低凝重质原油电脱盐影响因素及操作工艺参数分析

许维相

中石油云南石化有限公司 （云南昆明 650399）

技术进步

低凝重质原油电脱盐影响因素及操作工艺参数分析

许维相

中石油云南石化有限公司 （云南昆明 650399）

针对辽河低凝重质原油具有黏度大、密度高、酸值高、胶质沥青质含量高等特点，根据多年来加工辽河低凝油运行电脱盐设备的生产实践经验，对原油电脱盐的影响因素和操作工艺参数进行分析总结，结果表明：原油密度为911.1～965.9 kg/m3、混合阀适宜压差为30～80 Pa、水溶性破乳剂用量为8～10 μg/g、温度为135～140℃、压力控制在0.8～1.2 MPa、注水量取5%（体积分数）、电场强度为700～1000 V/cm、停留时间为2～3 min符合加工辽河低凝原油电脱盐技术标准要求。

低凝原油 电脱盐 重质油 破乳剂 工艺参数

0 前言

电脱盐工艺是炼油厂的第一道预处理工序，具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]。近年来随着二次加工、重油催化裂化和加氢等工艺技术的发展，人们对原油电脱盐后的含盐量提出了更高的要求：若以防腐为目的，电脱盐后原油含盐量应不大于5 mg/L、含水量应不大于0.3%（体积分数）；若为了保护二次加工过程的催化剂，要求深度脱盐，电脱盐后原油含盐量应不大于3 mg/L[2]。

中国石油天然气股份有限公司辽河石化分公司南蒸馏车间常减压装置作为加工辽河低凝油单位之一，经过多年的生产实践，摸索出加工辽河低凝油影响电脱盐的诸多因素及适宜工艺操作参数，现总结如下。

1 辽河低凝油评价数据

原油在开采过程中，由于经常使用一些聚合物或表面活性剂，同时采用热采的办法，使得原油乳状液非常稳定，原油脱水非常困难，这为电脱盐的操作带来较大的困难。由表1可以看出，辽河低凝油具有黏度大、密度高、酸值高、胶质沥青质含量高等特点，属于低硫环烷基重质原油。

表1 辽河低凝原油评价部分数据

2 电脱盐罐的操作温度

电脱盐时需将原油加热到指定的温度，使原油黏度降低，有利于增大水滴的沉降速度并提高脱水效率。而原油黏度的降低与脱水效率的提高呈线性关系，液滴直径的增大与沉降速度的增加呈指数关系。因此利用这种静电凝聚增大水滴的作用，可显著改善原油的脱盐和脱水效果。

随着温度的升高，油气的饱和蒸汽压与设备耐压等级均需相应地升高，原油的电导率增大，脱盐装置能耗明显增加，使电极引线的绝缘密封和吊挂的工作条件恶化。此外，温度升高将使脱盐水在排入下水道前的冷却过程能耗增加。因此，对于不同种类的原油，需根据其性质，相应地确定技术经济上适宜的电脱盐温度，而不必一味地追求高的操作温度。

2.1 保持温度平稳的重要性

为了保证平稳操作，电脱盐罐的操作温度应保持恒定。当进料温度突然升高时，进入容器下部的原油温度高、密度较小，易造成置换容器上部密度较大的冷油，引起所谓的“热搅动”，因此应强化电脱盐前换热系统的平稳操作，确保电脱盐罐的温度稳定。

2.2 重质原油电脱盐的适宜温度范围

根据生产经验，一般原油的电脱盐适宜温度为100～120℃，对于辽河低凝重质油或黏稠并形成稳定乳化液的原油来说，将温度升高至135～140℃时电脱盐效果会更好些。

3 电脱盐罐的操作压力

在原油电脱盐过程中，电脱盐罐的压力取决于原油和水的饱和蒸汽压、每级电脱盐的压降、脱盐后工艺流程中流体的流动阻力等，但不能超过电脱盐罐的设计压力。电脱盐罐的压力主要用于抑制原油的汽化，至少应比电脱盐温度下的原油蒸汽压高0.148 MPa。压力太高，将导致电脱盐罐的制造费用增加；压力太低，可导致水和原油汽化，严重干扰电脱盐装置的操作。

加工重质原油时，根据加工辽河低凝原油的生产经验，电脱盐罐的压力控制在0.8～1.2 MPa范围内较为适宜。

4 破乳剂

4.1 破乳剂的作用

在原油脱盐过程中需使用破乳剂，以破坏包围水细滴的乳化膜并防止洗涤水滴的外部生成乳化膜。电脱盐所用的破乳剂主要为非离子型的表面活性剂，有水溶性和油溶性两种，一般水溶性破乳剂作为初级破乳剂，或被用作油溶性破乳剂的助剂。这两种破乳剂的协同作用，对于较难处理的混合原油卓有成效。

