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1/10原油净化——乳状液的脱除[摘要]：介绍了原油净化的必要性和主要对象——乳状液的性质及其形成原理，详细地阐释了乳状液的脱除方法，展望了未来的发展方向及对我们的要求。[关键字]：原油净化、乳状液、破乳剂、电脱水、破乳一、原油净化的必要性：原油中含有水、盐和泥、砂等机械杂质，特别在油田开发后期油井出水量占产液量的90％以上，泥、砂等杂质也多达1％-1.5％。而这些杂质却有着非常大的危害，主要有：⑴增大了液体量，降低了设备和管线的有效利用率；⑵增加了集输过程中的动力和热力的消耗；⑶引起金属管线的和设备的结垢与腐蚀，使寿命降低；⑷破坏炼制过程的正常进行。所以，原油净化是商品原油生产过程的重要环节。二、原油净化的重要对象——乳状液：由于原油中所含的盐类和机械杂质大都溶解和悬浮于水中，原油脱水过程其实也是降低原油中含盐量和机械杂质的过程。❶乳化水（原油乳状液）：水与原油的原油中的水混合物；❷游离水：用简单的沉降法即可分离。原油脱水和原油乳化液有着密切的关系，因为在含水原油中乳化液的性质直接影响着原油脱水的难易，所以乳状液的脱除成为原油2/10净化的重要目标。三、原油乳状液：⒈乳状液：常认为两种（或两种以上）不相溶的液体相混合，其中一相以极小的球状小粒分散在另一相中，这种机械混合液称为乳化液。⒉乳状液生成三要素：❶水和油同时存在：❷有充分的搅拌条件;❸有表面活性物质存在。⒊原油乳化液的分类：❶油包水型乳状液（Ｗ／Ｏ）：以水为内相，油为外相，也就是水以极小的颗粒分散在油中；❷水包油型乳状液（Ｏ／Ｗ）：以油为内相，水为外相，即油以极小的颗粒分散在水中。水包油型油包水型由于水有一种相撞聚集合并的性质，这样使水包油型乳状液中的水较易脱除。由于油包水型乳状液中，经常在水的小粒外有一层含有油，沥3/10青，胶质的薄膜，所以这种乳化液中的水是很难脱除的。⒋原油中乳状液的乳化机理：由于油水混合物沿油管从井底向上流动时，在井底的不同深处，压力从下到上不断降低，溶解在原油中的伴生气体不断逸出，而且体积不断膨胀，油水搅拌越来越剧烈，，当油水混合物通过油嘴时，压力突降，流速剧增，大大增加了原油乳化程度；原油开采出来以后，在地面集输过程中，从井口到计量站，从计量站到转油站，油、水、气多呈两相混合状态输送，在集输管线和设备里油水的激烈搅动也会促进乳化。同时，原油中存在沥青质、胶质、石蜡及微量的固体粘性颗粒，它们作为天然乳化剂吸附在油水界面，形成具有一定强度的黏弹性膜，给液滴聚并造成了动力学障碍，因而使原油乳状液得以稳定存在。5油田如何防止原油乳化液的生成：⑴采取措施使油井少出水，多出油（如合理注水，封堵水层等措施）；⑵对油井出来的含水原油不给予充分的搅拌条件，如在集输流程中尽量减少泵剪次数，尽量控制流速，流程尽量简化，减少不必要的弯头，闸门（如采用密闭集输流程或联合装置）；⑶尽量减少油和水相混时间，采用早放水。6辨别原油乳状液类型的方法：加点水进去很快能搅拌均匀的就是水包油结构；反之，就是油包水结构。4/10另外原油的油包水结构一般颜色都偏深。因为沥青质、胶质、石蜡等绝大部分乳化剂是憎水亲油的，因此原油中一般形成油包水型乳状液。四、原油乳状液的脱除工艺：⒈乳状液脱除基本原理：关键是破坏油水界面膜，促使水滴合并，沉降。⒉破乳过程（水滴的聚结和沉降）：分散水滴相互接近水滴碰撞乳化剂构成的界面膜破裂（关键）水滴合并水滴在油相中分离。⒊原油脱水工艺：游离水❶重力沉降脱水；❷注入化学破乳剂；❸利用离心力脱水；原油乳状液❹利用亲水表面使乳化水粗粒化脱水；❺电脱水等。最常用破乳剂和电脱水，本文着重阐释这两种工艺。1）化学破乳脱水（加入破乳剂）：⑴化学破乳剂是人工合成的表面活性物质，往原油乳状液中加入少量破乳剂即能收到显著的破乳效果，因而在原油脱水工艺中破乳剂得到广泛的应用。⑵破乳剂分类（按分子结构分类）：5/10①离子型：破乳剂溶于水时，电离出离子；②非离子型：破乳剂溶于水时，不电离——聚氧烷基醇（SP169、BP2420）、聚氧烷基多胺等(AP221、AE121、9901、AE8051)。二者区别：与离子破乳剂相比，非离子破乳剂具有用量少，不产生沉淀，脱除水中含油少，脱水成本低等优点。注意：①原油破乳剂针对性强，使用时必须进行删选；②乳剂具有协同效应，可以将两种或两种以上破乳剂以一定比例混合构成一种新破乳剂，提高其脱水效果。