原油脫水處理工藝技術(shù)措施及其運(yùn)用

蔣藝

(中海油能源發(fā)展裝備技術(shù)設(shè)計(jì)研發(fā)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(huán)，可以提高石油的質(zhì)量和市場(chǎng)價(jià)值。原油脫水是指從原油中去除水分的過(guò)程。在石油開(kāi)采和生產(chǎn)過(guò)程中，原油常常伴隨著水分存在。水分的存在不僅會(huì)影響原油的儲(chǔ)存和運(yùn)輸，還會(huì)對(duì)后續(xù)的煉油和加工過(guò)程產(chǎn)生負(fù)面影響。因此，通過(guò)脫水過(guò)程將原油中的水分去除是一項(xiàng)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(huì)降低原油的品質(zhì)，增加原油的黏度，并且有可能導(dǎo)致腐蝕、催化劑中毒等問(wèn)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(lái)實(shí)現(xiàn)油水分離。在沉淀過(guò)程中，加入破乳劑可以加速油水分離的速度。通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)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(xué)脫水技術(shù)也是一種有效的脫水方法。該技術(shù)利用外加電場(chǎng)的作用使水分子被電化學(xué)吸附至一定的電極上，從而實(shí)現(xiàn)脫水。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在50 V 的電場(chǎng)下，電化學(xué)法可以將含水量為3.5%的原油脫水至0.15%[1]。

但是，在進(jìn)行原油脫水處理時(shí)，也需要考慮其他因素的影響，例如：石油中的乳化劑狀態(tài)、石油與乳化劑的陳化、油品黏度和揮發(fā)性等。石油中的乳化劑狀態(tài)會(huì)影響脫水效果。例如，如果乳化劑呈現(xiàn)團(tuán)聚狀態(tài)，則會(huì)導(dǎo)致脫水效果降低。此外，石油的揮發(fā)性和含蠟含量也會(huì)影響脫水效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，高揮發(fā)性的石油更容易被脫水，而高含蠟含量的石油則需要更長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)完成脫水。因此，在進(jìn)行原油脫水處理時(shí)，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(shù)的研究和發(fā)展是石油加工中一個(gè)重要的領(lǐng)域。通過(guò)使用沉淀和電化學(xué)法等不同的脫水方法，可以有效去除石油中的水分和雜質(zhì)。同時(shí)，需要考慮石油中的乳化劑狀態(tài)、油品黏度、揮發(fā)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(guò)程

原油脫水是石油加工中的重要環(huán)節(jié)，可提高石油質(zhì)量和市場(chǎng)價(jià)值。根據(jù)操作方法的不同，原油脫水過(guò)程可分為開(kāi)放式和封閉式脫水過(guò)程。

開(kāi)放式脫水是指將原油暴露在大氣環(huán)境下進(jìn)行脫水的方法，適合于對(duì)含水較少的石油進(jìn)行加工的新型脫水機(jī)。它的基本結(jié)構(gòu)包括加熱爐、計(jì)量分離機(jī)、油氣分離機(jī)、緩沖罐、攪拌泵、污水池等組成。在脫水過(guò)程中，原油先被放入沉淀罐中，然后在破乳劑的作用下發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)，完成后混合液被放入加熱系統(tǒng)中加熱至一定溫度，然后通過(guò)計(jì)量分離器進(jìn)行分離，得到的原油再通過(guò)油氣分離器進(jìn)入緩沖罐進(jìn)行沉淀。廢水經(jīng)過(guò)回混法處理后再次參與沉淀分離，達(dá)標(biāo)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(wèn)題。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，開(kāi)放式脫水機(jī)可以將含水量為3%的原油脫水至0.2%。當(dāng)石油中的總含水量大于90% 時(shí)，采用開(kāi)放式脫水機(jī)會(huì)導(dǎo)致能源的浪費(fèi)和石油的低效脫水，而且污水回混會(huì)加劇原油的乳化和陳化。此時(shí)，應(yīng)采用更為高效的技術(shù)措施，如封閉式脫水過(guò)程。封閉式脫水過(guò)程主要包括蒸汽注入法、薄膜蒸發(fā)法和氣體吹掃法等技術(shù)。

封閉式脫水過(guò)程也稱為兩級(jí)脫水過(guò)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(jìn)入游離水脫除器，然后進(jìn)行除油分離，再進(jìn)入加熱裝置，當(dāng)溫度到達(dá)一定程度后，再進(jìn)入電脫水器，再進(jìn)行脫水。最終獲得的脫水原油再進(jìn)入緩沖油罐，再進(jìn)行外輸，得到的污水再進(jìn)入污水沉淀罐。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，封閉式脫水機(jī)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(kāi)放式脫水機(jī)。封閉式脫水機(jī)可以減少或防止石油中的揮發(fā)性組分喪失，并使其具有較低的黏度，從而促進(jìn)石油在脫水機(jī)內(nèi)的沉淀和分離，從而有效地提升了石油的脫水率。與開(kāi)放式脫水流程及設(shè)備設(shè)施相比，封閉性脫水流程及設(shè)施所占據(jù)的空間更小，原油在裝置中的滯留時(shí)間也更短，所以可以降低投資費(fèi)用，減少污水的回混量，同時(shí)也會(huì)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(wèn)題，提高原油的脫水品質(zhì)和脫水效率[2]。

