高酸重质原油电脱盐脱水工艺研究

吴飞跃, 王龙祥,, 王纪刚, 李 泓

(1.江苏省低维材料化学重点建设实验室 淮阴师范学院, 江苏 淮安 223300;2.江苏三星科技有限公司, 江苏 镇江 212200)

高酸重质原油电脱盐脱水工艺研究

吴飞跃1, 王龙祥1,2, 王纪刚2, 李 泓2

(1.江苏省低维材料化学重点建设实验室 淮阴师范学院, 江苏 淮安 223300;2.江苏三星科技有限公司, 江苏 镇江 212200)

对高酸重质原油PL19-3进行了破乳剂评价,其中破乳剂G和DLS1603效果较好. 考察了影响电脱盐的因素,确定了高酸重质原油PL19-3电脱盐的最佳工艺条件范围:温度130～140℃,注水量6%～8%,场强900～1100V/cm,破乳剂注入量10.0mg/L．在选定的工艺条件下进行三级电脱盐动态模拟实验,三级脱后原油含盐≤3mg/L,含水≤0.2%, PL19-3原油经过三级电脱盐,脱后原油含盐含水均达到中石化的相应技术指标．

电脱盐; 破乳剂; 高酸原油

0 引言

高酸原油多属中间基或环烷基原油,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较高、蜡含量低且轻组分含量少、胶质沥青质含量高、残炭高、金属含量较高、减压渣油黏度大和钙含量高[1],属于难加工的油种,国际原油市场交易价格普遍较低．特别是近几年,随着国际市场原油价格高企,品质差价逐渐增大．随着国民经济的持续增长,我国对石油的需求将越来越大．2010年我国对外依存度已达到55.3%,为降低原料成本,提高企业经济效益,我国石油加工企业的原油将面临重质化、高含硫、高酸的趋势．

高酸原油含有大量的环烷酸,环烷酸是一种天然的表面活性物质．此外,高酸劣质原油还因富含胶质、沥青质且易与原油中固体颗粒等杂质混合形成稳定的乳化液,这些因素均会导致在电脱盐罐内形成较为稳定且大量的乳化层,这造成了电脱盐操作状况的恶化[2]．

目前科研院所及高校对石油加工领域的研究主要集中在馏分油的处理和助剂的开发,而对原油预处理研究较少,对高酸原油的预处理的研究更鲜有报道．本文以高酸重质原油PL19-3为原料进行了冷模和热模电脱盐脱水的研究,对我国大规模加工高酸原油进行预处理具有实际指导意义．

1 实验部分

1.1 原料和试剂

原料油:高酸重质原油PL19-3,由惠州炼油分公司提供,原油性质见表1．

表1 PL19-3原油性质

破乳剂: HZ-01、HZ-02、HZG-03型号破乳剂由惠州炼油分公司提供;BPR27141、BPR27638美国贝克休斯公司提供;SXF-06、SXF-02江苏三星科技有限公司自制;DLS1603、DLS2601产自俄罗斯．

1.2 主要仪器

超级恒温器(上海实验仪器厂有限公司),电动离心机(金坛市金南仪器制造有限公司),SH-I型电脱盐试验仪(河南洛阳石化生产),LC-II型微库仑盐含量分析仪 (江苏姜堰市分析仪器厂制造),蒸馏法水含量分析仪(江苏姜堰市分析仪器厂制造)

1.3 破乳剂评选方法

破乳剂筛选方法:实验分别在试管中加入180mL原油,放入恒温水浴槽中80℃恒温15min．然后在试管中分别加入一定量的破乳剂,并加入蒸馏水20mL,再在恒温水浴中80℃恒温20min,将试管振荡混合100次后,放入恒温水浴中80℃恒温脱水．

2 结果与分析

2.1 破乳剂的评选

由于各种原油中的胶质、沥青质的含量不同、分子结构不同,及原油粘度,水的含量、盐的含量、品种均存在差异,且因为原油运输途中的混合程度也存在差异,以上因素均会造成乳化液的稳定程度不同．由于没有广普性的破乳剂,因此针对不同原油必须进行破乳剂的评选．不同破乳剂对PL19-3原油破乳效果见表2．

表2 不同种类破乳剂热沉降法原油脱水效果

由表2可知，在没有加破乳剂的条件下,加入20.0mL水,沉降60min后脱水率仅为37.5%;DLS1603在60min内脱水率达到93%,DLS1603和HZ-03破乳剂在开始时就表现出较快的脱水速度,而HZ-01和HZ-02破乳剂在开始时脱水速度较慢,而随着时间增加脱水速度也增加．在电脱盐过程中原油在电场中停留时间一般10～30min,而破乳剂HZ-01、HZ-02、HZ-03和DLS1603在10～30min脱水率较高,因此选择破乳剂HZ-01、HZ-02、HZ-03、DLS1603不同注入量进一步考察．

2.2 破乳剂注入量的考察

为了降低成本尽量减小破乳剂的注入量,分别对破乳剂HZ-01、HZ-02、HZ-03、DLS1603进行不同加入量对PL19-3原油脱水效果影响的考察(表3)．由表3可知:不同破乳剂注入量随停留时间延长脱水率增加,相同停留时间破乳剂随注入量增加脱水率先增加,这是由于破乳剂浓度达到临界聚集浓度(CAC)以前,破乳剂脱水效果随使用浓度增大而提高;超过CAC浓度后随破乳剂使用浓度增大会出现两种情况:破乳效果下降或几乎不变化[3]．这是因为在CAC浓度以下,破乳剂分子以单体形式分配于油水两相中并吸附在油水界面;在CAC浓度时油水界面的吸附量达到最大,此时破乳速率也最大;超过CAC浓度后破乳剂开始在油相、水相或第三相聚集．通过四种破乳剂注入量对脱水率的影响对比,破乳剂HZ-03和DLS1603效果较好,适宜的注入量为10.0mg/L．

