10M t·a-1重质劣质电脱盐技术研究

嵇境鹏，郑文晶，盛彬武，刘统华，李泓

（1.中国石油广东石化公司，广东揭阳515200；2.中国石油大庆石化公司，黑龙江大庆163714；3.中国石油工程建设公司华东设计分公司，山东青岛266071；4.江苏三星科技有限公司，江苏扬中212299）

10M t·a-1重质劣质电脱盐技术研究

嵇境鹏1，郑文晶2，盛彬武1，刘统华3，李泓4

（1.中国石油广东石化公司，广东揭阳515200；2.中国石油大庆石化公司，黑龙江大庆163714；3.中国石油工程建设公司华东设计分公司，山东青岛266071；4.江苏三星科技有限公司，江苏扬中212299）

通过大量的电脱盐冷模、热模实验，考察操作温度、电场强度、注水量等工艺参数对Merey16重质劣质原油电脱盐的影响。实验结果表明，在温度135℃，注水量10（V）%，SXF36型破乳剂，破乳剂注入量10μg·g-1，450/900/1300V·cm-1弱中强电场，停留时间15/9/11min的条件下，Merey16原油三级脱后含盐≤3mg·L-1，脱后含水≤0.2（V）%，并在小试装置上得到了验证。以实验结果为指导，创新开发了“交直流+智能响应”电脱盐技术，完成10Mt·a-1加工负荷的大型（Φ5800×60000）电脱盐系统工艺包设计。

重质劣质；大型；电脱盐；条件优化；智能响应；交直流；工艺包

由于生产、运输工艺的约束，原油不可避免的含有水和盐类［1］。其所含盐类在加工过程中会存在腐蚀，还会沉淀在工艺管道、炉管和换热器的管壁上而形成盐垢，致使传热困难，燃料消耗增加。原油中的盐类还会污染二次加工工艺中的催化剂，导致催化剂寿命缩短。国内多数炼油厂要求脱盐后原油盐含量小于3mg·L-1。

中国石油广东石化公司拟建的20Mt·a-1重质原油加工工程，拟加工委内瑞拉Merey16超重劣质原油（见表1），这种原油具有密度高、酸含量高、含盐量高的特点，电脱盐存在油水密度差小、容易乳化、脱盐难度高等技术难点。为科学选择电脱盐技设备，降低技术风险，依托国内某电脱盐设备供应商的研发力量，研究开发了10Mt·a-1大型“交直流+智能响应”电脱盐。该技术通过专家组审核，完成了10Mt·a-1加工负荷的大型（Φ5800×60000）电脱盐系统工业设计。

1　研究方法

1.1研究基础

拟建电脱盐单系列处理能力为10Mt·a-1，加工Merey16原油，原油含水2（V）%，操作弹性60%～110%，年操作时数8400h，连续运转不少于3a。目标为原油脱后含盐≯3mg·L-1，原油脱后含水≯0.2（V）%。

1.2研究方法

进行实验室单因素影响实验、小试装置动态验证试验，考察各因素对脱盐脱水的影响，指导选择适合加工Merey16原油的电脱盐技术及工况，最终结合电脱盐设备供应商的工程经验，确定电脱盐工业设计。

表1　Merey16原油一般性质Tab.1 Definition of Merry 16 crude

2　单级强电场单因素实验

将Merey16原油60g与实验注入量的炼厂净化水混合，在实验温度下加热0.5h至实验温度，然后手动混合100次，注入定量SXF36型破乳剂，手动混合50次，放入实验电压下高压静电场处理。（破乳剂及其注入量的筛选不在本文论述）。

2.1温度对原油脱盐脱水的影响

在电场强度800V·cm-1，作用时间5min，沉降时间2min、注水量7（v）%、SXF36型破乳剂10μg·g-1条件下，进行不同温度下Merey16原油脱盐脱水效果考察。结果见图1。

图1　温度对原油脱盐和脱水的影响Fig.1 Impactof temperature on crude desalting and dewatering

根据Stokes沉降公式［2］：

其中d：水滴直径，cm；ρ1、ρ2：水、油的密度，g·cm3；η：原油粘度，g·cm·s；g：重力加速度，cm·s-2。

沉降速度u主要与油水密度差Δρ、原油粘度η有关。图1表明，随着温度的升高原油脱后含盐、含水先减少后增加。原油中的水滴随着温度的升高，沉降过程先受油水密度差增大、粘度降低的推动加速沉降，后由于原油粘度降低趋势放缓、油水密度差反向降低，相对沉降推动力减小。另外，水在油中的溶解度随温度上升而增加。适宜Merey16原油脱盐脱水的温度应在130～135℃。

图2为温度对粘度与密度的影响。

图2　温度对粘度和密度的影响Fig.2 Impact of temperature on viscosity and density

由图2可见，Merey16原油的粘度η随着温度的升高单调下降；油水的密度差Δρ随着温度的升高先增后降。

2.2电场强度对原油脱盐脱水的影响

在实验温度130℃，作用时间5min，沉降时间2min，注水量7（v）%，SXF36型破乳剂10μg·g-1条件下，进行不同电场强度下Merey16原油脱盐脱水效果考察。结果见图3。

