重質原油電脫鹽脫水工藝優化分析*

王平，程麗華，吳世逵

(廣東石油化工學院 化學工程學院，廣東 茂名 525000)

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重質原油電脫鹽脫水工藝優化分析*

王平，程麗華，吳世逵

(廣東石油化工學院 化學工程學院，廣東 茂名 525000)

電化學脫鹽脫水過程是原油加工的第一道工序，原油含鹽含水不利于石油加工，會使催化劑中毒，影響產品質量，對設備造成很大的腐蝕危害。通過電化學實驗研究了原油電脫鹽脫水技術優化的工藝條件，探討了脫鹽溫度、破乳劑和脫鈣劑注入量等對電脫鹽脫水效果的影響。優化試驗得到：在60 ℃時，采用NS-885破乳劑的脫水效果最好，與原油的質量比為300 μg/g；采用六偏磷酸鈉的脫鈣效果最好，與原油的質量比為100 μg/g。

馬林原油；破乳劑；脫鈣劑；電脫鹽脫水；工藝優化

0　引言

原油中的鹽大部分溶于水，水與溶解鹽類混合在破乳劑和高壓電場的作用下，微小水滴會聚集成較大水滴，憑借重力從油中分離，從而達到電化學脫鹽脫水的目的[1]。目前國內高效電脫鹽的工藝技術參數如下：原油鹽質量濃度小于100 mg/L，采用2級脫鹽后鹽質量濃度小于3 mg/L，水質量分數為0.1%～0.3%；2級電脫鹽系統的消耗如下：破乳劑與原油的質量比為1～20 μg/g，新鮮水質量分數為5%～6%，電耗為0.3～0.5 kWh/t[2-3]。原油破乳機理是指破乳劑界面活性高于原油中成膜物質的界面活性，導致油品界面膜破壞，水從膜內釋放出來沉降到底部，實現油水兩相分離[4]。原油中有機鈣的存在形式主要是環烷酸鹽、脂肪酸鹽、酚鹽等，原油脫鈣機理是指有機鈣鹽在油水界面上存在電離平衡，水溶性脫鈣劑與鈣離子形成穩定的化合物，在高壓電場和破乳劑協同作用下破乳分層，隨電脫鹽污水排出[5-6]。破乳劑和脫鈣劑對原油均存在專一性問題，因此研制普適性好的破乳劑和脫鈣劑成為了主要的研究課題。國內對破乳劑技術的研究主要集中在聚醚類破乳劑和復配破乳劑上，脫鈣劑技術則集中在含磷羧酸鹽上[7-10]。

文章主要通過原油電脫鹽實驗裝置對原油破乳劑和脫鈣劑進行篩選和評價。選取了4種破乳劑和脫鈣劑，針對馬林原油進行了篩選，并改進工藝條件，考察了不同因素對破乳、脫鈣的影響，最終獲得最佳的使用條件。最后，通過脫水率、油水界面狀況、污水顏色、鈣含量分析等對破乳劑的破乳效果和脫鈣劑的脫鈣效果進行了考察。

1　實驗部分

1.1實驗設備和試劑

馬林原油(重質原油，茂名石化分公司煉油分部)；破乳劑NS-990，MH-Ⅱ，NS-885，YS-SR0123(茂名石化分公司煉油分部)；脫鈣劑ATMP，HPAA，乙二胺四乙酸，六偏磷酸鈉(山東奧納化工有限公司)。

電脫鹽試驗儀(YS-3型，河南洛陽雙陽儀器有限公司)；電子分析天平(BS210SMax210g以及BS4200SMax4000，精度分別為0.1、0.01 mg，天津賽多利斯天平有限公司)；節能型電阻爐(SX-4-10型，天津中環實驗電爐有限公司)；馬弗爐(上海錦凱科學儀器有限公司)。

1.2YS-3電脫鹽儀操作步驟

取40 g原油從室溫開始加熱至60 ℃，再放入樣品管中。將水(V1)、破乳劑等加入到盛有樣品、規格為500 mL的有蓋三角瓶內，加熱到90 ℃后，搖勻混合5 min，再倒進樣品管(總體積通常為80～90 mL或距管口10 mm左右)。如果水和油不易混合均勻，可直接將二者加至試管內加熱到90 ℃，放在混合試管架上，蓋上橡皮塞，擰緊隔離固定板，手動或放在振蕩器上將水與油混合到所需程度。檢查密封環完好后將試管放在密封槽內。實驗完后通冷卻水至壓力為0后擰開螺絲取出樣品管，觀察水量及其渾濁程度。將樣品管放到電脫鹽實驗儀中進行實驗，時間為10 min。結束后，在60 ℃恒溫槽中靜置10 h，觀察油/水界面狀況，并記錄脫出水的體積(V2)。將數據接近的兩個平行試樣的算術平均值作為檢測結果，計算脫水率。脫水率計算公式如下：