4.2 破乳剂注入位置

一般是在一级电脱盐原油泵的入口前，将破乳剂加入原油中。使用水溶性破乳剂时，这种加剂流程不太合适，因为每一级电脱盐过程中都有部分破乳剂随污水排出，使其含量不断减少，以致于不足以破坏油水乳化液。为了保证各级电脱盐的有效破乳，就要添加过量的破乳剂，这便增加了电脱盐装置的操作费用。较为合理的办法是按级分别加入所需的破乳剂。如中国石油辽阳石油化纤公司炼油厂将其电脱盐装置的注入点由1个增加为3个，脱盐率由35%提高到78%，取得了较好的效果[3]。

国外部分炼油厂在原油进入储罐之前就加入了破乳剂，特别是在从船上卸下原油前10～20 min就加入破乳剂，这样可在储罐内脱除70%以上的水和65%的盐，而且在电脱盐时不必再加破乳剂。一般采用油溶性破乳剂，使破乳剂溶于油相中，当破乳剂的注入量低于20 μg/g时，在罐内停留的时间因原油的密度不同而有所不同：密度为850～900 kg/m3的轻质原油，时间为1～4 d；密度为900～990 kg/m3的重质原油，时间为4～10 d。处理效果与原油类型(含蜡量和表面活性剂含量)、破乳剂类型及其加入量、在罐内停留的时间、混合时的温度以及注入位置等有关。

4.3 破乳剂的用量

水溶性破乳剂使用前先在专用容器中稀释为1%～2%（体积分数）的水溶液，油溶性破乳剂则以原有的商品状态使用，用专用的小流量计量泵加到原油中。这样用量小、工艺简单，保证了原油需要的破乳剂量。

破乳剂的用量取决于原油的性质、油田的原油预处理方法以及脱盐级数、操作温度、洗涤水用量与油水混合的程度等脱盐工艺条件。以原油处理量为基准，一般来讲，水溶性破乳剂的加入量为1～l0 μg/g、油溶性破乳剂的加入量为3～25 μg/g。如果破乳剂加入量过高，将会使污水水质变差，难以净化。

此外还应考虑到，有些油田已在原油中添加过破乳剂，并且大多数仍存在于原油中，因此在炼油厂只需补加少量的破乳剂。需要补加的破乳剂量，需根据原油的种类、具体的工艺流程和条件并通过试验确定。

国外的破乳剂中，还加有固体湿润剂，可起到破乳和湿润固体的双重作用，使用固体湿润剂不仅有利于将固体从脱盐器中随水带出，同时还可减少排出水的含油量，固体湿润剂一般为酚类物质。

脱除原油中的固体物，最重要的因素是洗涤水用量；对排水带油现象的控制，主要是选用合理用量的有效破乳剂，并使排水呈中性或弱酸性。

4.4 适合于重质原油的破乳剂

针对中国石化集团公司石油化工设备防腐蚀研究中心开发的一系列破乳剂，经过试验筛选，认为其中ERI 1136系列破乳剂对高黏重质原油具有较好的破乳效果，经生产使用证明，适用于辽河油田、胜利油田等黏度高、密度大的重质原油。经过加工辽河低凝油长期使用经验表明，水溶性破乳剂适宜的加入量为8～l0 μg/g。

5 洗涤水

5.1 注水的作用

保持油水乳化液中适当的含水量是水微滴聚结、电脱盐脱水的必要条件。目前公认的交流电脱水器的限度是电脱盐后原油含水量为0.1%（体积分数）。增大电脱盐前注入的淡水量，可降低电脱盐后原油含水中的盐浓度，从而提高电脱盐效率。

5.2 注水量

生产实践证明，为了达到原油深度脱盐的目的，每级的注水量应为4%～10%（体积分数）。在注水量未达到6%（体积分数）之前，增大注水量能够显著提高原油的电脱盐率，其效果因原油的不同而不同；当注水量超过6%（体积分数）之后，继续增大注水量对电脱盐率的提高作用不大。注水量过大不仅会影响到电场的平稳操作，降低装置的处理能力，并且水费、动力消耗、污水处理费用和投资将会随之增大。一般取5%（体积分数）左右的注水量为宜。

5.3 注水水质

对于注水水质的要求，除含盐量外还有含氧量、含氮量。含氧量高时会在电脱盐温度下腐蚀金属，大量氧带入原油加工系统后，会氧化硫化物，影响蒸馏产品的质量，造成装置腐蚀。酸、碱性物质会改变乳化液的pH值，并与乳化液中的有机酸等物质形成具有表面活性的乳化剂，加剧原油的乳化或排水带油。当排水的pH值低于6时，难以洗出油中的盐；当pH值高于8时，将会增加原油对电脱盐装置排出水的污染。

为了减少炼油厂污水的酚含量，有些炼油厂用汽提后的酸性水作为电脱盐洗涤水的一部分。但是，如果汽提塔未将氨汽提好，会由于洗涤水的pH值较高而造成乳化，一般氨含量低于40 μg/g时才不会产生该类问题。

电脱盐装置的用水水质要求氯化物（以NaCl计）含量不大于300 mg/L，为了避免在管线和换热设备中生成沉淀，洗涤水中硫酸盐和碳酸盐的含量不应超过300 mg/L；为了避免设备腐蚀，当洗涤水用量为5%（体积分数）时，洗涤水中硫化氢的含量不应超过20 mg/L。

