CN102226100B - 一种高效原油脱盐/脱水方法及设备 - Google Patents

一种高效原油脱盐/脱水方法及设备 Download PDF

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Abstract

本发明属于石油化工技术领域，具体涉及一种利用过滤-电场聚结法组合的高效原油脱盐/脱水的方法及设备。本发明的高效原油脱水/脱盐的设备，包括依次连接的原料输送系统、混合装置、脱水过滤装置和电脱盐装置。本发明的高效原油脱水/脱盐的方法是利用本发明的高效原油脱水/脱盐的设备通过原料预热、混合、初步破乳及电脱盐/脱水步骤实现的。本发明采用过滤-电场聚结组合的原油脱盐/脱水方法，能够克服过滤法和电场聚结法脱盐/脱水工艺各自的缺点，同时降低两者的运行苛刻度，既可提高原油脱盐过程的适应性、脱盐/脱水率和平稳运行率，又可以达到节能降耗的目的。

Description

一种高效原油脱盐/脱水方法及设备
技术领域
本发明属于石油化工技术领域，具体涉及一种利用过滤-电场聚结法组合的高效原油脱盐/脱水的方法及设备。
背景技术
原油中不可避免地带有一定量的盐和水， 并含有微量重金属。其中的盐类主要以碱金属和碱土金属盐酸盐的形式溶解于原油所含的微小水滴中，这些水滴多以“油包水”（W/O）型乳状液的形式悬浮于油相中，颗粒直径为10～20nm，具有较高的稳定性。而原油中所含的盐类是造成设备腐蚀和结垢的主要原因，故原油加工的第一道工序就是脱盐/脱水。
目前，原油脱盐/脱水方法有：机械法，电场聚结法，声化学法，磁处理法，过滤法和生物法等十余种，但仅有电场聚结法得到普遍应用。电场聚结法（简称电脱盐）根据所采用的电场形式不同，可分为交流、直流、交直流和脉冲电场4种形式，其中脉冲电场是近年来发展的一种新型的电脱盐/脱水技术，节电效果明显，如专利ZL200710054331.3和CN101475832A。为了提高脱盐率，在原油电脱盐过程中一般要加入净化水与之充分混合，使原油中的盐类尽可能地转移到水相中，这一过程会产生大量的W/O型乳状液。该乳状液先进入弱场区，脱除大颗粒的水滴后再进入强场区，依靠更强的电场力脱除小颗粒的水滴。对于电脱盐过程而言，水滴受到的聚结力与电场强度的平方及水滴半径的六次方成正比，与水滴之间距离的四次方成反比，水滴的直径越小，脱水需要的电场强度越高。由于油水乳状液的中的水滴粒径较小，弱场区的脱水能力有限，故进入强场区的原油含水量较高。一般来说，进入强场区的原油含水量越高，能够稳定运行的电场强度就越低。提高电场强度就会促使水链形成，造成电场坍塌，引起变压器跳闸，使脱盐/脱水效果恶化。对于重质和劣质的原油，此类问题更为突出。由此可见，因进入强场区原油的含水量较高而造成电场坍塌是电脱盐技术最大的缺陷，提高原油乳状液的初期破乳能力，减少进入强场区的含水量，是保证脱盐/脱水效果的重要措施。
发明内容
    为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种利用过滤-电场聚结法组合的高效原油脱盐/脱水的方法。
本发明的另一目的在于针对本发明的高效脱盐/脱水方法提供一种专用于该方法的高效原油脱盐/脱水的设备。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种高效原油脱水/脱盐的方法，其特征在于：其是由过滤法和电场聚结法的组合方法，包括以下步骤：
原料预热：分别将原油、洗涤水、破乳剂加热至80-150℃，其中洗涤水占原有总重量的3-15%，每克原油中破乳剂用量为5-10μg；
混合：将上述加热后的各组分在混合器中混合成油水乳状液：
初步破乳：将上述油水乳状液经脱水过滤器进行初步破乳，得到滤后乳液；
电脱盐、脱水：将上述滤后乳液进入电脱盐装置进行脱盐、脱水，脱盐、脱水后的原油在电脱盐装置中分离。
所述电脱盐、脱水步骤包括一级电脱盐、脱水：即从脱水过滤器流出的滤后乳状液进入一级电脱盐罐进行脱水、脱盐，从罐底分出的一级含盐污水与脱水过滤器的反冲洗杂质合并后送污水处理系统处理，一脱原油从罐顶流出。
优选的方案中，本发明所述的高效原油脱水/脱盐的方法还包括了二级电脱盐步骤、脱水：即从一级电脱盐罐罐顶流出的一脱原油与二级注水混合后进入二级脱盐罐进行二次脱盐，从罐顶流出的二脱原油送入下游的加工装置，从罐底分出的二级含盐污水送入污水处理装置或者返代替洗涤水与原油及破乳剂混合。
所述的破乳剂为：EC2425A型破乳剂、FC9303型破乳剂中的一种或两种以上混合。
本发明所述的洗涤水、反冲洗水和二级注水均为除盐水或不含盐的工业净化水；为了节约用水，最好采用不含盐的工业净化水，PH值为6～9。
一种高效原油脱水/脱盐的设备，包括依次连接的原料输送系统、混合装置、脱水过滤装置和电脱盐装置。
所述原料输送系统包括洗涤水输送管道、破乳剂输送管道以及原油输送管道；所述混合装置包括混合器、设置在混合器上的进料管和出料管，进、出料管上分别设有调节阀门；所述脱水过滤装置包括脱水过滤器，脱水过滤器内部设置有过滤介质层，脱水过滤器的的底部连接下出料管，顶部连接有上出料管，上、下出料管上分别设有阀门；所述电脱盐装置包括一级电脱盐罐，一级电脱盐罐的底部分别设有进液口和一级含盐污水出口，其顶部设有一脱原油出口，一脱原油出口连接有输油管道。
