典型高酸原油乳化原因与破乳新方法

李本高,王 蒿,谭 丽

(中国石化 石油化工科学研究院, 北京 100083)

典型高酸原油乳化原因与破乳新方法

李本高,王 蒿,谭 丽

(中国石化 石油化工科学研究院, 北京 100083)

研究高酸原油乳化原因,对开发破乳效果更好的破乳剂意义重大。通过对荣卡多、多巴和阿尔巴拉克3种典型高酸原油的乳化特性研究发现,当前常用的破乳剂效果较差,油-水混合强度和洗盐水pH值显著影响高酸原油的破乳效果,采用酸性助剂和螯合助剂方法可以大幅提高破乳剂的效果。

高酸原油；乳化；破乳；破乳剂

高(含)酸原油的探明储量、开采量和加工量正在呈快速增加趋势。由于其价格较常规原油低廉,成为受炼油厂青睐的机会原油。但由于其乳化、金属、腐蚀等特性明显不同于常规原油,给加工装置的正常运行增加了困难[1-3]。如在加工过程首先遇到的原油破乳问题,常用破乳剂的效果很差,原油经破乳处理后的含盐和含水均很高,污水含油严重,满足不了后续炼油工艺的要求。为此,人们对高酸原油破乳开展了大量的研究,筛选出一些效果较好的破乳剂[4-5],对解决高酸原油的破乳问题起到了积极作用。但由于高酸原油性质特殊,破乳效果普遍较差,不能满足生产需要,因此,研究高酸原油乳化特性,开发效果更好的新型破乳剂,仍十分必要和迫切。为此,选择荣卡多、多巴和阿尔巴拉克3种典型的高酸原油为研究对象,在深入研究其主要组成和乳化特性基础上,研制效果更好的新型破乳剂。

1 实验部分

1.1 原油样品

阿尔巴拉克原油,酸值1.66 mgKOH/g；荣卡多原油,酸值2.57 mgKOH/g；多巴原油,酸值4.19 mgKOH/g。

1.2 主要仪器

DPY-2C破乳剂及电脱水性能测试仪,GDPY-2高温电脱盐测试仪。

1.3 原油的破乳分水

取预热至100℃的90 g油样、10 g水样及175 μL破乳剂溶液,采用变速搅拌器1档混合20 s,立即将其转移到分水瓶中称重,再置于80℃水浴中破乳分水,每隔15 min记录1次分水瓶底部水体积,连续记录150 min,同时观察污水浊度及油-水界面是否整齐。

2 结果与讨论

2.1 常用破乳剂对高酸原油的破乳效果

国内某炼油厂以加工高(含)酸原油为主,其中荣卡多、多巴和阿尔巴拉克3种高酸原油量占加工原油比例最高。表1为这3种原油的主要性质。由表1可见,3种原油的酸值均较高,密度较大,胶质含量中等,沥青质含量较低,金属钙含量较高,均为典型的高酸原油。

表1 3种典型高酸原油的主要性质

该炼油厂电脱盐装置的实际运行效果不好,经破乳脱盐处理的原油含盐、含水和污水含油均严重超标。如2010年,脱盐原油含盐平均为22.7 mgNaCl/L,最高达145.6 mgNaCl/L；含水平均为0.77%(质量分数),最高达1.5%,大大超过炼油工艺要求的3 mgNaCl/L和0.3%。电脱盐污水含油最高达984.2 mg/L,最低为283.2 mg/L,也远超污水含油需低于200 mg/L的标准,不能满足生产正常运行需要。

为此,选择11种最常用的破乳剂,对荣卡多、多巴和阿尔巴拉克3种高酸原油进行破乳脱水,结果列于表2。从表2可以看出,11种破乳剂对3种高酸原油虽都具一定的破乳脱水效果,但均不理想,脱水率普遍较低,脱水效果最好的脱水率也只有59%,远远不能满足生产需要。另外,11种破乳剂对荣卡多原油的脱水效果均特别差,脱水率均不超过45%,说明荣卡多原油破乳最难。多巴原油的酸值虽然最高,达到4.19 mgKOH/g,但破乳脱水率在3种原油中却最高,说明原油酸值不一定是影响原油破乳脱水的主要因素。

