第一章-原油电脱盐

西南石油大学2020/4/25石油化工过程系统概论1Foreword西南石油大学2020/4/25石油化工过程系统概论2theoilandthenaturalgas(therawmaterials)Petroleumproduct(oilproduct)oilrefininggasolinekerosenediesellubricationoilliquefiedpetroleumgaspetroleumcokeparaffinwaxasphaltfueloilethylene,propylene,butadiene,benzene,toluene,xyleneorganicchemicalrawmaterials(approximately200kinds)syntheticmaterialsplasticssyntheticfiberssyntheticrubbersThefirststepPyrolysis（热解）Thesecondstep(petrochemicalproducts)石蜡沥青乙烯丙烯丁二烯苯甲苯二甲苯塑料合成纤维合成橡胶西南石油大学2020/4/25石油化工过程系统概论3第一篇炼油系统的装置与设备西南石油大学2020/4/25石油化工过程系统概论4TheinstallmentandequipmentoftherefinerysystemcrudeoilelectricaldesaltingAtmosphericandVacuumDistillationUnitCatalyticcrackingunitDelayedcokingunitCatalyticReformingUnithydrogenplantHydrogenCrackingUnitHydrogenRefiningUnitDesulphurizationUnitSulfurRecoveryUnit西南石油大学2020/4/25石油化工过程系统概论5第一章原油电脱盐Crudeoilelectricaldesalting西南石油大学2020/4/25石油化工过程系统概论6§1.1Themainuseandtechnicalprocessofelectricaldesalting西南石油大学2020/4/25石油化工过程系统概论7原油电脱盐是石油加工的第一道工序。MainpurposegetridofAlkalimetals（碱金属）andHeavymetalsAntisepsis（防腐）getridofwater,InorganicsaltandOrganicSoursalt（有机酸盐）getridofMire（泥）andotherimpurity（杂质）西南石油大学2020/4/25石油化工过程系统概论8原油含盐含水的危害原油含盐含水对原油储运、加工、产品质量及设备等均造成很大危害，主要为：（1）增加设备的负荷，增加动力、热能和冷却水等的消耗。例如一座年处理量为250万吨的常减压蒸馏装置，如果原油含水量增加1%，热能耗将增加约7000MJ/h。（2）影响常减压蒸馏的正常操作。含水过多的原油，水分气化，气相体积大增，造成蒸馏塔内气速过大，易引起冲塔等操作事故。西南石油大学2020/4/25石油化工过程系统概论9（3）原油中的盐类，随着水分蒸发，盐分在换热器和加热炉管壁上形成盐垢，降低传热效率，增大流动阻力，严重时导至堵塞管路，烧穿管壁、造成事故。（4）腐蚀设备，缩短开工周期。CaCl2+2H2O→Ca(OH)2+2HClMgCl2+2H2O→Mg(OH)2+2HCl加工含硫原油时，会产生H2S腐蚀设备。（5）盐类中的金属进入重馏分油或渣油中，毒害催化剂、影响二次加工原料质量及产品质量。西南石油大学2020/4/25石油化工过程系统概论10原油从地层开采出来后先经过油田的脱水装置处理，要求将含水量降到0.5%，含盐量降至50mg/l。但由于油田脱盐脱水设施不完善或原油输送中混入水分，进入炼油厂的原油仍含有不等量的盐和水分。因此原油进入炼油厂后，必须先进行脱盐脱水，使含水量达到0.1%～0.2%，含盐量5mg/l。对于有渣油加氢或重油催化裂化过程的炼油厂，要求原油深度脱盐，即原油含盐量3mg/l或含钠量1mg/l。西南石油大学2020/4/25石油化工过程系统概论11二、原油电脱盐的工序原油电脱盐的工序包括：(1)脱盐前水洗。用于除去原油中溶于水的酸（Sour）、碱（alkali）、盐(salt)等无机物。(2)沉淀(Precipitation)。某些不溶于水的杂质，可以吸附在固体颗粒表面或聚集在水滴表面，随固体物或水滴一起沉淀，与油分离。(3)破乳（Demulsification）。通过向原油中加入破乳剂，使水和杂质更有效的分离。西南石油大学2020/4/25石油化工过程系统概论12油中表面活性物质（如环烷酸、胶质、沥青质等）分散在水滴的表面，使水滴稳定地分散在油中，从而阻止了水滴的聚集。因此，脱水的关键是破坏乳化剂的作用，使油水不能形成乳化液，细小的水滴就可以相互聚集成大的颗粒、沉降，最终达到油水分离的目的。原油中的盐类大部分是溶于所含的水中，所以，脱盐脱水是同时进行的。破乳原理西南石油大学2020/4/25石油化工过程系统概论13三、破乳的方法：1.化学破乳法：针对乳状液的性质，加入相应的化学破乳剂，可将稳定的乳状液转化为不稳定的状态，从而达到脱盐脱水的目的。2.电破乳法：加适当的破乳剂和高压电场联合作用的方法。西南石油大学2020/4/25石油化工过程系统概论14四、原油电脱盐的工艺流程西南石油大学2020/4/25石油化工过程系统概论15思考：在电脱盐过程中，注水的目的是什么？