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(jìn)入二、三次采油，進(jìn)煉廠原油乳化穩(wěn)定性增強(qiáng)，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(duì)環(huán)保、節(jié)能降耗要求的提高，石油加工企業(yè)需要對(duì)煉油技術(shù)進(jìn)行了大量的改進(jìn)。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(duì)煉廠油水乳液性質(zhì)及目前的處理方式進(jìn)行了分析，通過實(shí)驗(yàn)

2、研究了聲學(xué)參數(shù)及乳液物性等因素對(duì)破乳分離過程的影響，選擇了超聲波破乳分離技術(shù)強(qiáng)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(shí)驗(yàn)方法研究中，探討了超聲凝聚基本原理與主要實(shí)驗(yàn)參數(shù)的測(cè)量方法。分別采用替代法與駐波法測(cè)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(cè)量了聲強(qiáng)，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(duì)破乳分離過程影響較大，論文測(cè)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(duì)數(shù)與溫度成線性關(guān)系，溫度升高，粘度迅速下降。
　　 針對(duì)幾種不同的煉廠乳液，分別進(jìn)行了超聲破乳分離的靜態(tài)實(shí)驗(yàn)。還進(jìn)行了原油超聲聯(lián)合電脫鹽過程的動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)，提出了強(qiáng)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(shí)驗(yàn)結(jié)果表明在工廠動(dòng)態(tài)原油預(yù)處理過程，注水量與電脫鹽罐的電場(chǎng)強(qiáng)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(duì)原油的降粘作用與凝聚效應(yīng)共同促進(jìn)了原油破乳脫水分離。對(duì)原油預(yù)處理過程中不同聲場(chǎng)類型、聲強(qiáng)、破乳劑濃度、油水混合強(qiáng)度、注水量、超聲輻照時(shí)間以及熱沉降時(shí)間等進(jìn)行了單因素分析。對(duì)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(chǎng)(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(shí)驗(yàn)還對(duì)原油預(yù)處理前后的總鹽進(jìn)行了衡算，表明實(shí)驗(yàn)誤差在合理范圍，同時(shí)指出注水量偏少時(shí)原油脫鹽率低的原因是油水混合不充分?？疾炝硕?jí)預(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(jí)預(yù)處理提高了9.7％。
　　 采用正交設(shè)計(jì)法對(duì)污油破乳脫水

6、過程進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，確定溫度、聲強(qiáng)是最重要因素，熱沉降時(shí)間及超聲輻照時(shí)間次之。在優(yōu)化操作條件下(70℃、0.7W·cm-2、駐波聲場(chǎng))對(duì)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(duì)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(dá)86.7％，體積減少65％以上。
　　 采用單因素分析法對(duì)浮渣超聲強(qiáng)化脫水分離技術(shù)進(jìn)行了研究，對(duì)

7、于來自揚(yáng)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(dá)到88％。
　　 對(duì)原油預(yù)處理過程，結(jié)合超聲-電脫鹽工藝進(jìn)行了一級(jí)連續(xù)動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)研究。進(jìn)行單因素分析實(shí)驗(yàn)，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(qiáng)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(dá)120-140℃，100℃足以滿足生產(chǎn)要求。對(duì)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(fèi)用計(jì)算)，同時(shí)脫鹽率的提高降低了設(shè)備的腐蝕，可產(chǎn)生相當(dāng)高的技術(shù)經(jīng)濟(jì)

9、效益。
　　 本文還進(jìn)行了駐波聲場(chǎng)中乳液粒子的受力分析，推導(dǎo)了粒子的運(yùn)動(dòng)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(jì)算方法，與連續(xù)相粘度成正比，與粒子的統(tǒng)計(jì)平均粒徑平方成反比。對(duì)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(shí)驗(yàn)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