⑶理想破乳剂具备的条件：a.较强的表面活性；b.良好的润湿性能；c.足够的絮凝能力；d.较好的聚结效果。⑷破乳机理：a.相转移一反相变形机理。加入破乳剂后发生了相转变，即能够生成与乳化剂形成的乳状液类型相反的表面活性剂(反相破乳剂)。这类破乳剂与憎水的乳化剂作用生成络合物，从而使乳化剂失去了乳化性能。b.碰撞击破界面膜机理。在加热或搅拌的条件下，由于破乳剂分子的热运动，破乳剂有许多的机会碰撞乳状液的界面6/10膜，或吸附在界面膜上，或部分替换原来的成膜物质，降低界面膜强度，使其稳定性大大降低，发生了絮凝、聚结而破乳。c.增溶机理。使用的破乳剂一个或少数几个分子即可形成胶束，这种高分子线团或胶束可增溶乳化剂分子，引起乳化原油破乳。d.褶皱变形机理。显微镜观察结果表明，W／O型乳状液具有双层或多层水圈，两层水圈之间是油圈。液滴在加热搅拌和破乳剂的作用下，液滴内部各层相互连通，使液滴发生凝聚而破乳。⑸化学破乳脱水工艺流程：如图，为化学破乳脱水——电脱水工艺流程图示。具体流程应根据原油乳状液性质和和现场具体情况设计，但必须有加注破乳剂的地点和供原油乳状液破乳后油水分离的容器。2）原油电脱水：⑴应用电脱水的必要性：许多原油，特别是重油、高黏原油，7/10当利用上述方法达不到商品原油含水率的标准时，常使用电脱水。电脱水常作为原油乳状液脱水工艺的最后环节在油田中得到广泛使用。⑵高压电脱水原理：原油乳状液借助高压电场的作用，使水薇滴聚结成大滴，再借油水密度差将水沉出，这就是电破乳过程。原油电脱水方法只适合处理含水率小于30％的油包水性原油乳状液，其原理就是将原油乳状液置于高压直流或交流电场中，由于电场对水滴的作用，使水滴发生变形和产生静电力。水滴变形可削弱乳化膜的机械强度，静电力可使水滴的运动速度增大，动能增加，促进水滴互相碰撞，而碰撞时其动能和静电力位能便能够克服乳化膜的障碍而彼此聚结成粒径较大的水滴，在原油中沉降分离出来。⑶水滴在电场中聚结方式：交流电场中，偶极聚结和震荡聚结为主；直流电场中，电泳聚结为主，偶极聚结为辅。电场性质直流电场交流电场聚结方式电泳聚结偶极聚结震荡聚结8/10简要描述根据异性电荷相吸引的原理，在直流电场中，水滴移向与其本身电荷电性相反的电极，此现象称为电泳。在高压直流或交流电场中，原油乳状液中的水滴受电场力的极化和静电感应，使水滴两端带上不同极性的电荷即形成诱导偶极。在工频交流电场中，电场方向每秒改变50次，水滴内各种正负离子不断地作周期性的往复运动，使水滴两端的电荷极性发生相应的变化。作用机理由于直流电场极性固定不变，油中带电荷的水滴大小不等、带电量不等，运动速度也不同，水滴会发生碰撞聚结。受电场作用，水滴变形，界面膜强度降低；多个水滴形成水链，相互吸引，碰撞合并成大水滴。离子的往复运动使水滴界面膜不断地受到冲击，使其机械强度降低甚至破裂，水滴相撞而聚结成大水滴，从原油中分离出来。区别得到的净化原油含水率低，但脱出水的含油率高。净化得到的原油含水率较直流电高。9/10我国油田常采用交、直流双电场脱水，即下层电极与壳体间构成正负幅值不等的交流电场，而两极间为直流脉冲电场。⑷原油电脱水要求达到的质量指标：i.脱水原油的水含量标准,按轻质原油、中质原油、重质原油分等级如下：轻质原油，中质原油的脱水原油，其含水量指标应小于或等于0.5％（质量）；重质原油的脱水原油，其含水量指标应小于或等于2.0％（质量）。ii.从脱水器脱出的污水，含油一般不大于0.5％，有条件时应力求降低。在脱水油站内经隔油措施或除油系统后输出污水处理站的污水，其含油量应不超过1000㎎/l。⑸电脱水器：脱水器结构图示：10/10工作过程：含水原油从底层电极下面和油水界面之间的进油喷头或喷管进入脱水器，自下而上经过全部电场空间。在高压电场作用下，水滴发生碰撞，合并，水滴从原油中相继分离出来后，沉降到脱水器底部。五.前景展望：国内的破乳单剂研制少，产品适应性差，质量不稳定，较好的破乳剂是复配破乳剂，所以开发新品种的原油破乳剂如非聚醚型、超高分子量型势在必行，这也是适应原油重质化、劣质化的要求所在。还要选用合适的脱水工艺流程，如密闭流程比开放流程要好，增加游离水脱除器，进行密闭改造。控制好电脱水器的油水界面，减少污油的回掺量等。总之，原油乳状液的脱除是一个旧但又新的话题，需要我们不断地去探索和解决。