超聲脫水技術(shù)處理煉廠乳液的研究.pdf

1、現(xiàn)代煉油工業(yè)生產(chǎn)中乳狀液種類眾多，其中原油乳狀液、污油、浮渣等處理量最大且處理難度較大。隨著油田進入二、三次采油，進煉廠原油乳化穩(wěn)定性增強，相應(yīng)的污油、浮渣成分更復(fù)雜，給原油脫水脫鹽、污油與浮渣的回收等過程帶來了極大的困難與挑戰(zhàn)。隨著國家對環(huán)保、節(jié)能降耗要求的提高，石油加工企業(yè)需要對煉油技術(shù)進行了大量的改進。本文以煉廠典型的原油預(yù)處理過程、污油與浮渣的脫水過程作為選題和工業(yè)應(yīng)用背景。對煉廠油水乳液性質(zhì)及目前的處理方式進行了分析，通過實驗

2、研究了聲學(xué)參數(shù)及乳液物性等因素對破乳分離過程的影響，選擇了超聲波破乳分離技術(shù)強化原油預(yù)處理過程，并將該技術(shù)應(yīng)用于污油和浮渣的脫水過程。
　　 在理論基礎(chǔ)與實驗方法研究中，探討了超聲凝聚基本原理與主要實驗參數(shù)的測量方法。分別采用替代法與駐波法測量了原油中的聲速，這兩種方法誤差均低于2.5％。分別采用水聽器法與壓差法測量了聲強，兩種方法誤差相近(10％以內(nèi))，以水聽器法更加方便。由于密度與粘度對破乳分離過程影響較大，論文測定了原油密

3、度、粘度隨溫度的變化情況。溫度升高，原油密度略降，但變化緩慢；原油粘度的對數(shù)與溫度成線性關(guān)系，溫度升高，粘度迅速下降。
　　 針對幾種不同的煉廠乳液，分別進行了超聲破乳分離的靜態(tài)實驗。還進行了原油超聲聯(lián)合電脫鹽過程的動態(tài)實驗，提出了強化原油電脫鹽處理的方法。分析了破乳過程中的聲學(xué)及其它主要工藝參數(shù)的影響。實驗結(jié)果表明在工廠動態(tài)原油預(yù)處理過程，注水量與電脫鹽罐的電場強度的選擇具有重要影響。
　　 結(jié)果顯示超聲輻照20min

4、，原油粘度迅速下降(40℃，從194mPa·s下降到150mPa·s)。超聲對原油的降粘作用與凝聚效應(yīng)共同促進了原油破乳脫水分離。對原油預(yù)處理過程中不同聲場類型、聲強、破乳劑濃度、油水混合強度、注水量、超聲輻照時間以及熱沉降時間等進行了單因素分析。對于初始鹽含量為30.4-42.7mg·L-1的魯寧管輸原油，在注水5％(v/v)、破乳劑20μg·g-1經(jīng)錨式攪拌槳400rpm下混合20min，再經(jīng)10kHz駐波場(0.38W·cm-2)

5、輻照5min，75℃下熱沉降90min后，原油單次預(yù)處理效果最佳，脫后水含量0.37％(脫水率92.6％)，鹽含量3.85mg·L-1(脫鹽率87.9％)。實驗還對原油預(yù)處理前后的總鹽進行了衡算，表明實驗誤差在合理范圍，同時指出注水量偏少時原油脫鹽率低的原因是油水混合不充分?？疾炝硕夘A(yù)處理原油脫鹽脫水的效果，最終水含量0.45％，鹽含量1.14mg·L-1，脫鹽率比一級預(yù)處理提高了9.7％。
　　 采用正交設(shè)計法對污油破乳脫水

6、過程進行了實驗研究，確定溫度、聲強是最重要因素，熱沉降時間及超聲輻照時間次之。在優(yōu)化操作條件下(70℃、0.7W·cm-2、駐波聲場)對添加NS-21破乳劑375μg·g-1、含水5-6％(v/v)的污油輻照10min，沉降3h后脫后含水量0.4％(脫水率92.59％)。對于含水75％的鎮(zhèn)海煉化難破乳重污油，經(jīng)超聲處理的最終脫水率高達86.7％，體積減少65％以上。
　　 采用單因素分析法對浮渣超聲強化脫水分離技術(shù)進行了研究，對

7、于來自揚子石化的含油浮渣最佳脫水工藝為：調(diào)節(jié)pH至7.1，超聲(20kHz、500W·m-2)輻照5min，加入絮凝劑聚丙烯酰胺0.075g·L-1，100kPa下抽濾脫水30 min。初始含水為95％-99.5％的含油浮渣脫水率在86.2±1.5％，最高脫水率達到88％。
　　 對原油預(yù)處理過程，結(jié)合超聲-電脫鹽工藝進行了一級連續(xù)動態(tài)實驗研究。進行單因素分析實驗，獲得了該工藝的最佳操作參數(shù)：注水量約5％(v/v)，混合壓差0.

8、4MPa，聲頻率10 kHz，聲功率150W(聲強0.32 W·cm-2)，輻照3-5min，電脫鹽罐沉降溫度85-89℃。原油脫后水含量<0.3％；鹽含量<5.0 mgNaCl·L-1，脫鹽率>90％，破乳劑量降為15μg.g-1。該工藝技術(shù)的操作溫度不必高達120-140℃，100℃足以滿足生產(chǎn)要求。對于800萬噸/年加工能力的煉廠預(yù)期回收周期為3.6年(節(jié)約破乳劑費用計算)，同時脫鹽率的提高降低了設(shè)備的腐蝕，可產(chǎn)生相當高的技術(shù)經(jīng)濟

9、效益。
　　 本文還進行了駐波聲場中乳液粒子的受力分析，推導(dǎo)了粒子的運動方向。根據(jù)物理學(xué)碰撞幾率的定義，推導(dǎo)了最佳超聲頻率的計算方法，與連續(xù)相粘度成正比，與粒子的統(tǒng)計平均粒徑平方成反比。對于原油脫水過程中的乳液體系，初始最佳聲頻率約20.2kHz，隨著乳液的不斷凝聚，最佳聲頻率下降，解釋了實驗研究的結(jié)果10 kHz效果優(yōu)于20 kHz的原因。
　　 超聲凝聚破乳技術(shù)是一種高效、低能耗破乳分離技術(shù)，是未來煉廠乳液分離技術(shù)的