图3电场强度对原油脱盐和脱水的影响Fig.3 Impact of electric field strength on crude desalting and dewatering

图3表明，在其他因素一定时，随着高压静电场的电场强度增大，Merey16原油含盐量、含水量均呈逐渐减少趋势。

2.3注水量对原油脱盐脱水的影响

在实验温度130℃，电场强度1300V·cm-1，作用时间5min，沉降时间2min，SXF36型破乳剂10× 10-6条件下，进行不同注水量下Merey16原油脱盐脱水效果考察。结果见图4。

图4　注水量对原油脱盐和脱水的影响Fig.4 Impact of injection water volume on crude desalting and dewatering

随着注水量比例的提高，Merey16原油含盐、含水量降低，并在注水量比例9%附近趋于一致。由于随着注水量增加，电脱盐运行过程中油水混合物的导电性也增加，电脱盐设备运行电流大，能耗增加，甚至是短路丧失脱盐功能。所以注水量比例不宜一味增大，适宜的注水量比例为8（w）%～10（w）%。

通过单级强电场单因素优化实验，考察各主要因素对Merey16原油脱盐脱水的影响，优化结果为：温度应在130～135℃，电场强度1300V·cm-1，注水量比例8%～10%。

3　三级复合电场单因素实验

3.1三级复合电场验证实验

由于在电脱盐设备工程应用中，普遍认为交直流电脱盐在供给强电场后，在电脱盐设备中将形成弱/中/强3种电场［3］。实验设计为：同一试样，模拟交直流电脱盐的弱中强电场（根据工程经验，模拟弱中强电场分别为450/900/1300V·cm-1），实验温度130℃、作用时间5min，沉降时间2min，注水量7（v）%，SXF36型破乳剂10μg·g-1条件下，进行3次串级Merey16原油脱盐脱水效果考察。以验证单级单因素实验中优化结果。

表2　三级复合电场验证实验结果Tab.2 Experimental results on differentelectric field strength

三级脱盐后原油含盐6.0mg·L-1高于脱后含盐目标（3.0mg·L-1以下），原油中含水0.7（w）%高于脱后含水目标（0.2%以下）。未达目标，需进一步优化。

3.2三级复合电场条件优化实验

同一试样3次串级操作，实验温度为135℃，注水量7（v）%，SXF36型破乳剂10μg·g-1条件下，沉降时间2min，模拟交直流电脱盐的弱中强电场（分别为450、900、1300V·cm-1），进行作用时间优化实验，初始作用时间为12/7/9min（弱中强电场停留时间比例根据根据实际设计经验）。

三级复合电场优化实验结果见表3。

表3　三级复合电场优化实验结果Tab.3 Experimental results on optimized electric field strength

在提高电场作用时间后，Merey16原油脱盐脱水效果提高，但仍未达到目标。进一步增大注水量比例后，Merey16原油脱盐脱水效果达到目标。原油乳化液在电场同停留时间20/11/15min和停留时间15/9/11min的三级脱除效果接近。综合考虑确定原油在电场中适宜的停留时间为15/9/11min。

在三级复合电场实验中，经过对影响电脱盐的主要单因素进行反复考察，在温度135℃，注水量10（v）%，破乳剂10μg·g-1，原油在450/900/1300V· cm-1弱中强电场，停留时15/9/11min的条件下，能够达到Merey16原油脱盐脱水目标。

4　三级模拟小试装置动态验证实验

在实验室优化操作参数的基础上，进行三级电脱盐模拟小试装置动态运行。将SXF36型破乳剂10μg·g-1加入储油罐内混合均匀，预热至90℃，Merey16原油加热到137℃，操作压力0.8MPa，原油流量18L·h-1，每级按10（v）%比例注入炼厂净化水，进行脱盐脱水。模拟小试装置三级电脱盐罐体φ219×360mm，壁厚6mm，容积分别为48.4L，垂挂式极板，极板高度80mm，交流电源，强电场强度1300V·cm-1。

小试装置运行结果见表4，原油脱后含盐2.1mg· L-1，原油脱后含水0.15（v）%，达到预定目标。

表4　小试装置动态运行结果Tab.4 Desalting and dewatering results of laboratory scale dynamic experiment

表5　三级复合电场优化实验结果Tab.5 Experimental results on optim ized electric field strength

表6　单级电脱盐罐关键设计参数Tab.6 Key design parameters for single electric desalter equipment

5　电脱盐工艺设计方案

5.1电脱盐级数的选择

根据实验室对Merey16原油的各种工况下的脱盐结果，再考虑到重质劣质原油电脱盐实际运行中，第一级电脱盐往往受到冲击比较大，罐内淤泥沉积严重，实际脱盐效率较低。建议单系列10Mt·a-1电脱盐采用三级电脱盐工艺流程（见图6）。加工重质劣质原油的中海油惠州炼化、中石化镇海炼化、中石化青岛石化、中石化长陵石化、中石化金陵石化等企业均采用三级电脱盐工艺流程，这也印证了三级脱盐的必要。

