原油脫水處理工藝技術措施及其運用

蔣藝

(中海油能源發展裝備技術設計研發中心，天津 300452)

1 原油脫水概述

原油脫水是石油加工中非常重要的一環，可以提高石油的質量和市場價值。原油脫水是指從原油中去除水分的過程。在石油開采和生產過程中，原油常常伴隨著水分存在。水分的存在不僅會影響原油的儲存和運輸，還會對后續的煉油和加工過程產生負面影響。因此，通過脫水過程將原油中的水分去除是一項重要的工藝步驟。

原油中的水分存在形式多樣，包括游離水、懸浮水和乳狀水等。游離水指的是在原油中以自由液滴形式存在的水，懸浮水是以微小水滴懸浮于原油中的形式存在，而乳狀水則是以乳狀膠體形式存在的水。這些水分的存在會降低原油的品質，增加原油的黏度，并且有可能導致腐蝕、催化劑中毒等問題。

一種常用的脫水方法是沉淀式分離法，該方法利用油水兩相的密度差異來實現油水分離。在沉淀過程中，加入破乳劑可以加速油水分離的速度。通過實驗驗證，添加0.5% 的破乳劑可以將含水量為3% 的原油脫水至0.2%。此外，電化學脫水技術也是一種有效的脫水方法。該技術利用外加電場的作用使水分子被電化學吸附至一定的電極上，從而實現脫水。實驗結果表明，在50 V 的電場下，電化學法可以將含水量為3.5%的原油脫水至0.15%[1]。

但是，在進行原油脫水處理時，也需要考慮其他因素的影響，例如：石油中的乳化劑狀態、石油與乳化劑的陳化、油品黏度和揮發性等。石油中的乳化劑狀態會影響脫水效果。例如，如果乳化劑呈現團聚狀態，則會導致脫水效果降低。此外，石油的揮發性和含蠟含量也會影響脫水效果。實驗結果表明，高揮發性的石油更容易被脫水，而高含蠟含量的石油則需要更長的時間來完成脫水。因此，在進行原油脫水處理時，需要考慮這些因素的影響，以便獲得最佳的脫水效果。綜上所述，原油脫水技術的研究和發展是石油加工中一個重要的領域。通過使用沉淀和電化學法等不同的脫水方法，可以有效去除石油中的水分和雜質。同時，需要考慮石油中的乳化劑狀態、油品黏度、揮發性和含蠟含量等因素的影響，以獲得最佳的脫水效果。

2 原油脫水裝置及脫水過程

原油脫水是石油加工中的重要環節，可提高石油質量和市場價值。根據操作方法的不同，原油脫水過程可分為開放式和封閉式脫水過程。

開放式脫水是指將原油暴露在大氣環境下進行脫水的方法，適合于對含水較少的石油進行加工的新型脫水機。它的基本結構包括加熱爐、計量分離機、油氣分離機、緩沖罐、攪拌泵、污水池等組成。在脫水過程中，原油先被放入沉淀罐中，然后在破乳劑的作用下發生物理化學反應，完成后混合液被放入加熱系統中加熱至一定溫度，然后通過計量分離器進行分離，得到的原油再通過油氣分離器進入緩沖罐進行沉淀。廢水經過回混法處理后再次參與沉淀分離，達標后的廢水被送入廢渣池。這種方法在低含水條件下可以很好地解決原油脫水問題。實驗結果表明，開放式脫水機可以將含水量為3%的原油脫水至0.2%。當石油中的總含水量大于90% 時，采用開放式脫水機會導致能源的浪費和石油的低效脫水，而且污水回混會加劇原油的乳化和陳化。此時，應采用更為高效的技術措施，如封閉式脫水過程。封閉式脫水過程主要包括蒸汽注入法、薄膜蒸發法和氣體吹掃法等技術。

