微波破乳法原油脱水技术研究

丁洋，熊祥祖，魏世辕，秦帆，王隆军

(武汉工程大学化工与制药学院，绿色化工过程省部共建教育部重点实验室，湖北省新型反应器与绿色化学工艺重点实验室，湖北 武汉 430074)

0 引 言

石油是重要的工业原料和战略资源，随着国民经济和工业化的迅猛发展，石油的需求量越来越大.如何提高石油的采收率，充分利用有限的石油资源，意义十分重大.在石油采收过程中，原油的破乳对原油开采，集输和加工都极其重要；而传统的热化学法和电化学法破乳存在着耗能大、破乳剂用量多、易产生二次污染等问题.本实验依据原油破乳的发展趋势以及存在的问题，研究影响原油脱水效果的主要因素，并在此基础上提出了新的工艺路线.

1 实验部分

1.1 原理及其改进

水在原油中以游离水和乳化水两种形式存在，游离水可通过简单的沉降措施从原油中分离出来，乳化水却不能[1].乳化水需要通过加热，破乳[2]，或者震荡等使小油珠和水珠聚集成大油珠和大水珠，由于重力差异，大油珠上浮，大水珠下沉，从而达到油水分离的目的[3-8].

热化学脱水由于成本低廉，工艺简单，目前在国际上得到广泛的应用.然而单纯的热化学脱水往往无法使原油的脱水量到达合格的要求.因此对影响原油脱水的主要因素作综合分析后，建立了集加热破乳微波震荡为一体的原油脱水研究方案.采用微波破乳的同时利用震荡强化类聚过程，加快类聚速度提高油水分聚的效果，然后再将已成熟的热化学脱水法与之简约集合.经热脱水，化学脱水剂脱水，微波震荡类聚的方法集约在一起，发挥溶合脱水的合力作用，以期达到缩短脱水工艺过程、节约能耗和运输成本并提高脱水效率的目的.

1.2 仪器及材料

加热套，冷凝回流管，蒸馏烧瓶(1 000 mL)，分水器，干燥器，若干烧杯，温度计；电子天平[EL204，梅特勒—托利多仪器(上海)有限公司]，数显鼓风干燥箱(101A型，吴江市同里镇田库工业开发区)，恒温水浴箱(ZZ17-20L型，北京中西泰安技术服务有限公司)，微波震荡器(JP-C50A型，广州市吉普超声波电子设备有限公司)；1#，2#，3#，5#原油(安陆石油化工厂)，2#脱水剂(破乳剂SP169，北京大田丰拓化学技术有限公司).

1.3 测定方法

根据中华人民共和国国家标准(GB/T 8929-88)原油水含量的测定蒸馏法对原油含水量进行测定.

1.4 实验步骤

a.全部仪器用铬酸清洗一遍，除去粘附在仪器内表面上表面膜和有机残渣.

b.标定接收器：用能读准至0.01 mL的精密微量移液管，以0.05 mL的增量逐次加入蒸馏水来接收器上刻度标线的准确度.

c.空白试验：把足够的二甲苯加到烧瓶中，使二甲苯的总体积达到400 mL(为了减少暴沸，可加入适量的沸石).

d.用量程为200 mL的量筒量取流动的原油.缓慢地把原油倒入烧杯中，避免空气进入，把液面调到要求的刻度.再把烧杯中的油倒入蒸馏烧瓶中，用至少200 mL二甲苯以每次40 mL分5次洗涤烧杯，倒入烧瓶，要把烧杯中的试样完全倒净.把足够的二甲苯加到烧瓶中，使二甲苯的总体积达到400 mL.

e.搭建好装配仪器，要保证全部接头的气密性和液封性.把装有显色干燥剂的干燥管插到冷凝器上端，防止空气中的水分在冷凝器内部冷凝.通过冷凝器夹套的循环冷却水采用常温自来水.

f.加热蒸馏烧瓶.在蒸馏的初始阶段缓慢加热(约0.5 h)，防止暴沸和系统中可能存在的水分损失(不能让冷凝液上升到高于冷凝器内管的3/4处，为了使冷凝液容易洗下来，冷凝液应尽可能的保持在冷凝器冷却水入口处).初始加热后，调整沸腾速度，使冷凝液不超过冷凝器内管长度的3/4.馏出物应以大约每秒钟2至5滴的速度滴进接受器.继续蒸馏，直到除接受器外仪器的任何部分都没有可见水，接受器中水的体积至少保持恒定5 min.如果在冷凝器内管中有水滴持久积聚，就用二甲苯冲洗.冲洗后，要缓慢加热，防止暴沸，再蒸馏至少5 min(冲洗前，必须停止加热至少15 min，以防止暴沸)，重复这个操作，直到冷凝器中没有可见水和接受器中水的体积保持恒定至少5 min(如果这个操作不能除掉水时，使用聚四氟乙烯刮具把水刮进接受器中).

g.水的移入完成后，把接受器和它的内含物冷却到室温，用聚四氟乙烯制的刮具把粘附在接受器壁上的水滴移到水层里.读出接受器中水的体积.

2 结果与讨论

2.1 原油的含水量的测定

根据1.4实验步骤，测定原油的含水量.结果如表1所示.