脫水率=V2/V1

式中：V1為40 g原油乳狀液中含水體積，mL；V2為脫出水的體積，mL。

2　實驗過程及數據

2.1破乳劑的篩選實驗

2.1.1破乳劑與原油的質量比對脫水性能的影響

圖1不同用量破乳劑的脫水率

通過查閱相關資料和文獻，對適用于馬林原油的破乳劑進行了篩選，選擇了適應性較佳、破乳效果較好的4種破乳劑，分別為NS-990、MH-Ⅱ、NS-885、YS-SR0123。把上述4種破乳劑配成適當濃度，根據一定的原油破乳比(質量比μg/g)，分別在60 ℃恒溫槽中進行破乳實驗。主要通過觀察油水界面狀況及脫水率來評定破乳劑的脫水能力，從而篩選出適宜的破乳劑。隨著破乳劑與原油的質量比不同，其脫水效果見圖1。

從圖1可看出：(1)NS-9900與原油的最佳質量比為1 100 μg/g。隨著NS-9900的不斷增加，NS-9900的脫水率不斷下降。(2)MH-Ⅱ的用量大，且脫水效果差。當MH-Ⅱ與原油質量比達到1 000 μg/g以上時，脫水率變化不大。(3)YS-SR0123與原油的最佳質量比為500 μg/g。隨著YS-SR0123質量比的不斷增加，脫水率不斷下降。(4)NS-885與原油的最佳質量比為300 μg/g。隨著NS-885質量比的不斷增加，脫水率不斷下降。圖1表明了破乳劑NS-885和YS-SR0123的破乳效果和穩定性較好，因此選擇這兩種破乳劑進行實驗[11-13]。

圖2不同溫度下破乳劑的脫水率

2.1.2溫度對脫水性能的影響

選用破乳劑NS-885和YS-SR0123，在破乳劑與原油的質量比為400 μg/g，洗滌水質量分數為20%，樣油40 g的條件下，分別在30，40，50，60，70，80 ℃的溫度下進行脫水，以考察溫度對脫水性能的影響，并進行平行實驗。實驗數據見圖2。

由圖2數據可以得出：破乳劑NS-885和YS-SR0123都是在60 ℃下的破乳效果最好。

2.1.3破乳劑的復配實驗

不同的破乳劑在不同的質量配比條件下，其破乳效果也會不一樣，見表1。YS-SR0123和NS-885在質量比為1∶2的脫水效果較為穩定和理想，最高脫水率可達81.7%。

表1　NS-885和YS-SR0123不同質量配比下兩組平行實驗的平均脫水率

2.2脫鈣劑的篩選實驗

圖3不同脫鈣劑對脫水率的影響

取40 g原油，加入2.4 g質量分數為5 mg/g的破乳劑NS-885(與原油的質量比為300 μg/g)，再分別加入一定量的脫鈣劑(分別為ATMP，HPAA，乙二胺四乙酸，六偏磷酸鈉)，加入10 mL蒸餾水，搖晃200下，放入電脫鹽儀反應10 min，取出靜止10 h，測得脫鈣率隨脫鈣劑用量的變化數據見如圖3所示。

由圖3可得，ATMP和六偏磷酸鈉的脫鈣效果比較好，所以選擇這兩種脫鈣劑進行實驗。ATMP與原油的質量比為300 μg/g時脫鈣效果最好，六偏磷酸鈉、HPAA、乙二胺四乙酸與原油的質量比為100 μg/g時脫鈣效果最好。選用六偏磷酸鈉與原油的質量比為100 μg/g時，其脫鈣率可達到74.3%。

2.3破乳劑和脫鈣劑的復配實驗

在破乳劑NS885與原油質量比為300 μg/g的條件下，將脫鈣劑ATMP和六偏磷酸鈉混合后進行復配，兩種脫鈣劑的脫鈣效果見表2[14-15]。

表2　ATMP和六偏磷酸鈉不同質量配比時的脫鈣率

由以上實驗數據得知，兩種脫鈣劑的復配效果會因為二者質量比的不同而相差很大，其中使用脫鈣劑ATMP和六偏磷酸鈉混合，按質量比1∶1的效果會比較好。

3　總結

通過對所選擇4種破乳劑的實驗研究表明，每一種破乳劑都有一個最佳的實驗用量。破乳劑NS-885和YS-SR0123在同等條件下，即溫度為60 ℃，脫水時間為10 h時，脫水效果比其他兩種好，但從總體上來考慮選用破乳劑NS-885的效果會更好；每一種脫鈣劑都有一個最佳的實驗用量，ATMP與原油的質量比為300 μg/g時脫鈣效果最好，六偏磷酸鈉、HPAA、乙二胺四乙酸與原油的質量比為100 μg/g時脫鈣效果最好，但從總體上來考慮選用脫鈣劑六偏磷酸鈉的效果更佳。

適宜的破乳脫鈣技術和工藝可以保證原油加工工藝的長周期安全操作，進而提高煉油企業的整體效益?？傊杀镜汀⑦m用性廣而強是原油破乳劑和脫鈣劑研究的發展趨勢。

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(責任編輯：梁曉道)

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

茂名市石油化工腐蝕與安全工程技術研究開發基金(201509B06)

王平(1978—)，女，遼寧葫蘆島人，博士，主要從事有機/無機復合材料的制備及應用性研究。

TE624.1

A

2095-2562(2016)04-0014-04