5.4 注水流程

为了减少淡水用量和污水排放量，仅在最后一级使用淡水，然后利用后一级的排水洗涤前一级的原油。在实际生产中，为了节约软化水的用量还可以补充注入塔顶水，这种串级返回洗涤原油的流程可以大大减少淡水用量及污水排放量，且不影响电脱盐的效率。如果不仅串级重复使用淡水，同时在同一级内循环使用部分污水，还可进一步降低电脱盐的淡水用量和污水排放量，并且可保证原油的脱盐深度，使脱后原油中的盐含量只有1～3 mg/L。

6 混合压差

6.1 混合压差的作用

原油中盐的脱除，很大程度上取决于原油与洗涤水和破乳剂的混合程度。为了达到深度脱盐的目的，要求原油与洗涤水充分混合，以保证软化水滴与原油中的盐水滴充分接触。但过于强烈的混合又会产生不易破坏的乳化液，因此为了控制电脱盐过程中的油水和油剂混合，需要可调节的油水混合器，以便在不同的情况下均能适宜地混合。

6.2 混合压差的调节

原油注水后，注入的水经原油泵、喷射泵、静态混合器或混合阀与原油进行混合，混合阀的混合能力通过改变混合阀两端的压差（注水在原油中分散程度的标志）进行调节。最适宜的混合是既达到了希望的混合程度，又未引起两相间严重的乳化。

6.3 适宜的混合压差范围

混合强度因原油品种、电脱盐罐内部结构的不同而各有差异。对于密度在911.1～965.9 kg/m3之间的原油，混合阀的适宜压差范围为30～80 Pa；对于密度在801.7～904.2 kg/m3之间的原油，混合阀的适宜压差范围为50～130 Pa。生产实践证明，加工辽河低凝重质油时，将电脱盐混合压差控制在40～50 Pa时较为理想。

7 原油在强电场中的停留时间

原油在强电场中需要一定的停留时间，以便使乳化液在强电场中破乳，并使小水滴聚结沉降。停留时间过长会使水滴产生电分散，不利于聚结，同时增加电耗。引进的美国电脱盐技术推荐停留时间为2 min，工业生产实践表明，加工辽河低凝油时原油在强电场中的停留时间在2～3 min范围内较为适宜。

8 电场强度

在脱盐罐中，一般设三层极板，中间极板接电，上、下极板接地，中间极板与上极板间形成强电场，强电场的电场强度(电位梯度)为电脱盐的主要操作参数。提高电场强度，将有利于水滴的聚结，但过高的电场强度，也会促进电分散，中国石化工程建设公司（SEI）推荐的强电场的电场强度为700～1 000 V/cm，对于重质原油而言可适当提高。

中层极板与下层极板间形成弱电场，这一区域为油水乳化层，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该区域被脱除，弱电场的电场强度为强电场电场强度的一半即可满足要求。

9 结论

经过多年来对加工辽河低凝油电脱盐运行效果进行研究并在生产实践中验证表明，在洗涤水用量、电脱盐温度、破乳剂用量、电场强度等影响因素中，温度是对电脱盐脱水效果影响最为显著的因素，其次为电场强度，两者的交互作用对电脱盐脱水效果的影响也较大。同时通过对原油电脱盐主要工艺参数的分析，得出了加工重质原油电脱盐的适宜操作工艺参数：

（1）进入电脱盐罐的原油温度为135～140℃。

（2）电脱盐罐的压力控制在0.8～1.2 MPa范围内。

（3）ERI 1136系列破乳剂对高黏重质原油具有较好的破乳效果，水溶性破乳剂的加入量为1～10 μg/g，油溶性破乳剂的加入量为3～25 μg/g。

（4）注水量取5%（体积分数）左右较为经济合理，水质要求氯化物（以NaCl计）含量不大于300 mg/L；为了避免在管线和换热设备中生成沉淀，洗涤水中硫酸盐和碳酸盐的含量不应超过300 mg/L；为了避免设备腐蚀，当洗涤水用量为5%（体积分数）时，洗涤水中H2S的含量不应超过20 mg/L。

（5）对于密度在911.1～965.9 kg/cm3的原油，混合阀的适宜压差范围为30～80 Pa。

（6）过高的电场强度会促进电分散，推荐的强电场的电场强度为700～100 0 V/cm，对于重质原油可适当提高。

（7）原油在强电场中的停留时间在2～3 min范围内较为适宜。

[1] 陈明燕,刘政,聂崇斌,等.重质原油电脱盐影响因素分析及操作条件优化研究[J].石油与天然气化工, 2011,40(6):578-584.

[2] 贾鹏林,娄世松,楚喜丽.原油电脱盐脱水技术[M].北京:中国石化出版社,2010:1.

[3] 何志强.混炼含酸重质劣质原油的电脱盐技术选择探讨[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

许维相男1973年生工程师硕士目前主要从事石油加工工艺技术管理工作已发表论文7篇