本发明所述的过滤介质层为强亲水性材料，可选用玻璃纤维纸、表面经过氧化处理的化学纤维以及现有的圆筒状聚结滤芯等。过滤介质层厚度不大于0.50m，初始压降不大于0.05MPa，在170℃长期使用不会发生变形。控制过滤介质层的厚度，可以减小过滤过程的压力降，达到消除现有的过滤脱盐/脱水法的技术缺陷、提高过滤速度和减小脱水过滤器体积的目的。
本发明所述的脱水过滤器可以是石化行业常用的塔、罐、釜等密封的容器，目的是能在其中设置过滤介质层，对其外型不作特别要求。脱水过滤器可采用单台操作，也可以采用多台操作，优选的，所述脱水过滤装置包括两个并列的脱水过滤器，一台工作，一台备用，两台脱水过滤器底部的各设有下出料管，下出料管上设有阀门，阀门之后的两个下出料管段合并一体并设置阀门；当在用的脱水过滤器压力降达到0.20MPa时，切换到备用的脱水过滤器，将已切出的脱水过滤器中的油水乳状液泵送并入静态混合器后形成的油水乳状液中；待该脱水过滤器抽空后，用反冲洗水沿与过滤相反的方向对其进行反冲洗，除去附着在过滤介质层上的粘性物质及泥沙等固体杂质，以保持脱盐/脱水过程的连续性，反冲洗杂质与一级含盐污水合并进入炼油厂污水处理系统；脱水过滤器的油水乳状液温度与电脱盐罐保持一致，为80～150℃，优选110～135℃，原油越重，所选的温度越高。
本发明的优选方案中，所述电脱盐装置还包括二级电脱盐罐，二级电脱盐罐顶部设有二脱原油输出口，其底部设有进液口和二级含盐污水出口，进液口连接输油管道。所述的电脱盐装置可以完全利用现有的常规电脱盐装置，可采用一级电脱盐，也可采用多级电脱盐，为了节能及达到脱后原油盐含量不大于3 mgNaCl/L的技术要求，最好采用二级电脱盐。电脱盐罐的电场形式可以是交流、直流、交直流和脉冲电场中任意其一。常规电脱盐装置需要改动的部分是二级含盐污水不再作为一级电脱盐的注水，而是将其引至静态混合器前替代洗涤水与原油及破乳剂混合。若原油乳状液经过滤破乳和一级电脱盐处理后，脱后脱油的盐含量不大于3mgNaCl/L，水含量不大于0.3％，则可采用过滤和一级电脱盐的组合方式，否则，采用过滤和二级电脱盐的组合方式。若原油密度大于900kg/m3，且盐含量大于100mgNaCl/L，则脱盐/脱水难度较大，为此应尽量提高一级电脱盐的脱盐/脱水率，二级含盐污水不再回用，与一级含盐污水和脱水过滤器的反冲洗杂质合并送入炼油厂污水处理系统进行处理，在原油、水和破乳剂初次混合时直接使用洗涤水。
本发明优选的方案中，洗涤水输送管道上设有送水阀门，洗涤水输送管道的入口处与送水阀门之间连接有输水支路，输水支路包括连接连接脱水过滤罐的反冲洗水管道和连接输油管道的二级注水管道，所述二级注水管道与输油管道在连接处合并一体。
优选的，本发明所用混合器为静态混合器。
本发明的高效原油脱水/脱盐的设备还包括一个泵，泵连接泵水管，泵水管的一段与脱水过滤器底部的下出料管上连接，其上设有阀门，另一段与混合器上的出料管连接。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：本发明的高效原油脱水/脱盐的方法将原油过滤法脱盐/脱水技术和电脱盐技术有机地结合起来，在油水乳状液进入电脱盐装置之前，先进入脱水过滤器进行初步破乳，降低了电脱盐/脱水的难度。当油水乳状液通过脱水过滤器中的强亲水性材料过滤介质层时，其中悬浮的微小水滴就会被强亲水性的过滤介质层吸附，截留在过滤介质层上，随着过滤的不断进行，吸附的微小水滴越来越多，这些微小水滴与过滤介质层相互摩擦，润湿过滤介质表面并在其表面铺展形成表面液膜，当表面液膜积累到一定厚度时，便会自动聚结破乳，在重力和流体曳力的共同作用下，脱离过滤介质层，以较大的非乳化态的水滴进入油相中，这种水滴易与原油分离，在电脱盐罐中流体速度较低的情况下，可在弱电场区快速地与原油分离，减小了进入强电场区的原油水含量，防止电场强度提高所引发的电场坍塌，对于提高电脱盐工艺的适应性、脱盐/脱水率和稳定运行具有明显的改善作用。由于电脱盐工艺的耗电量与强电场区的原油水含量密切相关，降低进入强电场区的原油水含量，就可以达到节电的目的。此外，过滤介质层可以截留原油中所携带的硫化亚铁、泥沙等固体杂质，消除其对油水乳状液的稳定作用，使处于乳化状态的水滴更容易实现破乳聚结，降低了电场聚结法脱盐/脱水的运行苛刻度；同时，由于脱水过滤器反冲洗容易进行，这样就可以避免在电脱盐罐中反冲洗对油水界位的强烈扰动，大大地降低含盐污水的油含量，不仅有效避免原油的浪费并且有效防止环境污染。综上所述，采用过滤-电场聚结组合的原油脱盐/脱水方法，能够克服过滤法和电场聚结法脱盐/脱水工艺各自的缺点，同时降低两者的运行苛刻度，既可提高原油脱盐过程的适应性、脱盐/脱水率和平稳运行率，又可以达到节能降耗的目的。此外，本发明的高效原油脱水/脱盐的设备是针对本发明的原油脱盐/脱水的方法而设计的一种设备，该设备结构简单，操作方便，能耗低，有效实现了原油脱盐、脱水。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