封閉式脫水過程也稱為兩級脫水過程。其主要裝置包括自由水脫除器、加熱裝置、電脫水器、緩沖油罐、污水沉降罐和泵等組成。封閉式脫水的工藝流程為：原油先進入游離水脫除器，然后進行除油分離，再進入加熱裝置，當溫度到達一定程度后，再進入電脫水器，再進行脫水。最終獲得的脫水原油再進入緩沖油罐，再進行外輸，得到的污水再進入污水沉淀罐。實驗結果表明，封閉式脫水機可以將含水量為3.5%的原油脫水至0.1%以下，脫水效率高于開放式脫水機。封閉式脫水機可以減少或防止石油中的揮發性組分喪失，并使其具有較低的黏度，從而促進石油在脫水機內的沉淀和分離，從而有效地提升了石油的脫水率。與開放式脫水流程及設備設施相比，封閉性脫水流程及設施所占據的空間更小，原油在裝置中的滯留時間也更短，所以可以降低投資費用，減少污水的回混量，同時也會降低原油的乳化程度，從而可以很好地控制原油的乳化和老化問題，提高原油的脫水品質和脫水效率[2]。

3 石油生產中的脫水技術

3.1 石油熱化脫水工藝

石油熱化脫水工藝是一種有效的原油脫水方法，具有簡單、易行和操作方便等特點。該工藝利用表面活性劑水溶液與石油衍生產品混合，并通過噴射藥劑的化學作用，在不停攪動的條件下實現水油相分離。在熱化脫水過程中，通過添加適量的表面活性劑水溶液到原油中形成混合液。表面活性劑的作用是降低水與原油之間的界面張力，使水分更容易與表面活性劑形成乳狀液，從而促進水油分離。此外，表面活性劑還能夠與機械雜質發生化學反應，使其在分離過程中被去除。在混合液形成后，通過不斷攪拌或噴射藥劑等方式進行強制混合，使水分與原油充分接觸，加速水油分離過程。由于表面活性劑的存在，水分被分散成細小的水滴，并與原油形成乳狀液。隨著時間的推移，由于重力作用和表面張力的影響，水滴逐漸聚集并沉淀到底部，而相對干凈的原油則上浮到上層。

熱化脫水工藝的優點在于能夠在短時間內快速去除石油中的水分，同時還能夠去除機械雜質。該工藝操作簡單，不需要復雜的設備，適用于各種規模的石油生產場地。然而，需要注意的是，熱化脫水工藝對于不同種類的原油和水質可能存在一定的適應性差異，因此在實際應用中需要根據具體情況進行工藝參數的調整和優化。

研究表明，添加適量的噴油劑可以有效提高石油的脫水效果。在選擇噴油劑時，應根據當地具體情況進行選擇。例如，在實驗中添加0.3%的噴油劑可以將含水量為3%的原油脫水至0.2%。

在進行熱化脫水處理后，需要對混合液進行排水處理。排水技術應根據具體情況進行選擇，常用的技術包括重力沉淀、沉淀過濾、離心沉淀等。在熱化脫水工藝中，重力沉淀是一種常用的排水技術，通過讓處理后的混合液緩慢流向緩沖區，再進入原油和濕度緩沖容器，從而讓其重力沉淀出機械雜質。研究表明，在重力沉淀技術的作用下，可以將石油中的機械雜質去除率提高至95%以上。總之，熱化脫水工藝是一種簡單、易行、效果顯著的原油脫水方法。在選擇噴油劑和排水技術時，應根據當地具體情況進行選擇，以獲得最佳的脫水效果和排水效果。

3.2 電解去鹽

在石油電解脫鹽技術中，不同類型的電極會影響到脫鹽效率和耗電量。水平型電極由于電池組的固定，對油水界面變化的適應性較差，因此已逐漸被淘汰。豎直懸掛型電極的脫鹽率較高，但由于結構較復雜，裝置失效率較高。鼠籠型電極采用環狀電極，解決了磁場盲區問題，耗電量較低且適用于含水和鹽分較高的石油。在鼠籠型電極中，磁場能夠在含水比較低的地方形成一個很強的磁場，而在含水比較多的地方則是一個很弱的磁場。這種類型的電極能夠消耗更低的電能，提升脫鹽效率，而且不需要對原材料的流動形態進行優化。

電解脫鹽技術的關鍵參數包括電流密度、電極間距、鹽水濃度、溫度等。在實際應用中，應根據石油中鹽含量和電解脫鹽設備的具體情況進行調整。研究表明，采用適當的電流密度和電極間距，能夠有效地提高脫鹽效率。同時，在電脫鹽槽中加入適量的酸、堿、絡合劑等物質，可以進一步提高脫鹽效率。此外，電解脫鹽技術還可以與其他脫鹽技術相結合，如與反滲透技術相結合，能夠有效降低鹽分，提高石油品質。