表2 常规破乳剂对3种典型高酸原油的破乳脱水结果

2.2 油-水混合强度对原油脱盐、脱水效果的影响

油-水混合强度对原油脱盐、脱水影响很大。混合强度过小,不能形成乳状液,原油含盐不能转移到水相,使脱盐效果不好；反之,混合强度过大,形成的乳状液则十分稳定,破乳困难,脱水效果也不好。图1为荣卡多原油采用不同混合强度得到的脱盐、脱水结果。从图1可以看出,当混合强度低于2500 r/min时,脱盐、脱水后原油含盐量随混合强度增大而大幅度降低,从19.2 mgNaCl/L降低到2.7 mgNaCl/L,此时的脱水效果也很好,且保持稳定不变,均达到100%；当混合强度提高到2500～5500 r/min范围时,原油含盐量和脱水率基本不变,含盐量均小于3 mgNaCl/L,脱水率100%,显示出良好的脱盐脱水效果；当混合强度大于5500 r/min时,脱盐、脱水后原油含盐量随混合强度增加直线升高,脱水率则直线降低,如当混合强度从5500 r/min提高到8500 r/min时,原油含盐从1.4 mgNaCl/L上升到12.1 mgNaCl/L,脱水率从100%降低到11%。因此,荣卡多原油脱盐、脱水最适宜的混合强度在2500～5500 r/min范围。油-水混合强度对多巴和阿尔巴拉克2种原油的脱盐、脱水的影响也表现出相似的规律,最适宜的混合强度分别在2500～4500 r/min和2500～5500r/min范围。

图1 油-水混合强度对荣卡多原油脱盐脱水的影响

2.3 洗盐水pH值对高酸原油破乳性能的影响

洗盐水对原油破乳脱水具有一定的影响[6]。图2为不同pH值的洗盐水对荣卡多、多巴和阿尔巴拉克3种高酸原油破乳脱水的实验结果。图2结果显示,洗盐水pH值对荣卡多原油破乳脱水影响很大。当pH≤3时,脱水率随pH值上升而大幅增加；当pH>3时,脱水率随pH值上升而逐渐降低,当pH≥10时,脱水率降低到零,说明此时形成的乳状液非常稳定。因此,对荣卡多原油,洗盐水的pH值为3时,破乳脱水效果最好。洗盐水pH值对多巴和阿尔巴拉克2种原油的破乳脱水影响与荣卡多原油的规律相似,但影响程度不同；对多巴原油的影响最大,对阿尔巴拉克原油的影响次之,且在洗盐水pH值分别为3和4时,脱水效果最好,脱水率最高。

图2 洗盐水pH值与3种高酸原油破乳脱水的关系

上述结果与常规原油不同,常规原油在洗盐水pH值为6～7时的破乳脱水效果最好。这可能是因为常规原油基本不含环烷酸盐,而高酸原油不但含有环烷酸,而且含有一定量的环烷酸碱金属盐。环烷酸碱金属盐自身呈碱性,可与洗盐水中的酸性成分发生中和反应,生成表面活性较小的环烷酸,从而表现出酸性洗盐水有利于原油破乳脱水作用。

2.4 复合酸性破乳剂效果

根据洗盐水对高酸原油破乳脱水的影响的实验结果,采用在破乳剂K中加入酸性成分S,形成复合破乳剂SK,3种高酸原油分别在破乳剂K和SK作用下的脱水结果列于表3。从表3可以看出,采用复合破乳剂SK,荣卡多、阿尔巴卡拉和多巴原油的脱水率分别从单独使用破乳剂S的45%、47%和57%提高到66%、61%和65%,增效明显。该结果说明酸性组分可提高破乳剂对高酸原油的破乳脱水效果。