3 石油生產(chǎn)中的脫水技術(shù)

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(jiǎn)單、易行和操作方便等特點(diǎn)。該工藝?yán)帽砻婊钚詣┧芤号c石油衍生產(chǎn)品混合，并通過(guò)噴射藥劑的化學(xué)作用，在不停攪動(dòng)的條件下實(shí)現(xiàn)水油相分離。在熱化脫水過(guò)程中，通過(guò)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(jìn)水油分離。此外，表面活性劑還能夠與機(jī)械雜質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使其在分離過(guò)程中被去除。在混合液形成后，通過(guò)不斷攪拌或噴射藥劑等方式進(jìn)行強(qiáng)制混合，使水分與原油充分接觸，加速水油分離過(guò)程。由于表面活性劑的存在，水分被分散成細(xì)小的水滴，并與原油形成乳狀液。隨著時(shí)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(duì)干凈的原油則上浮到上層。

熱化脫水工藝的優(yōu)點(diǎn)在于能夠在短時(shí)間內(nèi)快速去除石油中的水分，同時(shí)還能夠去除機(jī)械雜質(zhì)。該工藝操作簡(jiǎn)單，不需要復(fù)雜的設(shè)備，適用于各種規(guī)模的石油生產(chǎn)場(chǎng)地。然而，需要注意的是，熱化脫水工藝對(duì)于不同種類的原油和水質(zhì)可能存在一定的適應(yīng)性差異，因此在實(shí)際應(yīng)用中需要根據(jù)具體情況進(jìn)行工藝參數(shù)的調(diào)整和優(yōu)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(shí)，應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)鼐唧w情況進(jìn)行選擇。例如，在實(shí)驗(yàn)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(jìn)行熱化脫水處理后，需要對(duì)混合液進(jìn)行排水處理。排水技術(shù)應(yīng)根據(jù)具體情況進(jìn)行選擇，常用的技術(shù)包括重力沉淀、沉淀過(guò)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(shù)，通過(guò)讓處理后的混合液緩慢流向緩沖區(qū)，再進(jìn)入原油和濕度緩沖容器，從而讓其重力沉淀出機(jī)械雜質(zhì)。研究表明，在重力沉淀技術(shù)的作用下，可以將石油中的機(jī)械雜質(zhì)去除率提高至95%以上。總之，熱化脫水工藝是一種簡(jiǎn)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(shù)時(shí)，應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)鼐唧w情況進(jìn)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(shù)中，不同類型的電極會(huì)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(duì)油水界面變化的適應(yīng)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(jié)構(gòu)較復(fù)雜，裝置失效率較高。鼠籠型電極采用環(huán)狀電極，解決了磁場(chǎng)盲區(qū)問(wèn)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(chǎng)能夠在含水比較低的地方形成一個(gè)很強(qiáng)的磁場(chǎng)，而在含水比較多的地方則是一個(gè)很弱的磁場(chǎng)。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(duì)原材料的流動(dòng)形態(tài)進(jìn)行優(yōu)化。

電解脫鹽技術(shù)的關(guān)鍵參數(shù)包括電流密度、電極間距、鹽水濃度、溫度等。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)石油中鹽含量和電解脫鹽設(shè)備的具體情況進(jìn)行調(diào)整。研究表明，采用適當(dāng)?shù)碾娏髅芏群碗姌O間距，能夠有效地提高脫鹽效率。同時(shí)，在電脫鹽槽中加入適量的酸、堿、絡(luò)合劑等物質(zhì)，可以進(jìn)一步提高脫鹽效率。此外，電解脫鹽技術(shù)還可以與其他脫鹽技術(shù)相結(jié)合，如與反滲透技術(shù)相結(jié)合，能夠有效降低鹽分，提高石油品質(zhì)。

3.3 化學(xué)脫水法

化學(xué)脫水法是一種基于化學(xué)原理的高效脫水方法，其優(yōu)點(diǎn)在于能夠改變油水接觸狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)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(jìn)而實(shí)現(xiàn)油水分離。在化學(xué)脫水過(guò)程中，選擇適當(dāng)?shù)钠迫閯┓浅Ｖ匾?，因?yàn)槠迫閯┑钠焚|(zhì)和性質(zhì)對(duì)脫水效果有很大影響。因此在破乳劑的選擇上應(yīng)注意其pH 值、表面活性、聚合性能、電荷及濕潤(rùn)性能等方面的要求。