2.3 温度的选择

脱盐温度是电脱盐过程中一个十分重要的参数,它直接影响脱盐效果,保持较高的脱盐温度,一方面可以使原油粘度降低,减少水滴运动阻力,有利于水滴运动;另一方面可以降低油水界面的张力,水滴受热膨胀,使乳化膜减弱,有利于破乳和聚结．

表3 破乳剂加入量对PL19-3原油脱水效果的影响

温度对原油PL19-3粘度和水密度差的影响见图1．由图1可知,油水的密度差随温度的升高先增后降,50℃的油水密度差是0.088g/cm3,温度升到150℃油水密度差为0.075g/cm3;原油的粘度随温度的升高单调下降,温度超过70℃粘度曲线趋于平缓,根据曲线回归计算,在100℃以上原油的运动粘度已经降低到10mm2/s以下．假设注水量和搅拌速度一定的条件下水滴的粒径大小相等并不随温度的变化而变化,根据Stocks水滴沉降公式计算得出相对沉降速度见表4,综合考虑各因素确定PL19-3原油电脱盐操作温度范围130～140℃．

图1 温度对PL19-3原油油水密度差和粘度的影响

表4 温度对水滴沉降速度的影响

2.4 冷模电脱盐工艺参数考察

2.4.1 电场强度对PL19-3原油脱水效果的影响

电场强度存在一个临界值,国外文献[4]介绍这个临界电场强度为4.70KV/cm．当场强小于临界电场强度时,水滴受电凝聚作用,凝聚力随场强的增大而增大;当场强大于临界电场强度时,水滴受电分散作用而破碎,发生乳化现象．因而,确定合适的电场强度对原油脱水过程十分重要．

在实验温度135℃,破乳剂DLS1603注入量10.0mg/L,注水量为8%,场强中停留时间6min条件下,在SH-1型电脱盐实验仪上不同场强对PL19-3原油乳化液脱水效果见图2．

水滴在电场中存在分散和凝聚两个相反的过程,在低电压下以电凝聚为主;而在高电压下则为电分散所控制,电场强度过高,电耗也随之增加．电分散的存在使得脱盐率在电场强度高于某一值时已基本不再增加．加上适当电压后,悬浮在原油中的微小水滴迅速聚结下沉．一般认为,乳化液滴间的聚结力与电场强度平方成正比,从图2中可以看出,电场强度增大,脱水速度加快．但电场强度太大,电耗增加,也可能会出现电分散控制过程．从而需根据试验数据及有关因素综合考虑确定适宜的电场强度为900～1100V/cm．

2.4.2 注水量变化对脱水效果的影响

原油注水的目的是为了溶解油中的无机盐类,从而在原油脱水时将无机盐类一并脱除．在操作条件:温度135℃,破乳剂DLS1603注入量10.0mg/L,场强1000V/cm,场强中停留时间6min,不同注水量对PL19-3原油乳化液脱水效果见图3．由图3可以看出,随着注水量的增大,脱水率提高,这是由于适当提高注水量将增加水滴的密度,提高水滴间的凝聚力,使水滴更易聚结,同时注水还可破坏原油乳化液的稳定性,以利于水滴聚结,从而可降低脱后原油中残存水的含盐浓度,以提高脱盐率．但注水量增加到一定程度后,会因脱水率的下降使得原油脱后含水增加,且注水量过多将增加能耗而降低处理能力,适宜的注水量控制在6%～8%．

图2 不同电场强度对PL19-3原油脱水率的影响

图3 注水量对电脱水效果的影响

2.5 热模脱盐脱水效果考察

根据冷模实验优化条件,采用三级电脱盐进行热模小试实验,实验条件见表5. 每隔一小时取样分析,脱后原油含盐含水见表6．

表5 热模实验操作参数

注: 实验注水量均为6%.

表6 热模实验原油脱盐脱水效果

由表6可知:PL19-3原油经过三级电脱盐脱后原油含盐平均值≤3mg/L,含水≤0.2%,以上数据均达到了中石化及中石油的相关标准,这说明冷模评选中得到的电脱盐操作参数是可行的．

3 结论

1) 采用热沉降法(SY/T 5281)对高酸重质原油PL19-3进行破乳剂评选,结果表明DLS1603是较适合的破乳剂．

2) 对影响PL19-3电脱盐脱水因素考察,适宜的条件为:温度130～140℃,破乳剂DLS1603注入量10.0mg/L,场强900～1100V/cm,注水量6%～8%．

3) 在冷模优化条件下进行热模实验,经过三级热模电脱盐脱水,原油PL19-3脱后含盐≤3mg/L,含水≤0.2%．

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

[2] 刘标铭. 高酸劣质原油深度脱盐的探讨[J]. 广石化科技,2007(4):26-30.

[3] 陶乐. 对原油脱盐脱水的动态试验研究[J]. 高桥石化,2004, 19(6):52-52.

[4] 侯祥麟. 中国炼油技术[M]. 北京:中国石化出版社,1991,49-50.

[责任编辑：蒋海龙]

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

吴飞跃(1975-), 男, 江苏淮阴人, 讲师, 博士, 研究方向为石油加工等．