2.5 复合双功能破乳剂的效果

表3 破乳剂K和SK对3种高酸原油的破乳脱水效果

高酸原油含有的环烷酸碱金属盐具有较强的表面活性,是导致破乳脱水效果变差的主要原因。如果将这些碱金属盐从原油中脱除,破乳脱水效果将得到提高。在破乳剂K中加入具有脱金属功能T得到双功能复合破乳剂TK,用于3种高酸原油的破乳脱水,结果列于表4。从表4可见,采用双功能复合破乳剂TK,荣卡多、多巴和阿尔巴卡拉3种高酸原油的脱水率比单独使用破乳剂K所得脱水率均得到明显提高,说明具有脱金属功能的物质可以提高破乳剂对高酸原油的破乳脱水效果。

表4 破乳剂K和TK对3种高酸原油的破乳脱水效果

3 结 论

(1) 荣卡多、多巴和阿尔巴拉克3种原油为典型高酸原油,油-水混合强度明显影响其脱盐、脱水效果。混合强度过小,脱盐效果不好；反之,混合强度过大,脱盐、脱水效果均不好。

(2) 洗盐水pH值对荣卡多、多巴和阿尔巴拉克3种原油的破乳脱水效果影响显著。在洗盐水pH值分别为3.0、3.0和4.0时的破乳脱水效果最好；pH值过高和过低,3种原油的破乳脱水效果均不好,且破乳脱水效果最好的洗盐水pH值明显低于常规原油。

(3) 环烷酸盐是影响高酸原油破乳脱水的主因,在破乳剂中复配一定量的特定酸性组分或具有脱金属功能的组分,可大幅度提高高酸原油的破乳脱盐脱水效果。

[1] 张德义. 谈含酸原油加工[J]. 当代石油石化,2006, 14(8):29-33.(ZHANG Deyi. A discussion on acid crude processing[J]. Petroleum & Petrochemical Today,2006, 14(8):29-33.)

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[4] 彭松梓, 段永峰, 李春贤, 等. 含酸原油破乳剂及其制备方法：中国,CN102140365[P]. 2010.

[5] 张永生, 闫德兴, 张凤华, 等. 高酸原油电脱盐技术研究[J]. 石化技术与应用,2011,29(4):321-323.(ZHANG Yongsheng, YAN Dexing,ZHANG Fenghua, et al. Study on electrodesalting from highly acidic crude oil[J]. Petrochemical Technology & Application,2011,29(4):321-323.)

[6] 谭丽, 沈明欢, 王振宇, 等. 原油脱盐脱水技术综述[J]. 炼油技术与工程, 2009,39(5):20-26.(TAN Li, SHEN Minghuan,WANG Zhenyu, et al. Review on crude oil desalting and dehydration processes[J]. Petroleum Refinnery Engineering, 2009,39(5):20-26.)

The Reason of Emulsification of High TAN Crude Oils and New Methods for Breaking the Emulsions

LI Bengao, WANG Hao, TAN Li

(ResearchInstituteofPetroleumProcessing,SINOPEC,Beijing100083,China)

It was significant for developing the demulsifiers with excellent performance to study the reason causing emulsification of high TAN (Total acid number) crude oil. By investigating the emulsification peculiarities of Roncador, Doba and Albacora three typical high TAN crude oils, it was found that the demulsification efficiency was poor when the conventional emulsion brokers were used, which was observably affected by either mixing intensity of water and oil or the pH value of washing water. The addition of acidic agent or chelating agent could improve the effect of demulsifiers substantially.

high TAN crude oil, emulsification, demulsification, demulsifier

2014-09-28

中国石化股份公司项目(107034)资助

李本高，男，教授级高级工程师，博士，从事水处理技术和石油化学剂技术研发工作；Tel:010-82368901; E-mail：libengao.ripp@sinopec.com

1001-8719(2015)02-0568-04

TE868

A

10.3969/j.issn.1001-8719.2015.02.039