附图说明
图1为本发明的高效原油脱水/脱盐的设备结构示意图。
图中：1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13为阀门，为14混合器，15、16为脱水过滤器，17为一级电脱盐罐，18为二级电脱盐罐；图中的三角箭头表示液体流动的方向。 
具体实施方式
如图1所示，本发明的高效原油脱水/脱盐的设备，包括依次连接的原料输送系统、混合装置、脱水过滤装置和电脱盐装置；所述原料输送系统包括洗涤水输送管道、破乳剂输送管道以及原油输送管道；所述混合装置包括混合器、设置在混合器上的进料管和出料管，进、出料管上分别设有调节阀门；所述脱水过滤装置包括脱水过滤器，脱水过滤器内部设置有过滤介质层，脱水过滤器的的底部连接下出料管，顶部连接有上出料管，上、下出料管上分别设有阀门；所述电脱盐装置包括一级电脱盐罐，一级电脱盐罐的底部分别设有进液口和一级含盐污水出口，其顶部设有一脱原油出口，一脱原油出口连接有输油管道。如图1所示，关闭阀门2、4、5、6、7、9、11、12、13，打开阀门1、3、8、10。将加热到80～150℃原油Ａ、破乳剂Ｂ和占原油量质量比为3％～15％的洗涤水Ｃ在静态混合器14中均匀混合，形成的油水乳状液，经阀门3进入脱水过滤器15中，通过脱水过滤器15中的过滤介质层初步破乳后，滤后乳状液经阀门8进入一级电脱盐罐17进行一次脱盐/脱水；一级含盐污水从一级电脱盐罐17底部以及含盐污水出口经管道排出送入炼油厂污水处理系统进行处理，一脱原油从一级脱盐罐17的顶部流出，与占原油质量比为3％～15％的二级注水混合，形成一脱后油水混合物，经混合阀混合后进入二级电脱盐罐18；从二级电脱盐罐18顶部流出的二脱原油作为下游装置的原料；当二级电脱盐罐18的水位达到预定高度时，为了节约用水，可以打开阀门11，同时关闭阀门1，从二级电脱盐罐18底部排出的二级含盐污水引至静态混合器14前，替代洗涤水作为与原油、破乳剂的混合用水。当原油密度大于900kg/m3，且盐含量大于100mgNaCl/l，二级含盐污水不可再回用，与一级含盐污水合并送入炼油厂污水处理系统进行处理，在原油、水和破乳剂初次混合时直接使用洗涤水。
当脱水过滤器15的压力降达到0.20MPa时，需要对其进行反冲洗。反冲洗过程的操作步骤为：打开阀门5、9，关闭阀门3、8，将油水乳化液切入脱水过滤器15；打开阀门3、13和泵，将脱水过滤器15中积存的油水残留液与油水乳化液合并，当脱水过滤器15抽空后，关闭泵和阀门13，打开阀门6和12，用反冲洗水对粘结在过滤介质层上的杂质进行反冲洗，反冲洗杂质并入一级含盐污水中。同样，脱水过滤器16的反冲洗程序与脱水过滤器15是一致的。
下面是具体的实施例。
实施例1
原油密度为846.6Kg/m3，盐含量为17.0 mgNaCl/l。采用过滤法和一级电脱盐的组合方式，过滤介质层为表层经过氧化处理的聚酯纤维，厚度为0.25m，初始压力降为0.02MPa；破乳剂型号为EC2425A，用量为5μg/g；与该原油和破乳剂混合的洗涤水为不含盐的工业净化水，PH=7.9，用量为原油量的4％；电脱盐罐的电场形式为交流电场，强场区的电场强度为850 V/cm，弱场区的电场强度为400 V/cm；油水乳状液的温度为110℃。一脱原油的盐含量为1.3 mgNaCl/L，水含量为0.05％。
实施例2
原油密度为883.2Kg/m3，盐含量为87.4 mgNaCl/L。采用过滤法和二级电脱盐的组合方式，过滤介质层为玻璃纤维纸，厚度为0.10m，初始压力降为0.04MPa；破乳剂型号为FC9303，用量为10μg/g；洗涤水为不含盐的工业净化水，PH=6.7，二级注水量为原油量的7％，二级含盐污水返回静态混合器前与该原油和破乳剂混合；电脱盐罐的电场形式为交-直流电场，一级电脱盐罐的电场强度为900V/cm，二级电脱盐罐的电场强度为1000V/cm；油水乳状液的温度为125℃。二脱原油的盐含量为2.6mgNaCl/L，水含量为0.18％。
实施例3
原油密度为933.6Kg/m3，盐含量为128.4 mgNaCl/L。采用过滤法和二级电脱盐的组合方式，过滤介质层为表层经过氧化处理的聚酯纤维，厚度为0.50m，初始压力降为0.046MPa；破乳剂型号为EC2425A，用量为10μg/g；由于该原油的脱盐难度较大，二级含盐污水不再回用，与该原油和破乳剂混合时直接使用不含盐的工业净化水，其PH=8.5，用量为原油量的13％；二级注水与原油和破乳剂混合时的用水水质相同，用量为原油量的8％；电脱盐罐的电场形式为脉冲电场，一级电脱盐罐的脉冲电场强为2500V/cm，脉冲频率为1000Hz，占空比为50%；二级电脱盐罐的脉冲电场强为3000V/cm，脉冲频率为650Hz，占空比为50%；油水乳状液的温度为135℃。二脱原油的盐含量为2.9mgNaCl/L，水含量为0.20％。
上述实施例仅为本发明的优选实施方式，不能看作是对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明保护的范围。

