重质原油电脱盐脱水工艺优化分析*

王平，程丽华，吴世逵

(广东石油化工学院 化学工程学院，广东 茂名 525000)



重质原油电脱盐脱水工艺优化分析*

王平，程丽华，吴世逵

(广东石油化工学院 化学工程学院，广东 茂名 525000)

电化学脱盐脱水过程是原油加工的第一道工序，原油含盐含水不利于石油加工，会使催化剂中毒，影响产品质量，对设备造成很大的腐蚀危害。通过电化学实验研究了原油电脱盐脱水技术优化的工艺条件，探讨了脱盐温度、破乳剂和脱钙剂注入量等对电脱盐脱水效果的影响。优化试验得到：在60 ℃时，采用NS-885破乳剂的脱水效果最好，与原油的质量比为300 μg/g；采用六偏磷酸钠的脱钙效果最好，与原油的质量比为100 μg/g。

马林原油；破乳剂；脱钙剂；电脱盐脱水；工艺优化

0　引言

原油中的盐大部分溶于水，水与溶解盐类混合在破乳剂和高压电场的作用下，微小水滴会聚集成较大水滴，凭借重力从油中分离，从而达到电化学脱盐脱水的目的[1]。目前国内高效电脱盐的工艺技术参数如下：原油盐质量浓度小于100 mg/L，采用2级脱盐后盐质量浓度小于3 mg/L，水质量分数为0.1%～0.3%；2级电脱盐系统的消耗如下：破乳剂与原油的质量比为1～20 μg/g，新鲜水质量分数为5%～6%，电耗为0.3～0.5 kWh/t[2-3]。原油破乳机理是指破乳剂界面活性高于原油中成膜物质的界面活性，导致油品界面膜破坏，水从膜内释放出来沉降到底部，实现油水两相分离[4]。原油中有机钙的存在形式主要是环烷酸盐、脂肪酸盐、酚盐等，原油脱钙机理是指有机钙盐在油水界面上存在电离平衡，水溶性脱钙剂与钙离子形成稳定的化合物，在高压电场和破乳剂协同作用下破乳分层，随电脱盐污水排出[5-6]。破乳剂和脱钙剂对原油均存在专一性问题，因此研制普适性好的破乳剂和脱钙剂成为了主要的研究课题。国内对破乳剂技术的研究主要集中在聚醚类破乳剂和复配破乳剂上，脱钙剂技术则集中在含磷羧酸盐上[7-10]。

文章主要通过原油电脱盐实验装置对原油破乳剂和脱钙剂进行筛选和评价。选取了4种破乳剂和脱钙剂，针对马林原油进行了筛选，并改进工艺条件，考察了不同因素对破乳、脱钙的影响，最终获得最佳的使用条件。最后，通过脱水率、油水界面状况、污水颜色、钙含量分析等对破乳剂的破乳效果和脱钙剂的脱钙效果进行了考察。

1　实验部分

1.1实验设备和试剂

马林原油(重质原油，茂名石化分公司炼油分部)；破乳剂NS-990，MH-Ⅱ，NS-885，YS-SR0123(茂名石化分公司炼油分部)；脱钙剂ATMP，HPAA，乙二胺四乙酸，六偏磷酸钠(山东奥纳化工有限公司)。

电脱盐试验仪(YS-3型，河南洛阳双阳仪器有限公司)；电子分析天平(BS210SMax210g以及BS4200SMax4000，精度分别为0.1、0.01 mg，天津赛多利斯天平有限公司)；节能型电阻炉(SX-4-10型，天津中环实验电炉有限公司)；马弗炉(上海锦凯科学仪器有限公司)。

1.2YS-3电脱盐仪操作步骤

取40 g原油从室温开始加热至60 ℃，再放入样品管中。将水(V1)、破乳剂等加入到盛有样品、规格为500 mL的有盖三角瓶内，加热到90 ℃后，摇匀混合5 min，再倒进样品管(总体积通常为80～90 mL或距管口10 mm左右)。如果水和油不易混合均匀，可直接将二者加至试管内加热到90 ℃，放在混合试管架上，盖上橡皮塞，拧紧隔离固定板，手动或放在振荡器上将水与油混合到所需程度。检查密封环完好后将试管放在密封槽内。实验完后通冷却水至压力为0后拧开螺丝取出样品管，观察水量及其浑浊程度。将样品管放到电脱盐实验仪中进行实验，时间为10 min。结束后，在60 ℃恒温槽中静置10 h，观察油/水界面状况，并记录脱出水的体积(V2)。将数据接近的两个平行试样的算术平均值作为检测结果，计算脱水率。脱水率计算公式如下：

脱水率=V2/V1

式中：V1为40 g原油乳状液中含水体积，mL；V2为脱出水的体积，mL。

2　实验过程及数据

2.1破乳剂的筛选实验

2.1.1破乳剂与原油的质量比对脱水性能的影响

图1不同用量破乳剂的脱水率

通过查阅相关资料和文献，对适用于马林原油的破乳剂进行了筛选，选择了适应性较佳、破乳效果较好的4种破乳剂，分别为NS-990、MH-Ⅱ、NS-885、YS-SR0123。把上述4种破乳剂配成适当浓度，根据一定的原油破乳比(质量比μg/g)，分别在60 ℃恒温槽中进行破乳实验。主要通过观察油水界面状况及脱水率来评定破乳剂的脱水能力，从而筛选出适宜的破乳剂。随着破乳剂与原油的质量比不同，其脱水效果见图1。