西南石油大学2020/4/25石油化工过程系统概论16二级电脱盐流程框图西南石油大学2020/4/25石油化工过程系统概论17ThemainprocedureofCrudeoilelectricaldesaltingThemainproceduretheadditionofwashingwaterthepreheatingofcrudeoilMixingtheadditionofdemulsifierdrainageDesalination西南石油大学2020/4/25石油化工过程系统概论18technicalprocessofCrudeoilelectricaldesalting脱盐前原油注破乳剂注水一级混合阀过滤脱盐罐一级脱盐沉降罐一级脱盐排水电脱盐罐二级脱盐排水二级混合阀脱盐沉降罐三级脱盐排水脱后原油脱盐排水注破乳剂注水西南石油大学2020/4/25石油化工过程系统概论19第二节原油电脱盐的工作原理一、原油电脱盐的工作原理：在高压交流电场内，原油中的微小水滴受到电场极化作用聚集成大水滴，在油水密度差的作用，水滴在油中沉降分离，原油中的盐溶解于水，随水脱除。沉降到下部水中的固体杂质也随水排出或沉积在罐底部。西南石油大学2020/4/25石油化工过程系统概论20二、水微滴间的聚结力F两个球形水微滴之间的聚结力F可用下式计算F＝6RE2r2(r／d)4(N)式中R——油的介电常数，F／m；E——电场强度，V／m；r——水滴半径，m；d——水滴间的中心距离，m从上式可以看出，聚集力F同r2成正比。若r由0.25µm增大到2.5mm，聚结力F将增大108倍。因而在电场中一旦发生聚结后，随着水滴直径的不断变大，水滴间的聚结力也越来越大。西南石油大学2020/4/25石油化工过程系统概论21西南石油大学2020/4/25石油化工过程系统概论22F＝6RE2r2(r／d)4(N)F与(r/d)4成正比，而(r/d)值取决于原油含水率的大小。若原油含水率趋于零，(r/d)和F也趋于零。这说明原油含水率很低时，偶极聚结脱水效果变差。一般认为，原油含水率小于0.1%时，d将是水滴直径的8倍以上，聚结将不起作用。电场强度E越大，F越大。但提高E有一定限度。当E等于或大于电场临界分散强度时，水滴受电分散作用，使已聚集的较大水滴又开始分散。国外文献介绍水滴的电场临界梯度为4．70kV/cm。工业上实际采用的电场梯度远低于电场临界强度。我国现时各炼油厂采用的实际强电场梯度为500~1000V/cm,弱电场梯度为150~300V/cm。西南石油大学2020/4/25石油化工过程系统概论23三、水滴在原油中的沉降速度VK按照斯托克斯定律，水滴在原油中的沉降速度VK可用下式近似计算：VK=K[g·(ρw-ρ0)·D2]/μ0式中VK——静止油中水滴的沉降速度，m／s；K——常数；G——重力加速度，m／s2ρw——水的密度，kg／m3；ρ0——油的密度，kg／m3；D——水滴的直径，m；μ0——油的粘度系数，Pa·s。西南石油大学2020/4/25石油化工过程系统概论24VK=K[g·(ρw-ρ0)·D2]/μ0由上式可见，增大两相间的密度差，减小原油粘度，均可增加沉降速度。通过加热，可以降低原油粘度，促进水滴聚结，增大水滴直径；同时随温度升高，而水的密度ρW下降的幅度比原油密度ρ0变化小，即ρW-ρ0增大，因此加热原油有利于油水分离，此即为常用的加热沉降脱水法。加热沉降脱水时，温度不能过高，否则原油中轻组分和水会气化，脱盐罐需采用很高压力才能正常操作，因此一般加热温度为100~120℃左右，重油脱盐可选用125~148℃。西南石油大学2020/4/25石油化工过程系统概论25VK=K[g·(ρw-ρ0)·D2]/μ0这些因素中，沉降速度与水滴直径的平方成正比，所以增大水滴直径可以大大加快沉降速度，在原油脱盐脱水过程中，关键的是促进水滴聚结，增大水滴直径。在电脱盐罐中水滴的下降与原油的上升运动是同时进行的，当水滴直径小到使其下降速度小于原油上升速度时，水滴就不能下沉，而随油上浮，达不到沉降分离的目的。西南石油大学2020/4/25石油化工过程系统概论26四、电脱盐的电耗电脱盐的电耗可用下式近似计算：ΔP=∑10-3GiriEi2式中ΔP——每吨原油耗电量，W·s；Gi——原油乳化液在不同电场中的等值电导，S；ri——不同电场中原油的停留时间，s；Ei——各个电场的电场强度，V／m；i——电场个数，包括强电场和弱电场。西南石油大学2020/4/25石油化工过程系统概论27五、最大水滴直径及最大临界电场强度超过某一临界电场强度后，水滴被分散成小滴。最大水滴直径dmax及最大临界电场强度Emax为：dmax＝C/E·σ(m)Emax≤K(σ/r)y(V／m)式中K、C、Y均为常数；σ——油水界面张力，N；r——水滴半径，m；E——电场强度，V／m西南石油大学2020/4/25石油化工过程系统概论28§1.3TheProcessingParameterinfluencingtheCrudeOilElectricalDesalting西南石油大学2020/4/25石油化工过程系统概论291.TheprocessingcapacityofthecrudeoilTheprocessingcapacityofthecrudeoildeterminestheproductioncapacityperunitoftheelectricaldesaltingtank.Iftheprocessingcapacityexceedsthedesigningability,thedehydrationratewillbereducedduringthedesaltingprocess.Thedesigningabilityisdeterminedthestructuraltypeofthetank,thequalityoftheprocessedcrudeoilandthedesaltingtemperature.西南石油大学2020/4/25石油化工过程系统概论302.theinjectioncapacityofthewashingwaterThesuitablewatercont