低凝重質原油電脫鹽影響因素及操作工藝參數分析

許維相

中石油云南石化有限公司 （云南昆明 650399）

技術進步

低凝重質原油電脫鹽影響因素及操作工藝參數分析

許維相

中石油云南石化有限公司 （云南昆明 650399）

針對遼河低凝重質原油具有黏度大、密度高、酸值高、膠質瀝青質含量高等特點，根據多年來加工遼河低凝油運行電脫鹽設備的生產實踐經驗，對原油電脫鹽的影響因素和操作工藝參數進行分析總結，結果表明：原油密度為911.1～965.9 kg/m3、混合閥適宜壓差為30～80 Pa、水溶性破乳劑用量為8～10 μg/g、溫度為135～140℃、壓力控制在0.8～1.2 MPa、注水量取5%（體積分數）、電場強度為700～1000 V/cm、停留時間為2～3 min符合加工遼河低凝原油電脫鹽技術標準要求。

低凝原油 電脫鹽 重質油 破乳劑 工藝參數

0 前言

電脫鹽工藝是煉油廠的第一道預處理工序，具有為下游裝置提供優質原料、減輕設備結垢和腐蝕、降低能耗、減少催化劑消耗以及改善產品質量等作用，是煉油廠不可缺少的重要工藝[1]。近年來隨著二次加工、重油催化裂化和加氫等工藝技術的發展，人們對原油電脫鹽后的含鹽量提出了更高的要求：若以防腐為目的，電脫鹽后原油含鹽量應不大于5 mg/L、含水量應不大于0.3%（體積分數）；若為了保護二次加工過程的催化劑，要求深度脫鹽，電脫鹽后原油含鹽量應不大于3 mg/L[2]。

中國石油天然氣股份有限公司遼河石化分公司南蒸餾車間常減壓裝置作為加工遼河低凝油單位之一，經過多年的生產實踐，摸索出加工遼河低凝油影響電脫鹽的諸多因素及適宜工藝操作參數，現總結如下。

1 遼河低凝油評價數據

原油在開采過程中，由于經常使用一些聚合物或表面活性劑，同時采用熱采的辦法，使得原油乳狀液非常穩定，原油脫水非常困難，這為電脫鹽的操作帶來較大的困難。由表1可以看出，遼河低凝油具有黏度大、密度高、酸值高、膠質瀝青質含量高等特點，屬于低硫環烷基重質原油。

表1 遼河低凝原油評價部分數據

2 電脫鹽罐的操作溫度

電脫鹽時需將原油加熱到指定的溫度，使原油黏度降低，有利于增大水滴的沉降速度并提高脫水效率。而原油黏度的降低與脫水效率的提高呈線性關系，液滴直徑的增大與沉降速度的增加呈指數關系。因此利用這種靜電凝聚增大水滴的作用，可顯著改善原油的脫鹽和脫水效果。

隨著溫度的升高，油氣的飽和蒸汽壓與設備耐壓等級均需相應地升高，原油的電導率增大，脫鹽裝置能耗明顯增加，使電極引線的絕緣密封和吊掛的工作條件惡化。此外，溫度升高將使脫鹽水在排入下水道前的冷卻過程能耗增加。因此，對于不同種類的原油，需根據其性質，相應地確定技術經濟上適宜的電脫鹽溫度，而不必一味地追求高的操作溫度。

2.1 保持溫度平穩的重要性

為了保證平穩操作，電脫鹽罐的操作溫度應保持恒定。當進料溫度突然升高時，進入容器下部的原油溫度高、密度較小，易造成置換容器上部密度較大的冷油，引起所謂的“熱攪動”，因此應強化電脫鹽前換熱系統的平穩操作，確保電脫鹽罐的溫度穩定。

2.2 重質原油電脫鹽的適宜溫度范圍

根據生產經驗，一般原油的電脫鹽適宜溫度為100～120℃，對于遼河低凝重質油或黏稠并形成穩定乳化液的原油來說，將溫度升高至135～140℃時電脫鹽效果會更好些。

3 電脫鹽罐的操作壓力

在原油電脫鹽過程中，電脫鹽罐的壓力取決于原油和水的飽和蒸汽壓、每級電脫鹽的壓降、脫鹽后工藝流程中流體的流動阻力等，但不能超過電脫鹽罐的設計壓力。電脫鹽罐的壓力主要用于抑制原油的汽化，至少應比電脫鹽溫度下的原油蒸汽壓高0.148 MPa。壓力太高，將導致電脫鹽罐的制造費用增加；壓力太低，可導致水和原油汽化，嚴重干擾電脫鹽裝置的操作。