Claims (2)

1.一种高效原油脱水/脱盐的设备，其特征在于：其包括依次连接的原料输送系统、混合装置、脱水过滤装置和电脱盐装置；所述原料输送系统包括洗涤水输送管道、破乳剂输送管道以及原油输送管道；所述混合装置包括混合器、设置在混合器上的进料管和出料管，进、出料管上分别设有调节阀门；所述脱水过滤装置包括脱水过滤器，脱水过滤器内部设置有过滤介质层，脱水过滤器的的底部连接下出料管，顶部连接有上出料管，上、下出料管上分别设有阀门；所述电脱盐装置包括一级电脱盐罐，一级电脱盐罐的底部分别设有进液口和一级含盐污水出口，其顶部设有一脱原油出口，一脱原油出口连接有输油管道；所述电脱盐装置还包括二级电脱盐罐，二级电脱盐罐顶部设有二脱原油输出口，其底部设有进液口和二级含盐污水出口，进液口连接输油管道；洗涤水输送管道上设有送水阀门，洗涤水输送管道的入口处与送水阀门之间连接有输水支路，输水支路包括连接脱水过滤罐的反冲洗水管道，其上设有阀门；和连接输油管道的二级注水管道，其上设有阀门；所述二级注水管道与输油管道在连接处合并成一脱原油输送管道，其上设有混合阀；还包括一个泵，泵连接泵水管，泵水管的一段与脱水过滤器底部的下出料管上连接，其上设有阀门，另一段与混合器上的出料管连接。
2.根据权利要求1所述的高效原油脱水/脱盐的设备，其特征在于：所述脱水过滤装置包括两个并列的脱水过滤器。
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