电场强度是影响电脱盐效果的4个主要因素，混合时间和停留时间是次要因素，所以确定混合时间和停留时间来寻找其他4个主要因数的最佳值。结合实际情况，混合时间定为5 min，停留时间定为90 min，进行三级电脱盐。
3 破乳剂的评选
评选方法：用100 mL具塞量筒量取原油60 mL，加入10 mL水，加入破乳剂80 μg/g，放置于80 ℃恒温水浴中恒温20 min，取出具塞量筒手工振荡100次，将具塞量筒放入恒温水浴中，每隔10 min记录具塞量筒的出水量[3]。结果如表 1。
表 1
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表 1 破乳剂评价脱水结果
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由表 1可知，静置10 min、20 min时，大部分脱出水量都很少，甚至没有，表明该原油破乳非常困难。相比较而言，破乳剂PDB9947、ERI1163的破乳效果较好，脱水速度及脱水率都较高，但ERI1163的脱出水质不好，较浑浊。破乳剂PDB系列是从德国巴斯夫公司进口的油溶性的破乳剂，是以甲醛树脂为起始剂，EO/PO嵌段共聚物聚醚类破乳剂，PDB9947是合成代数最高，相对分子质量最大的一种破乳剂。一般来讲，破乳剂的分子量越大，其破乳效果越好，实验结果也证明了这一点。综上所述，选择PDB9947为原油的破乳剂。
4 结果与讨论
4.1 破乳剂用量对电脱盐效果的影响
取原油50 g，加入一定量的破乳剂，注水量8%(w)，混合时间5 min，温度135 ℃，电场强度800 V/cm，停留时间90 min，三级电脱盐。原油脱后含盐量及含水量见图 1。
分析图 1可知，随着破乳剂用量的增加，原油脱后含盐量、含水量都先减少后增大。破乳剂用量在70 μg/g~90 μg/g时，原油脱后含盐量、含水量达到最低值。这是因为在破乳剂加量小于90 μg/g时，随着其量的增加，原油乳状液的稳定性减小，破乳效果越来越好，油水更容易分离，所以原油脱后含盐量、含水量均逐渐减小。但是，当破乳剂用量超过90 μg/g时，原油含盐量、含水量反而成上升趋势，这是由于破乳剂过多，会形成新的乳状液，从而影响油水的分离。因此，确定破乳剂最佳用量在70 μg/g~90 μg/g。
4.2 温度对电脱盐效果的影响
取原油50 g，破乳剂90 μg/g，注水量8%(w)，混合时间5 min，在系列温度下，电场强度800 V/cm，停留时间90 min，三级电脱盐。原油脱后含盐量及含水量见图 2。
由图 2可知，随着温度的增加，原油脱后含盐量、含水量都减少。这是因为温度升高，原油粘度降低，油水密度差增大，油水界面张力减小，水滴热运动增强，乳化剂在油中的溶解度增加，这些都有利于原油中乳化液滴的聚结和脱盐脱水。但是，结合经济考虑，温度越高，能耗越大，成本越高。综上所述，确定适宜的温度在135 ℃~145 ℃。
4.3 注水量对电脱盐效果的影响
取原油50 g，破乳剂90 μg/g，注入系列蒸馏水，混合时间5 min，温度140 ℃，电场强度800 V/cm，停留时间90 min，三级电脱盐。原油脱后含盐量及含水量见图 3。
分析图 3可知，注水量从4%增加到14%时，原油脱后含水量逐渐上升，这是因为当注入的水量增加后，电脱盐后余留在原油中的水分就相应地增加。原油脱后含盐量逐渐减少，注水量在10%~12%时含盐量小于3 mg/L，这是因为注入的新鲜水溶解了油中的无机盐和稀释了盐溶液，从而使原油中的盐随着水的脱出而去除。但是，当注水量大于12%时，原油因含水太多而形成新的乳状液，脱出水量减少，含盐量反而增大。所以，最适宜的注水量在10%~12%之间。
4.4 电场强度对电脱盐效果的影响
取原油50 g，破乳剂90 μg/g，注水量10%(w)，混合时间5 min，温度140 ℃，在系列电场强度下，停留时间90 min，三级电脱盐。原油脱后含盐量及含水量见图 4。
从图 4可知，随着电场强度的增加，原油脱后含水量和含盐量都减小，这是因为在电场作用下，原油中的乳化液滴沿电场方向极化，相邻液滴间的静电作用力使它们聚结。当电场强度在1 000 V/cm~1 400 V/cm时，含水量、含盐量都比较低。但是考虑到电场强度越高，电耗就越大，所以选择电场强度为1 000 V/cm~1 200 V/cm。
综上所述，原油电脱盐影响因素最佳范围如表 2所示。
表 2
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表 2 影响因素最佳范围
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4.5 影响因素分析的正交试验
为了得到最佳操作条件及影响因素的主次关系，在影响因素最佳范围内进行正交试验，得到最优值。设破乳剂用量(μg/g)为A因素，温度(℃)为B因素，注水量%(w)为C因素，电场强度(V/cm)为D因素。在上面的试验中发现，在影响因素最佳范围内，原油脱后含水量大部分都达标，所以在正交试验中只以原油脱后含盐量为指标，正交因素水平表如表 3所示。正交试验结果见表 4。
表 3
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表 3 正交因素水平表
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表 4
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表 4 正交试验结果与分析
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因为表 4中的极值R是反映同一个因素在不同水平下的波动情况，如果R值越大，说明该因素对处理效果的影响越大，相反，R值越小，说明该因素对处理效果的影响越小。从表 4可知，R(B)＞R(C)＞R(A) =R(D), 说明B因素在不同水平下对处理效果影响最大，所以是电脱盐的主因素。影响因素大小的顺序为：B>C>A=D，即：温度>注水量>破乳剂用量=电场强度。最佳组合为B3C3A2D3，即：温度145 ℃，注水量12%(w)，破乳剂用量80 μg/g，电场强度1 000 V/cm。
4.6 最佳操作条件下的电脱盐实验
实验方法：破乳剂用量80 μg/g，注水量12%(w)，混合时间5 min，温度145 ℃，电场强度1 000 V/cm，停留时间90 min，三级电脱盐。实验结果如表 5所示。
表 5
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表 5 最佳操作条件下的电脱盐实验结果
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从表 5可以看出，三次实验的结果都比正交试验里最好的结果好，且含盐量≤3 mg/L、含水量≤0.3%(w)，均达到了行业标准的技术要求。
5 结论
(1) 破乳剂PDB9947对重质原油乳状液有很好的破乳性能，在80 ℃恒温水浴中停留40 min, 脱水率达90%。
(2) 通过实验得到重质原油电脱盐最佳操作条件：破乳剂用量80 μg/g，注水量12%(w)，混合时间5 min，温度145 ℃，电场强度1 000 V/cm，停留时间90 min，三级电脱盐。原油电脱盐后含盐量、含水量符合行业标准，为加工重质原油的炼油厂电脱盐装置操作条件的优化提供了依据。
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Bahadori A, Zeidani K.Analysis of Crude Oil Electrostatic Desalters Performance; Petroleum Society, Paper 2005-093.
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2011, Vol. 40