表1 1#，2#，3#，5#原油的含水量记录

2.2 热脱水温度对原油脱水的影响

在不同温度下对原油进行破乳实验.取3#原油60 mL于5个相同的小烧杯中，分别在几个不同温度下恒温水浴箱中水浴加热30 min，静置片刻.分别取烧杯中上层成品油适量，测含水质量分数.结果如表2所示.

表2 不同温度下成品油含水量

2.3 2#脱水剂用量对3#原油脱水的影响

在不同脱水剂用量下对原油进行破乳实验.在原油中分别加入不同含量的破乳剂充分震荡混合，震荡50 min，静置片刻，分别取烧杯中上层油适量，测含水质量分数.结果如表3所示.

表3 脱水剂不同用量下成品油含水量

实验结果表明，震荡50 min原油脱水效果最佳.

2.4 微波破乳震荡时间对3#原油脱水的影响

在不同微波破乳震荡时间下对原油进行破乳实验.原油在不同的微波震荡时间下进行破乳，静置片刻，分别取烧杯中上层成品油适量，测含水质量分数.结果如表4所示.

表4 不同震荡时间下成品油含水量

2.5 脱水剂用量、微波破乳震荡时间对3#原油脱水量的影响

保持震荡时间恒定，改变脱水剂用量对原油进行破乳实验，从上述实验中每组分别选取3个最佳实验数据，得到含水量最低的数据对应温度的脱水剂用量、微波破乳时间进行破乳实验.结果如表5所示.

表5 震荡时间一定时，不同用量脱水剂下成品油的含水量

注：6，7组震荡时原油放在振荡器边缘.

2.6 附加实验

2.6.1 原油不搅动、静置对原油脱水的影响 实验结果表明，静置不震荡对结果影响不大，但静置后震荡的结果比无静置的好.

表6 静置对原油脱水的影响

2.6.2 静置与震荡对5#原油脱水的影响 实验结果表明，静置后再震荡的脱水效果较好，而静置的最佳时间为12 h.

表7 静置与震荡对原油脱水的影响

综上所述，先加入2滴脱水剂(sp169)，再搅匀，静置12 h进行一次破乳，取一次破乳后的上层原油乳状液采用微波震荡二次破乳，震荡破乳50 min得到成品油的工艺流程，可使原油的含水量降低到9.16%，脱水效果最好.

2.7 原油脱水的分析

2.7.1 影响原油脱水的因素 通过分别测定原油在不同温度的恒温水浴箱中加热30 min后的含水质量分数的实验，可知：温度的变化会影响乳状液的稳定性，温度升高，乳状液稳定性下降；同时使连续相的粘度降低，水分子在重力场作用下沉降加快[9]；在原油中加入一定含量的破乳剂，破乳剂分子的极性部分具有亲水性而浸没水中，非极性部分浸入油中.上述实验结果表明，破乳剂的用量也有最佳值.在低浓度时，油水界面张力随破乳剂浓度增加下降明显，脱水率增大，当超过最佳值后界面吸附趋于平衡，破乳剂分子易聚集形成胶束[10]，使界面张力回升，脱水率反而下降.微波震荡会产生热学、电学、和化学等效应，作用于液体时产生激烈而快速变化的机械运动，震动能量被媒介吸收转变为热能使自身温度升高，在液体中产生空穴或气泡.震荡时间在达到最佳值之前，破乳效果随震荡时间的增大而提高，超过最佳值以后，破乳效果几乎不发生变化.因此，选择合理的温度，微波震荡时间，破乳剂的用量是十分必要的.

2.7.2 原油脱水工艺的探讨 通过以上实验，单一的热化学脱水，微波震荡破乳，加入脱水剂破乳脱水效果有限.因此，采用多种方式联合破乳，进一步降低原油的含水量.根据实验数据知选取震荡时间为50 min时，温度50 ℃下，不同脱水剂浓度下实验，原油含水量降低明显.在适当的温度，震荡时间，脱水剂浓度下原油脱水效果明显，联合破乳效果远远优于单一的破乳效果.

3 结语

a.温度是影响热化学法和微波震荡法破乳的因素之一.原油破乳温度存在一最佳值.针对本文所采用原油，实验结果表明最佳破乳温度为50 ℃.

b.对于同种原油，实验结果表明微波震荡破乳效果比热化学法破乳效果好.

c.超声波震荡破乳实验过程中，震荡时间存在一最佳范围.实验结果表明，微波震荡破乳时间应控制在50 min左右.

d.微波震荡破乳实验表明在温度适宜时，震荡时间，破乳剂用量对破乳影响十分明显.温度、震荡时间、破乳剂用量联合破乳存在一最佳范围.对于本实验所用原油，当温度为50 ℃，震荡时间为50 min时，破乳剂滴数为2滴时，原油脱水率最高，破乳效果显著.

e.根据实验结果的分析，提出原油乳状液脱水工艺为：先加入2滴脱水剂(sp-169)，再搅匀，静置12 h进行一次破乳，取一次破乳后的上层原油乳状液采用微波震荡二次破乳，震荡破乳50 min得到成品油的工艺流程，可使原油的含水量降低到9.16%，脱水效果最好.

参考文献：

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