加工重質原油時，根據加工遼河低凝原油的生產經驗，電脫鹽罐的壓力控制在0.8～1.2 MPa范圍內較為適宜。

4 破乳劑

4.1 破乳劑的作用

在原油脫鹽過程中需使用破乳劑，以破壞包圍水細滴的乳化膜并防止洗滌水滴的外部生成乳化膜。電脫鹽所用的破乳劑主要為非離子型的表面活性劑，有水溶性和油溶性兩種，一般水溶性破乳劑作為初級破乳劑，或被用作油溶性破乳劑的助劑。這兩種破乳劑的協同作用，對于較難處理的混合原油卓有成效。

4.2 破乳劑注入位置

一般是在一級電脫鹽原油泵的入口前，將破乳劑加入原油中。使用水溶性破乳劑時，這種加劑流程不太合適，因為每一級電脫鹽過程中都有部分破乳劑隨污水排出，使其含量不斷減少，以致于不足以破壞油水乳化液。為了保證各級電脫鹽的有效破乳，就要添加過量的破乳劑，這便增加了電脫鹽裝置的操作費用。較為合理的辦法是按級分別加入所需的破乳劑。如中國石油遼陽石油化纖公司煉油廠將其電脫鹽裝置的注入點由1個增加為3個，脫鹽率由35%提高到78%，取得了較好的效果[3]。

國外部分煉油廠在原油進入儲罐之前就加入了破乳劑，特別是在從船上卸下原油前10～20 min就加入破乳劑，這樣可在儲罐內脫除70%以上的水和65%的鹽，而且在電脫鹽時不必再加破乳劑。一般采用油溶性破乳劑，使破乳劑溶于油相中，當破乳劑的注入量低于20 μg/g時，在罐內停留的時間因原油的密度不同而有所不同：密度為850～900 kg/m3的輕質原油，時間為1～4 d；密度為900～990 kg/m3的重質原油，時間為4～10 d。處理效果與原油類型(含蠟量和表面活性劑含量)、破乳劑類型及其加入量、在罐內停留的時間、混合時的溫度以及注入位置等有關。

4.3 破乳劑的用量

水溶性破乳劑使用前先在專用容器中稀釋為1%～2%（體積分數）的水溶液，油溶性破乳劑則以原有的商品狀態使用，用專用的小流量計量泵加到原油中。這樣用量小、工藝簡單，保證了原油需要的破乳劑量。

破乳劑的用量取決于原油的性質、油田的原油預處理方法以及脫鹽級數、操作溫度、洗滌水用量與油水混合的程度等脫鹽工藝條件。以原油處理量為基準，一般來講，水溶性破乳劑的加入量為1～l0 μg/g、油溶性破乳劑的加入量為3～25 μg/g。如果破乳劑加入量過高，將會使污水水質變差，難以凈化。

此外還應考慮到，有些油田已在原油中添加過破乳劑，并且大多數仍存在于原油中，因此在煉油廠只需補加少量的破乳劑。需要補加的破乳劑量，需根據原油的種類、具體的工藝流程和條件并通過試驗確定。

國外的破乳劑中，還加有固體濕潤劑，可起到破乳和濕潤固體的雙重作用，使用固體濕潤劑不僅有利于將固體從脫鹽器中隨水帶出，同時還可減少排出水的含油量，固體濕潤劑一般為酚類物質。

脫除原油中的固體物，最重要的因素是洗滌水用量；對排水帶油現象的控制，主要是選用合理用量的有效破乳劑，并使排水呈中性或弱酸性。

4.4 適合于重質原油的破乳劑

針對中國石化集團公司石油化工設備防腐蝕研究中心開發的一系列破乳劑，經過試驗篩選，認為其中ERI 1136系列破乳劑對高黏重質原油具有較好的破乳效果，經生產使用證明，適用于遼河油田、勝利油田等黏度高、密度大的重質原油。經過加工遼河低凝油長期使用經驗表明，水溶性破乳劑適宜的加入量為8～l0 μg/g。