从图1可看出：(1)NS-9900与原油的最佳质量比为1 100 μg/g。随着NS-9900的不断增加，NS-9900的脱水率不断下降。(2)MH-Ⅱ的用量大，且脱水效果差。当MH-Ⅱ与原油质量比达到1 000 μg/g以上时，脱水率变化不大。(3)YS-SR0123与原油的最佳质量比为500 μg/g。随着YS-SR0123质量比的不断增加，脱水率不断下降。(4)NS-885与原油的最佳质量比为300 μg/g。随着NS-885质量比的不断增加，脱水率不断下降。图1表明了破乳剂NS-885和YS-SR0123的破乳效果和稳定性较好，因此选择这两种破乳剂进行实验[11-13]。

图2不同温度下破乳剂的脱水率

2.1.2温度对脱水性能的影响

选用破乳剂NS-885和YS-SR0123，在破乳剂与原油的质量比为400 μg/g，洗涤水质量分数为20%，样油40 g的条件下，分别在30，40，50，60，70，80 ℃的温度下进行脱水，以考察温度对脱水性能的影响，并进行平行实验。实验数据见图2。

由图2数据可以得出：破乳剂NS-885和YS-SR0123都是在60 ℃下的破乳效果最好。

2.1.3破乳剂的复配实验

不同的破乳剂在不同的质量配比条件下，其破乳效果也会不一样，见表1。YS-SR0123和NS-885在质量比为1∶2的脱水效果较为稳定和理想，最高脱水率可达81.7%。

表1　NS-885和YS-SR0123不同质量配比下两组平行实验的平均脱水率

2.2脱钙剂的筛选实验

图3不同脱钙剂对脱水率的影响

取40 g原油，加入2.4 g质量分数为5 mg/g的破乳剂NS-885(与原油的质量比为300 μg/g)，再分别加入一定量的脱钙剂(分别为ATMP，HPAA，乙二胺四乙酸，六偏磷酸钠)，加入10 mL蒸馏水，摇晃200下，放入电脱盐仪反应10 min，取出静止10 h，测得脱钙率随脱钙剂用量的变化数据见如图3所示。

由图3可得，ATMP和六偏磷酸钠的脱钙效果比较好，所以选择这两种脱钙剂进行实验。ATMP与原油的质量比为300 μg/g时脱钙效果最好，六偏磷酸钠、HPAA、乙二胺四乙酸与原油的质量比为100 μg/g时脱钙效果最好。选用六偏磷酸钠与原油的质量比为100 μg/g时，其脱钙率可达到74.3%。

2.3破乳剂和脱钙剂的复配实验

在破乳剂NS885与原油质量比为300 μg/g的条件下，将脱钙剂ATMP和六偏磷酸钠混合后进行复配，两种脱钙剂的脱钙效果见表2[14-15]。

表2　ATMP和六偏磷酸钠不同质量配比时的脱钙率

由以上实验数据得知，两种脱钙剂的复配效果会因为二者质量比的不同而相差很大，其中使用脱钙剂ATMP和六偏磷酸钠混合，按质量比1∶1的效果会比较好。

3　总结

通过对所选择4种破乳剂的实验研究表明，每一种破乳剂都有一个最佳的实验用量。破乳剂NS-885和YS-SR0123在同等条件下，即温度为60 ℃，脱水时间为10 h时，脱水效果比其他两种好，但从总体上来考虑选用破乳剂NS-885的效果会更好；每一种脱钙剂都有一个最佳的实验用量，ATMP与原油的质量比为300 μg/g时脱钙效果最好，六偏磷酸钠、HPAA、乙二胺四乙酸与原油的质量比为100 μg/g时脱钙效果最好，但从总体上来考虑选用脱钙剂六偏磷酸钠的效果更佳。

适宜的破乳脱钙技术和工艺可以保证原油加工工艺的长周期安全操作，进而提高炼油企业的整体效益。总之，成本低、适用性广而强是原油破乳剂和脱钙剂研究的发展趋势。

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(责任编辑：梁晓道)

Optimization Analysis of Desalting and Dewatering Process for High Acid Crude Oil

WANG Ping, CHENG Lihua， WU Shikui

(College of Chemical Engineering, Guangdong University of Petrochemical Technology, Maoming 525000, China)

The electrochemical desalting and dewatering process is an important link in petroleum refining industry, and the purpose is the removal of harmful metal of catalyst poisoning in the treatment process of crude oil. Salt and water in crude oil is not conducive to the crude oil storage, transportation, and processing, instead, affecting the quality of products, causing great harm to equipment. This paper analyzes the source, content, form, and harm of salt and water in crude oil, and expounds the stability factors of crude oil and its dewatering and desalting mechanism. Through electrochemical experiments method, this paper explains process conditions of crude oil electric desalting and dewatering device optimization, investigating desalting temperature, injection amount of flushing water and demulsifier, mixing intensity for electric desalting and dewatering effect, and stable operation of the device.

Marin crude oil; Demulsifier agent; Decalcifying agent; Electric desalting and dewatering; Process optimization

2016-04-28；

2016-06-15

茂名市石油化工腐蚀与安全工程技术研究开发基金(201509B06)

王平(1978—)，女，辽宁葫芦岛人，博士，主要从事有机/无机复合材料的制备及应用性研究。

TE624.1

A

2095-2562(2016)04-0014-04