3.3 化學脫水法

化學脫水法是一種基于化學原理的高效脫水方法，其優點在于能夠改變油水接觸狀態，實現有效分離。該方法利用破乳劑的作用，能夠快速將油水界面層中的破乳劑聚集，進而實現油水分離。在化學脫水過程中，選擇適當的破乳劑非常重要，因為破乳劑的品質和性質對脫水效果有很大影響。因此在破乳劑的選擇上應注意其pH 值、表面活性、聚合性能、電荷及濕潤性能等方面的要求。

在實際應用中，化學脫水法的破乳作用可以分為離子破乳作用和非離子破乳作用。離子性破乳劑在水相中能夠生成兩性離子，而非離子性破乳劑則是以環氧樹脂為原料，在水相中不會被離子化。相比于離子性破乳劑，非離子性破乳劑在含油污水處理中具有更明顯的優越性，可以提高污水處理的效果，并且在用量和生成沉淀量等方面也更加優越。化學脫水法的優點在于具有高效、環保、易操作等特點，因此在實際工業應用中廣泛應用。同時，其也存在著一些缺點，如破乳劑的成本較高、處理后的廢水難以處理等問題。因此在實際應用中，需要根據具體情況選擇合適的脫水方法。

3.4 脈動電解工藝

電場脫水是一種高效的原油脫水工藝，其中包括直流放電、交流放電和脈沖放電等多種形式。在直流電場中，液滴會受到極化作用，從而發生運動和振動，實現液滴的分離和脫水。脈沖放電器則采用高功率脈沖驅動，能夠形成高電壓、高頻率的單側空間磁場，從而實現更高效的靜電脫水效果。

本工藝還針對當前我國采用的靜電法存在的問題提出了一種適用于30 kW 中頻脈沖變頻系統的多頻多壓調整方案，以提高靜電法的脫水效率。該方案可以實現更高的電場強度和頻率，從而更有效地去除石油和污水中的水分和雜質。同時，該方案可以根據不同的原料和工藝要求進行靈活調整，以適應不同的工業應用場景。據統計，采用電場脫水工藝可以將原油和污水中的水分和雜質去除達到70% 以上，大大提高了產品的質量和附加值。此外，該工藝還具有節能、環保、操作簡單等優點，已經得到越來越廣泛的應用。

4 原油處理中脫水工藝的優化

4.1 微波輻射脫水法

微波技術作為一種新興的脫水方法，其應用前景廣闊。實驗證明，微波輻射技術可顯著提高石油脫水的速度和效率，且具有高效、環保等優點。在實際應用中，微波輻射技術可以應用于原油、污水等領域，且可以與其他脫水技術相結合，實現多種技術的優點互補。研究表明，微波加熱能使石油和水之間的相互作用弱化，促進油水分離，從而提高石油的脫水效率。同時，微波對油水界面膜電勢的破壞也能夠產生一定的破乳效果，進一步提高石油脫水的效率。在微波輻射技術中，研究微波加熱的參數對石油脫水效果的影響也十分重要。微波加熱功率、頻率、時間等參數的優化可以有效地提高石油脫水的效率和質量。另外，微波輻射技術也存在著一定的局限性，如加熱效果受油品特性、溫度和含水率等因素的影響。因此，需要在實際應用中對微波加熱的參數進行調整和優化，以獲得最佳的脫水效果。

4.2 生物方法

生物方法是一種新型的石油脫水技術，利用生物破乳劑對石油乳液進行處理，通過微生物的代謝產物或微生物本身將表面活性劑消耗掉，從而實現破乳的效果。生物破乳劑具有環境保護作用強、脫水速度快和工藝新穎等特點，逐漸成為備受關注的石油脫水技術。生物方法的原理是利用特定的微生物菌株，通過其代謝產物或酶的作用降解石油中的表面活性劑。這些微生物能夠利用表面活性劑作為能源和底物，將其分解為無毒或低毒的物質，從而消耗掉表面活性劑，破壞乳液結構，促進水油分離。

在生物方法中，破乳劑的活性是決定其破乳效果的關鍵因素之一。目前研究表明，一些微生物在代謝時會分泌出含有天然的表面活性劑的代謝產物，這些代謝產物可以有效地破乳石油乳液。同時，破乳劑本身的活性也是重要的因素，其可以通過細胞內的反應性官能團實現對不連續相的浸潤，從而達到更高的破乳效果。