5 洗滌水

5.1 注水的作用

保持油水乳化液中適當的含水量是水微滴聚結、電脫鹽脫水的必要條件。目前公認的交流電脫水器的限度是電脫鹽后原油含水量為0.1%（體積分數）。增大電脫鹽前注入的淡水量，可降低電脫鹽后原油含水中的鹽濃度，從而提高電脫鹽效率。

5.2 注水量

生產實踐證明，為了達到原油深度脫鹽的目的，每級的注水量應為4%～10%（體積分數）。在注水量未達到6%（體積分數）之前，增大注水量能夠顯著提高原油的電脫鹽率，其效果因原油的不同而不同；當注水量超過6%（體積分數）之后，繼續增大注水量對電脫鹽率的提高作用不大。注水量過大不僅會影響到電場的平穩操作，降低裝置的處理能力，并且水費、動力消耗、污水處理費用和投資將會隨之增大。一般取5%（體積分數）左右的注水量為宜。

5.3 注水水質

對于注水水質的要求，除含鹽量外還有含氧量、含氮量。含氧量高時會在電脫鹽溫度下腐蝕金屬，大量氧帶入原油加工系統后，會氧化硫化物，影響蒸餾產品的質量，造成裝置腐蝕。酸、堿性物質會改變乳化液的pH值，并與乳化液中的有機酸等物質形成具有表面活性的乳化劑，加劇原油的乳化或排水帶油。當排水的pH值低于6時，難以洗出油中的鹽；當pH值高于8時，將會增加原油對電脫鹽裝置排出水的污染。

為了減少煉油廠污水的酚含量，有些煉油廠用汽提后的酸性水作為電脫鹽洗滌水的一部分。但是，如果汽提塔未將氨汽提好，會由于洗滌水的pH值較高而造成乳化，一般氨含量低于40 μg/g時才不會產生該類問題。

電脫鹽裝置的用水水質要求氯化物（以NaCl計）含量不大于300 mg/L，為了避免在管線和換熱設備中生成沉淀，洗滌水中硫酸鹽和碳酸鹽的含量不應超過300 mg/L；為了避免設備腐蝕，當洗滌水用量為5%（體積分數）時，洗滌水中硫化氫的含量不應超過20 mg/L。

5.4 注水流程

為了減少淡水用量和污水排放量，僅在最后一級使用淡水，然后利用后一級的排水洗滌前一級的原油。在實際生產中，為了節約軟化水的用量還可以補充注入塔頂水，這種串級返回洗滌原油的流程可以大大減少淡水用量及污水排放量，且不影響電脫鹽的效率。如果不僅串級重復使用淡水，同時在同一級內循環使用部分污水，還可進一步降低電脫鹽的淡水用量和污水排放量，并且可保證原油的脫鹽深度，使脫后原油中的鹽含量只有1～3 mg/L。

6 混合壓差

6.1 混合壓差的作用

原油中鹽的脫除，很大程度上取決于原油與洗滌水和破乳劑的混合程度。為了達到深度脫鹽的目的，要求原油與洗滌水充分混合，以保證軟化水滴與原油中的鹽水滴充分接觸。但過于強烈的混合又會產生不易破壞的乳化液，因此為了控制電脫鹽過程中的油水和油劑混合，需要可調節的油水混合器，以便在不同的情況下均能適宜地混合。

6.2 混合壓差的調節

原油注水后，注入的水經原油泵、噴射泵、靜態混合器或混合閥與原油進行混合，混合閥的混合能力通過改變混合閥兩端的壓差（注水在原油中分散程度的標志）進行調節。最適宜的混合是既達到了希望的混合程度，又未引起兩相間嚴重的乳化。

6.3 適宜的混合壓差范圍

混合強度因原油品種、電脫鹽罐內部結構的不同而各有差異。對于密度在911.1～965.9 kg/m3之間的原油，混合閥的適宜壓差范圍為30～80 Pa；對于密度在801.7～904.2 kg/m3之間的原油，混合閥的適宜壓差范圍為50～130 Pa。生產實踐證明，加工遼河低凝重質油時，將電脫鹽混合壓差控制在40～50 Pa時較為理想。