在實(shí)際應(yīng)用中，化學(xué)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(huán)氧樹(shù)脂為原料，在水相中不會(huì)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(yōu)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(yōu)越?；瘜W(xué)脫水法的優(yōu)點(diǎn)在于具有高效、環(huán)保、易操作等特點(diǎn)，因此在實(shí)際工業(yè)應(yīng)用中廣泛應(yīng)用。同時(shí)，其也存在著一些缺點(diǎn)，如破乳劑的成本較高、處理后的廢水難以處理等問(wèn)題。因此在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)具體情況選擇合適的脫水方法。

3.4 脈動(dòng)電解工藝

電場(chǎng)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(chǎng)中，液滴會(huì)受到極化作用，從而發(fā)生運(yùn)動(dòng)和振動(dòng)，實(shí)現(xiàn)液滴的分離和脫水。脈沖放電器則采用高功率脈沖驅(qū)動(dòng)，能夠形成高電壓、高頻率的單側(cè)空間磁場(chǎng)，從而實(shí)現(xiàn)更高效的靜電脫水效果。

本工藝還針對(duì)當(dāng)前我國(guó)采用的靜電法存在的問(wèn)題提出了一種適用于30 kW 中頻脈沖變頻系統(tǒng)的多頻多壓調(diào)整方案，以提高靜電法的脫水效率。該方案可以實(shí)現(xiàn)更高的電場(chǎng)強(qiáng)度和頻率，從而更有效地去除石油和污水中的水分和雜質(zhì)。同時(shí)，該方案可以根據(jù)不同的原料和工藝要求進(jìn)行靈活調(diào)整，以適應(yīng)不同的工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景。據(jù)統(tǒng)計(jì)，采用電場(chǎng)脫水工藝可以將原油和污水中的水分和雜質(zhì)去除達(dá)到70% 以上，大大提高了產(chǎn)品的質(zhì)量和附加值。此外，該工藝還具有節(jié)能、環(huán)保、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

4 原油處理中脫水工藝的優(yōu)化

4.1 微波輻射脫水法

微波技術(shù)作為一種新興的脫水方法，其應(yīng)用前景廣闊。實(shí)驗(yàn)證明，微波輻射技術(shù)可顯著提高石油脫水的速度和效率，且具有高效、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。在實(shí)際應(yīng)用中，微波輻射技術(shù)可以應(yīng)用于原油、污水等領(lǐng)域，且可以與其他脫水技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)多種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)互補(bǔ)。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(jìn)油水分離，從而提高石油的脫水效率。同時(shí)，微波對(duì)油水界面膜電勢(shì)的破壞也能夠產(chǎn)生一定的破乳效果，進(jìn)一步提高石油脫水的效率。在微波輻射技術(shù)中，研究微波加熱的參數(shù)對(duì)石油脫水效果的影響也十分重要。微波加熱功率、頻率、時(shí)間等參數(shù)的優(yōu)化可以有效地提高石油脫水的效率和質(zhì)量。另外，微波輻射技術(shù)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(shí)際應(yīng)用中對(duì)微波加熱的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)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(shù)，利用生物破乳劑對(duì)石油乳液進(jìn)行處理，通過(guò)微生物的代謝產(chǎn)物或微生物本身將表面活性劑消耗掉，從而實(shí)現(xiàn)破乳的效果。生物破乳劑具有環(huán)境保護(hù)作用強(qiáng)、脫水速度快和工藝新穎等特點(diǎn)，逐漸成為備受關(guān)注的石油脫水技術(shù)。生物方法的原理是利用特定的微生物菌株，通過(guò)其代謝產(chǎn)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(wú)毒或低毒的物質(zhì)，從而消耗掉表面活性劑，破壞乳液結(jié)構(gòu)，促進(jìn)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(guān)鍵因素之一。目前研究表明，一些微生物在代謝時(shí)會(huì)分泌出含有天然的表面活性劑的代謝產(chǎn)物，這些代謝產(chǎn)物可以有效地破乳石油乳液。同時(shí)，破乳劑本身的活性也是重要的因素，其可以通過(guò)細(xì)胞內(nèi)的反應(yīng)性官能團(tuán)實(shí)現(xiàn)對(duì)不連續(xù)相的浸潤(rùn)，從而達(dá)到更高的破乳效果。

生物方法具有許多優(yōu)點(diǎn)，例如：具有環(huán)境保護(hù)作用強(qiáng)、對(duì)設(shè)備的腐蝕小、脫水速度快、運(yùn)輸費(fèi)用低廉等。其中，脫水速度是生物方法的一個(gè)顯著優(yōu)勢(shì)。據(jù)研究表明，采用生物破乳劑處理石油乳液的脫水效率可達(dá)到90% 以上，且脫水效果比傳統(tǒng)的物理和化學(xué)方法更好。此外，生物方法還具有適用范圍廣的特點(diǎn)，適用于不同種類的石油，如原油、石油污泥等。