5.2电脱盐技术的选择

Merey16原油具有高比重、高粘度、高含盐量，高酸值等特点，脱盐过程容易顽固乳化层。电脱盐罐内设计采用智能响应控制的高频和高效交直流负荷电场的“交直流+智能响应”电脱盐技术。

针对易乳化的问题，在电脱盐罐油水界位处设计高频智能响应电场（见图5）。该电场设计有3台高频智能响应变压器。该变压器具有如下特点：（1）频率、电压无极可调；（2）依据电流反馈自动调整输出电压；（3）可按PLC设定的波形曲线输出电压；该变压器利用高频的强穿透特点增强破乳效果，不会发生短路跳闸，能够在高导电率的乳化层建立持续的强电场，而曲线波形高压可以避免出现油中水滴电场力平衡，促进破乳化和油水分离。频率、电压无极可调的特点又在节省电耗同时增强了电脱盐设备的油品适应能力。

在电脱盐罐上部设计具有不同电场强度的交直流梯度电场，对更小水滴的聚积提供高压电场。电脱盐罐体内采用垂直悬挂的电极板，自下而上形成交变弱电场，直流中电场，直流强电场、直流高强电场四个电场区域，向水滴施加不同的电场力，在不同电场中完成对不同粒径的水滴聚集分离。

5.3电脱盐罐的设计

以实验优化结果为指导，原油在罐体最大横截面上的上升速度为主要设计依据，再参考原油在电场中的停留时间、原油在罐体内的停留时间等技术参数，充分考虑设备的设计余量，结合实际工程经验，最终确定电脱盐设备的工业设计。

图5　智能响应+交直流高压布置示意图Fig.5 Schematic diagram for electric desalter equipmentwith intelligent-response and AC-DC

单系列10Mt·a-1电脱盐系统中，设计采用3台Φ5800×60000罐体，串级组成三级脱盐工艺流程。此时原油在罐体最大横截面上的上升速度为1.08mm·s-1，原油在智能变频电场、弱电场、中电场、强电场和高强电场中的总停留时间为24.1min，原油在罐体内的停留时间为56.7min，单位体积的罐体在单位时间内处理的原油量为0.83m3·（m3·h）-1。油水界位设定高度为1600mm。

表5　单级电脱盐罐基本信息Tab.5 Thebasic information forsingleelectricdesalterequipment

图6　加工Merey16原油电脱盐系统原则工艺流程图Fig.6 The electric desalting process flow diagrams for Merey16 crude

6　结论

本研究以突破Merey16原油容易乳化、脱盐难度高等技术难点为目标，通过大量的电脱盐冷漠和热模实验，考察操作温度、电场强度、注水量等各种因素对Merey16脱盐脱水的影响，取得了处理委内瑞拉Merey16原油比较优化的条件。根据实验研究成果创新开发“交直流+智能响应”电脱盐技术，设计完成中国石油广东石化20Mt·a-1重质原油加工工程电脱盐系统工艺技术包。

［1］王成斌.智能响应型原油电脱盐设备的研究［D］.中国石油大学硕士学位论文，2011.

［2］郭振宇.斯托克斯定律在炼油厂催化常压装置的应用［J］.化工生产与技术，2006,13（2）：30-31.

［3］梁志勇，孙甲，刘政，等.原油电脱盐脱水技术的研究现状及进展［J］.石油和化工设备，2012,15：26-27.

Research for the 10M t·a-1electrostatic desalting unit technology and it's application processing lowquality heavy crude oils

JIJing-peng1，ZHENGWen-jing2，SHENG Bin-wu1，LIU Tong-hua3，LIHong4
（1.Petrochina Guangdong Petrochemical Company，Jieyang 515200，China；2.Petrochina Daqing Petrochemical Company，Daqing 163714，China；3.CPECC East-China Design Branch，Qingdao 266071，China；4.Jiangsu Sanxing Science&Technology Co.Ltd.，Yangzhong 212299，China）

The large number of electric desalting cold model and hotmodel experiment.Investigated and Research for the impact of operating temperature，electric field strength，water injection and other process parameters on the electrical desalting for heavy and low-quality Merey16 crude.Experimental results show that at the temperature should be 135℃，injection volume should be 10（V）%，the demulsifier type should be SXF36，the demulsifier amount should be 10μg·g-1，the composite electric field strength should be 450/900/1300V·cm-1，the residence times in electric field should be 15/9/11 min.After three times desalting，the Merey16 crude salt content is≤3mg·L-1，water content is≤0.2（V）%，and in a small pilot p lant has been verified.The experimental results to guide a process design package.Electric desalting technology，called"AC/DC+intelligent-response"was invented and development.The process design package for a large electric desalting unit in processing 10M t/a crude oils is completed.

low-quality heavy crude；large unit；electric desalting；optimization；intelligent-response；AC-DC；process design package

TE624.1

A

10.16247/j.cnki.23-1171/tq.20160984

2016-00-00

嵇境鹏（1981-），男，工程师，2004年毕业于大庆石油学院化学工程与工艺专业本科，主要从事石油化工的生产技术管理工作。