郭 亮,唐應(yīng)彪,崔新安 ,廖克儉,王洪國(guó)

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煉廠污油靜電聚結(jié)脫水研究

郭 亮1,2,唐應(yīng)彪2,崔新安2,廖克儉1,王洪國(guó)1

（1. 遼寧石油化工大學(xué) 石油化工學(xué)院，遼寧 撫順 113001； 2. 中石化煉化工程技術(shù)研發(fā)中心，河南 洛陽(yáng) 471003）

針對(duì)目前煉油廠污油乳化嚴(yán)重、高含水、高含鹽、性質(zhì)復(fù)雜難處理的特點(diǎn)，在現(xiàn)有的靜電聚結(jié)理論研究基礎(chǔ)之上，采用絕緣復(fù)合電極裝置，開展靜電聚結(jié)污油脫水研究。通過靜電聚結(jié)脫水試驗(yàn)考察了絕緣電極桿長(zhǎng)度、電壓、停留時(shí)間、溫度、注水量等因素對(duì)污油脫水效率的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明，對(duì)某煉廠含水率為15.36%的污油，進(jìn)行一級(jí)電脫分離，即可滿足污油脫后含水率小于0.5%的回?zé)捴笜?biāo)，脫水效率可達(dá)97%以上。關(guān) 鍵 詞：污油脫水; 高含水; 靜電聚結(jié); 復(fù)合電極

隨著國(guó)內(nèi)大部分油田進(jìn)入開采后期，開采出的原油呈現(xiàn)重質(zhì)化、劣質(zhì)化趨勢(shì)，以及三次采油技術(shù)的推廣，大量的注水和化學(xué)驅(qū)技術(shù)，導(dǎo)致采出液的成分越來(lái)越復(fù)雜，穩(wěn)定性也越來(lái)越高[1]。由于煉油廠加工工藝有限，原油罐、電脫鹽裝置、重油罐底部等裝置將隨著原料油的劣質(zhì)化而產(chǎn)生越來(lái)越多的污油。這些污油含有大量的瀝青質(zhì)、膠質(zhì)、石油酸、表面活性劑、微小固體顆粒、有機(jī)堿性物質(zhì)等乳化劑。這些乳化劑吸附在分散相液滴的表面，構(gòu)成一層穩(wěn)定的界面膜，延緩了分散相液滴之間的合并，降低破乳速率，增大污油處理的難度[2]。

污油在常溫下以W/O或（W/O）/W型多重乳狀液狀態(tài)存在，內(nèi)含大量電解質(zhì)，且含水率一般大于10%[3]。這樣傳統(tǒng)電脫鹽裝置內(nèi)的裸電極在處理污油過程中容易導(dǎo)致電脫水器產(chǎn)生火花、電流過高甚至短路，導(dǎo)致電場(chǎng)崩潰，污油的處理已成為煉油廠亟待解決的問題。污油處理的難點(diǎn)在于破乳脫水，基于國(guó)外研究人員對(duì)油水分離的新形勢(shì)，提出的靜電聚結(jié)脫水理念[4,5]的基礎(chǔ)，采用改性Teflon復(fù)合電極與交流電場(chǎng)，考察了煉廠污油的靜電聚結(jié)脫水情況，以及靜電聚結(jié)各個(gè)工藝參數(shù)對(duì)脫水效率的影響。

1 試驗(yàn)部分

1.1 原料性質(zhì)與試驗(yàn)設(shè)備

試驗(yàn)原料為荊門煉廠污油，性質(zhì)見表1。

表1 荊門污油的主要性質(zhì)

試驗(yàn)用到的設(shè)備主要有：YS-5電脫鹽試驗(yàn)儀、2671型萬(wàn)能擊穿試驗(yàn)裝置、SYP型智能玻璃恒溫水浴、具塞量筒、水分分析儀、電子計(jì)價(jià)秤、庫(kù)倫鹽含量分析儀、尼康TS100顯微系統(tǒng)等。

1.2 絕緣電極桿制備

選用聚四氟乙烯做為絕緣電極材料，底端采用高溫環(huán)氧樹脂固化劑與玻璃珠進(jìn)行密封，將厚度為0.2mm的聚四氟乙烯絕緣層套在金屬桿上，采用熱縮工藝，制備不同長(zhǎng)度電極桿以備使用。絕緣電極桿及電脫鹽罐裝置模型如下圖1、2所示。

圖1 絕緣電極桿

圖2 電脫鹽罐裝置模型

1.3 分析方法

污油含水率按GB/T8929-2006《原油水含量的測(cè)定蒸餾法》測(cè)量。

污油脫水效率用表示，其中:

式中1、2分別為靜電聚結(jié)脫水前后污油含水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%

2 靜電聚結(jié)工藝參數(shù)優(yōu)化

2.1 電極桿長(zhǎng)度對(duì)電脫水效果影響

試驗(yàn)條件：取70 g污油于電脫鹽罐，注水12%（8.4 g），施加電壓3 000 V，溫度120 ℃，混合強(qiáng)度為手工振蕩200下，停留時(shí)間30 min，采用不同長(zhǎng)度的絕緣電極桿進(jìn)行靜電聚結(jié)污油脫水試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 電極桿長(zhǎng)度對(duì)靜電聚結(jié)脫水效果的影響

從表2可以看出：電極桿長(zhǎng)度的減小，即電極桿底端與理論水層間距的增加，有助于污油的脫水，但是當(dāng)電極桿長(zhǎng)度減小至(L-30)mm時(shí)，脫水效率降低，污油處理效果變差。電極桿長(zhǎng)度的選擇在整個(gè)電脫過程中是非常關(guān)鍵的。電極桿如果過長(zhǎng)，隨著水位線的提高，電極桿底部會(huì)被水層包裹，將使整個(gè)電極桿失去靜電感應(yīng)作用，大大降低了脫水率。電極桿如若太短，將會(huì)使電場(chǎng)覆蓋的范圍縮小，相應(yīng)的場(chǎng)強(qiáng)也會(huì)降低，同樣會(huì)使脫水率降低。因此，電極桿底端到理論水乳交界處的最佳空間余量的范圍在0.4~0.6之間（為電脫鹽罐的內(nèi)徑）。

2.2 電壓對(duì)污油靜電聚結(jié)脫水效果的影響

試驗(yàn)條件：取70 g污油于電脫鹽罐，注水12%（8.4 g），溫度120 ℃，混合強(qiáng)度為手工振蕩200下，停留時(shí)間30 min，絕緣電極桿長(zhǎng)度為(L-20)mm。每次試驗(yàn)改變電壓，考察不同電壓對(duì)污油脫水效果的影響，試驗(yàn)結(jié)果見圖3。

圖3 電壓與污油脫水效果

Fig.3 Voltage and dehydration efficiency

從圖3可以看出：當(dāng)電壓在1 000~3 500 V時(shí)，隨著電壓的增加，污油脫后含鹽量和含水率均減小。根據(jù)兩個(gè)相鄰水珠間聚結(jié)力公式:

得知電壓升高，電場(chǎng)強(qiáng)度增大，水滴聚結(jié)力增大，粒徑較大水滴迅速聚結(jié)，水滴聚結(jié)量和聚結(jié)速度增加，脫水效率提高；當(dāng)電壓在3 500~4 500 V時(shí)，隨著電壓的繼續(xù)升高，污油脫后含水率降低趨勢(shì)較為平緩，這充分說明，電場(chǎng)強(qiáng)度增大到一定程度，大粒徑水滴聚結(jié)完畢，剩余的小粒徑水滴較難聚結(jié)，這時(shí)水滴粒徑對(duì)靜電聚結(jié)力起著決定性影響，繼續(xù)增大電場(chǎng)強(qiáng)度效果甚微。當(dāng)交流電壓大于4 500 V后，出現(xiàn)了脫后污油含水量增大的現(xiàn)象，電極屢屢出現(xiàn)絕緣層被擊穿的情況。

2.3 停留時(shí)間對(duì)污油脫水效果的影響

試驗(yàn)條件：取70 g污油于電脫鹽罐，注水12%（8.4 g），施加電壓3500 V，溫度120 ℃，混合強(qiáng)度為手工振蕩200下，絕緣電極桿長(zhǎng)度為(L-20)mm。每次試驗(yàn)改變加電時(shí)間，考察不同停留時(shí)間對(duì)污油脫水效果的影響，試驗(yàn)結(jié)果見圖4。

圖4 停留時(shí)間與污油脫水效果

從圖4來(lái)看：隨著停留時(shí)間的延長(zhǎng)，污油的脫后含水率明顯下降，脫水率顯著提高，當(dāng)停留時(shí)間為30min時(shí)，脫后含水降低至0.4%以內(nèi)，脫水效率達(dá)到97.4%。停留時(shí)間在30 min以上，乳化液的脫后含水率減小幅度變化緩慢，說明停留時(shí)間30 min靜電聚結(jié)效果已達(dá)到最佳。