7 原油在強電場中的停留時間

原油在強電場中需要一定的停留時間，以便使乳化液在強電場中破乳，并使小水滴聚結沉降。停留時間過長會使水滴產生電分散，不利于聚結，同時增加電耗。引進的美國電脫鹽技術推薦停留時間為2 min，工業生產實踐表明，加工遼河低凝油時原油在強電場中的停留時間在2～3 min范圍內較為適宜。

8 電場強度

在脫鹽罐中，一般設三層極板，中間極板接電，上、下極板接地，中間極板與上極板間形成強電場，強電場的電場強度(電位梯度)為電脫鹽的主要操作參數。提高電場強度，將有利于水滴的聚結，但過高的電場強度，也會促進電分散，中國石化工程建設公司（SEI）推薦的強電場的電場強度為700～1 000 V/cm，對于重質原油而言可適當提高。

中層極板與下層極板間形成弱電場，這一區域為油水乳化層，而且越向上水含量越低，越往下水含量越高，原油中的大部分水在該區域被脫除，弱電場的電場強度為強電場電場強度的一半即可滿足要求。

9 結論

經過多年來對加工遼河低凝油電脫鹽運行效果進行研究并在生產實踐中驗證表明，在洗滌水用量、電脫鹽溫度、破乳劑用量、電場強度等影響因素中，溫度是對電脫鹽脫水效果影響最為顯著的因素，其次為電場強度，兩者的交互作用對電脫鹽脫水效果的影響也較大。同時通過對原油電脫鹽主要工藝參數的分析，得出了加工重質原油電脫鹽的適宜操作工藝參數：

（1）進入電脫鹽罐的原油溫度為135～140℃。

（2）電脫鹽罐的壓力控制在0.8～1.2 MPa范圍內。

（3）ERI 1136系列破乳劑對高黏重質原油具有較好的破乳效果，水溶性破乳劑的加入量為1～10 μg/g，油溶性破乳劑的加入量為3～25 μg/g。

（4）注水量取5%（體積分數）左右較為經濟合理，水質要求氯化物（以NaCl計）含量不大于300 mg/L；為了避免在管線和換熱設備中生成沉淀，洗滌水中硫酸鹽和碳酸鹽的含量不應超過300 mg/L；為了避免設備腐蝕，當洗滌水用量為5%（體積分數）時，洗滌水中H2S的含量不應超過20 mg/L。

（5）對于密度在911.1～965.9 kg/cm3的原油，混合閥的適宜壓差范圍為30～80 Pa。

（6）過高的電場強度會促進電分散，推薦的強電場的電場強度為700～100 0 V/cm，對于重質原油可適當提高。

（7）原油在強電場中的停留時間在2～3 min范圍內較為適宜。

[1] 陳明燕,劉政,聶崇斌,等.重質原油電脫鹽影響因素分析及操作條件優化研究[J].石油與天然氣化工, 2011,40(6):578-584.

[2] 賈鵬林,婁世松,楚喜麗.原油電脫鹽脫水技術[M].北京:中國石化出版社,2010:1.

[3] 何志強.混煉含酸重質劣質原油的電脫鹽技術選擇探討[J].中外能源.2009,14(10):74-77.

Influential Factors of Lower Freezing Point Heavy Crude Oil Electrical Desalting and Analysis of Operating Process Parameters

Xu Weixiang

Benefitted from the years'production experience in processing Liaohe crude oil—a kind of low-freezing and heavy crude oil featuring advantages such as high viscosity,high density,high acid value and high colloidal asphalt content,an analysis was performed on the summary of influential factors and optimization of operational parameters of electric desalting processing.The results showed that the crude oil had density ranging from 911.1 to 965.9 kg/m3.It was concluded that the processing parameters met the industrial standard for electric desalting of Liaohe crude oil,with the proper pressure difference for mixing valve being 30～80 Pa,the water-soluble demulsifier dosage being 8～10 μg/g，the temperature being 135～140℃,the pressure being 0.8～1.2 MPa,the volume fraction of injected water being 5%，the electrical field intensity being 700～1000 V/cm and the residence time being 2～3 min.

Low freezing point crude oil;Electric desalting;Heavy oil;Demulsifier;Processing parameter

TE 624.1

2014年7月

許維相男1973年生工程師碩士目前主要從事石油加工工藝技術管理工作已發表論文7篇