4.3 科學(xué)篩選破乳劑

在石油開(kāi)發(fā)過(guò)程中，石油的脫水技術(shù)是一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，而尋找具有良好抗氧化能力的破乳劑是當(dāng)前國(guó)內(nèi)各大石油公司尤其是新疆地區(qū)石油公司面臨的一個(gè)難題。由于化學(xué)脫水需要高溫條件，因此需要在低溫下進(jìn)行破乳。在對(duì)油田進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，選擇不同的溫度和破乳劑進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)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(jìn)行破乳時(shí)需要從脫水速率、變化能力等方面進(jìn)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(huì)體現(xiàn)出脫水的結(jié)果，因此需要建立完整的破乳劑使用體系，并且根據(jù)來(lái)液狀況進(jìn)行劑量的追蹤，避免因?yàn)槿魏巫兓我饨档蛣┝炕蚣尤氩缓侠淼膭┝俊＿@些措施可以提高破乳效果，保證石油開(kāi)發(fā)的順利進(jìn)行。

4.4 脫水處理流程優(yōu)化

針對(duì)石油脫水工藝流程進(jìn)行優(yōu)化的過(guò)程中，需要對(duì)工藝流程的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行詳細(xì)分析和改進(jìn)，以達(dá)到更高的脫水效果和節(jié)約成本的目的。

在預(yù)分離和干燥環(huán)節(jié)，可以考慮采用新型的干燥技術(shù)，如微波輻射干燥技術(shù)。研究表明，在微波輻射下，原油的脫水效果更好，同時(shí)能夠顯著提高干燥速度，減少干燥時(shí)間。例如，以微波輻射干燥技術(shù)為基礎(chǔ)的石油脫水系統(tǒng)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(duì)于三相分離機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以考慮采用新型的破乳劑，并在適當(dāng)?shù)臏囟群推迫閯舛认逻M(jìn)行操作。研究表明，采用新型的破乳劑和適當(dāng)?shù)墓に噮?shù)能夠顯著提高三相分離機(jī)的分離效果。例如，對(duì)于一種基于化學(xué)脫水和超聲波技術(shù)的新型破乳劑，當(dāng)破乳劑濃度為500 mg/L，溫度為40 ℃時(shí)，其脫水效果可達(dá)到99.8%以上。

在對(duì)干燥工藝進(jìn)行改進(jìn)時(shí)，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(shù)。研究表明，采用這些新型干燥技術(shù)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(shí)間降低至數(shù)小時(shí)，同時(shí)干燥效果也能夠得到明顯提高。

4.5 冬季生產(chǎn)工藝優(yōu)化

石油干燥工藝的優(yōu)化是一個(gè)持續(xù)不斷的過(guò)程，需要綜合考慮各種因素。在實(shí)際應(yīng)用中，通常會(huì)采用電化干燥、二次加熱沉淀等技術(shù)來(lái)提高干燥的效率和質(zhì)量。在干燥過(guò)程中，干燥溫度是一個(gè)重要的參數(shù)，需要根據(jù)具體的情況進(jìn)行調(diào)整，以保證產(chǎn)品的質(zhì)量和干燥效率。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在新疆地區(qū)，冬季平均氣溫為-10 ℃左右，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)3～4 個(gè)月，這給石油干燥帶來(lái)了很大的挑戰(zhàn)。為了解決這個(gè)問(wèn)題，可以采用微量加熱法，通過(guò)加熱方式提高干燥溫度，同時(shí)還需要對(duì)水溫進(jìn)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(jù)實(shí)際情況來(lái)確定干燥時(shí)間和破乳劑的使用量等參數(shù)，以保證干燥效果和產(chǎn)品質(zhì)量。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，原油脫水是一項(xiàng)非常重要的工藝，對(duì)于環(huán)境保護(hù)和資源利用具有重要意義?，F(xiàn)代技術(shù)的不斷發(fā)展和創(chuàng)新，為原油脫水提供了更加高效、環(huán)保、可靠的解決方案。本文介紹了幾種常見(jiàn)的脫水工藝，包括機(jī)械式脫水、熱化學(xué)脫水、電解脫水、化學(xué)脫水等，并對(duì)各種工藝的原理、流程、優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)分析。可以看到，每種脫水工藝都有其適用范圍和特點(diǎn)，具體應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇和應(yīng)用。同時(shí)，我們也需要注意脫水工藝的安全性和環(huán)保性，合理選擇工藝和設(shè)備，并遵守相關(guān)法律法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)，才能夠達(dá)到良好的脫水效果和環(huán)境保護(hù)目的。