2.4 溫度對(duì)污油靜電聚結(jié)處理效果的影響

試驗(yàn)條件：取70 g污油于電脫鹽罐，注水12%（8.4 g），施加電壓3 500 V，混合強(qiáng)度為手工振蕩200下，停留時(shí)間30 min，絕緣電極桿長(zhǎng)度為(L-20)mm。每次試驗(yàn)改變溫度，考察不同溫度對(duì)污油脫水效果的影響，試驗(yàn)結(jié)果見圖5。

圖5 溫度與污油脫水效率

圖5可以看出：隨著溫度的升高，污油脫后含水量在80 ℃前下降很快，因?yàn)闇囟壬?，油水乳化液的黏度下降，分子間熱運(yùn)動(dòng)速度加快，污油中水滴碰撞機(jī)會(huì)增多，聚結(jié)沉降速度加快；同時(shí)溫度升高，增大了油水密度差，從而導(dǎo)致水沉降速度增加。當(dāng)溫度升高到120 ℃以上后，污油脫后含含水量下降的趨勢(shì)變緩，且升高溫度會(huì)增加能耗。

2.5 注水量對(duì)污油靜電聚結(jié)處理效果的影響

試驗(yàn)條件：取70 g污油于電脫鹽罐，施加電壓3 500 V，溫度120 ℃，混合強(qiáng)度為手工振蕩200下，停留時(shí)間30 min，絕緣電極桿長(zhǎng)度為(L-20)mm。每次試驗(yàn)改變注水量，考察不同注水量對(duì)污油脫水效果的影響，試驗(yàn)結(jié)果見圖6。

圖6 注水量與污油脫水效率

從圖6可以看出：注水量從6%增加到12%時(shí)，污油脫后含水變化趨勢(shì)不明顯。但隨著注水的提高，脫鹽、脫雜質(zhì)效果提升明顯。當(dāng)注水量超過12%后，殘留在脫后污油中的水分相應(yīng)增加。

3 結(jié) 論

（1）靜電聚結(jié)污油脫水試驗(yàn)結(jié)果表明，污油脫水率隨著電脫鹽罐裝置內(nèi)的溫度升高、電壓增大和停留時(shí)間的延長(zhǎng)而提高，其中絕緣電極桿長(zhǎng)度對(duì)脫水效率影響最大。在溫度120 ℃,電壓3 500 V，停留時(shí)間為30 min的條件下，經(jīng)過一級(jí)脫水，脫水率可達(dá)97%以上，脫后含水小于0.5%。

（2）采用改性Teflon復(fù)合電極污油脫水工藝裝置，試驗(yàn)過程中電極未發(fā)生電擊穿現(xiàn)象，裝置運(yùn)行平穩(wěn)，能夠適應(yīng)污油高含水、含鹽，乳化嚴(yán)重等特點(diǎn)，具有非常廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn):

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［4］ John S. Eowa. Electrostatic enhancement of coalescence of water droplets in oil: a review of the current understanding[J]. 2001, 84:173–192.

［5］ S E Taylor. Theory and practice of electrically enhanced phase separation of water-in-oil emulsions[J]. Trans. IChemE,1996, 74 (A):526–540.

Research on Refinery Waste Oil Dehydration by Electrostatic Coalescence

1,2,2,2,1,1

(1. School of Petrochemical Engineering,Liaoning Shihua University ,Liaoning Fushun 113001, China;2. SEG R&D Center of Engineering Technology,Henan Luoyang 471003, China)

Aiming at the refinery waste oil characteristics including serious emulsion, high water content, high salt content and complex nature, based on the current electrostatic coalescence theory, insulation composite electrode device was used to carry out the research of electrostatic coalescence dehydration of refinery waste oil. Effect of insulated electrode rod length, voltage, residence time, temperature, water injection and other factors on the electrostatic coalescence dehydration efficiency was investigated by electrostatic coalescence dehydration experiment. Experimental results show that, after refinery waste oil with water content of 15.36% is dehydrated with first level electric separation, its water content can meet the index that the moisture content is less than 0.5% ,and the dewatering efficiency is up to 97%.

waste oil dehydration; high water cut; electrostatic coalesce; composite electrode

TE 624

A

1671-0460（2016）09-2060-03

2016-03-29

郭亮（1989-），男，河南省周口市人，在讀研究生，遼寧石油化工大學(xué)化學(xué)工藝專業(yè)。E-mail：258190765@qq.com。

王洪國(guó)(1971-)，男，博士，副教授。