生物方法具有許多優點，例如：具有環境保護作用強、對設備的腐蝕小、脫水速度快、運輸費用低廉等。其中，脫水速度是生物方法的一個顯著優勢。據研究表明，采用生物破乳劑處理石油乳液的脫水效率可達到90% 以上，且脫水效果比傳統的物理和化學方法更好。此外，生物方法還具有適用范圍廣的特點，適用于不同種類的石油，如原油、石油污泥等。

4.3 科學篩選破乳劑

在石油開發過程中，石油的脫水技術是一個重要的環節，而尋找具有良好抗氧化能力的破乳劑是當前國內各大石油公司尤其是新疆地區石油公司面臨的一個難題。由于化學脫水需要高溫條件，因此需要在低溫下進行破乳。在對油田進行試驗時，選擇不同的溫度和破乳劑進行試驗，結果表明在22 ℃的條件下破乳劑具有良好的脫水效果。因此，在進行破乳時需要從脫水速率、變化能力等方面進行考慮。此外，破乳劑脫水具有一定的滯后性，在36 h 之后才會體現出脫水的結果，因此需要建立完整的破乳劑使用體系，并且根據來液狀況進行劑量的追蹤，避免因為任何變化而任意降低劑量或加入不合理的劑量。這些措施可以提高破乳效果，保證石油開發的順利進行。

4.4 脫水處理流程優化

針對石油脫水工藝流程進行優化的過程中，需要對工藝流程的各個環節進行詳細分析和改進，以達到更高的脫水效果和節約成本的目的。

在預分離和干燥環節，可以考慮采用新型的干燥技術，如微波輻射干燥技術。研究表明，在微波輻射下，原油的脫水效果更好，同時能夠顯著提高干燥速度，減少干燥時間。例如，以微波輻射干燥技術為基礎的石油脫水系統可以將原油中的水含量降低至1%以下，干燥速度也能夠提高3 倍以上。

對于三相分離機的優化設計，可以考慮采用新型的破乳劑，并在適當的溫度和破乳劑濃度下進行操作。研究表明，采用新型的破乳劑和適當的工藝參數能夠顯著提高三相分離機的分離效果。例如，對于一種基于化學脫水和超聲波技術的新型破乳劑，當破乳劑濃度為500 mg/L，溫度為40 ℃時，其脫水效果可達到99.8%以上。

在對干燥工藝進行改進時，可以考慮采用電化干燥法或二次加熱沉淀法等新型干燥技術。研究表明，采用這些新型干燥技術不僅能夠有效地降低干燥成本，還能夠顯著提高干燥速度和干燥效果。例如，采用電化干燥法可以將干燥時間降低至數小時，同時干燥效果也能夠得到明顯提高。

4.5 冬季生產工藝優化

石油干燥工藝的優化是一個持續不斷的過程，需要綜合考慮各種因素。在實際應用中，通常會采用電化干燥、二次加熱沉淀等技術來提高干燥的效率和質量。在干燥過程中，干燥溫度是一個重要的參數，需要根據具體的情況進行調整，以保證產品的質量和干燥效率。據統計，在新疆地區，冬季平均氣溫為-10 ℃左右，持續時間長達3～4 個月，這給石油干燥帶來了很大的挑戰。為了解決這個問題，可以采用微量加熱法，通過加熱方式提高干燥溫度，同時還需要對水溫進行控制，以保證干燥效果。通常，水溫需要保持在24～25 ℃左右，這樣可以使石油脫水的效果更好。此外，還需要根據實際情況來確定干燥時間和破乳劑的使用量等參數，以保證干燥效果和產品質量。

5 結語

綜上所述，原油脫水是一項非常重要的工藝，對于環境保護和資源利用具有重要意義。現代技術的不斷發展和創新，為原油脫水提供了更加高效、環保、可靠的解決方案。本文介紹了幾種常見的脫水工藝，包括機械式脫水、熱化學脫水、電解脫水、化學脫水等，并對各種工藝的原理、流程、優缺點進行了詳細分析。可以看到，每種脫水工藝都有其適用范圍和特點，具體應該根據實際情況進行選擇和應用。同時，我們也需要注意脫水工藝的安全性和環保性，合理選擇工藝和設備，并遵守相關法律法規和標準，才能夠達到良好的脫水效果和環境保護目的。