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超声波强化原油、污油破乳脱水技术

一、技术原理和应用对象原油中都含有不同数量的氯化物（氯化镁、氯化钙、氯化钠等）、含硫化合物〔硫醇、硫醚、硫化氢、噻酚等〕、含氧化合物（环烷酸、脂肪酸、酚类等）和杂质（金属、灰分等），为避免原油加工过程催化剂中毒、减少设备腐蚀、避免堵塞管路，提高石油产品质量，必须在原油蒸馏前进行脱酸、脱水与脱盐处理。在原油蒸馏过程中，我国常采用一脱四注工艺防腐，指的是脱盐、注碱、注氨、注水、注缓蚀剂。脱盐是一脱四注工艺防腐的基础。由于原油所含的盐类溶解在原油的水中，原油脱盐实际上和脱、表面活性物质、环烷酸等天然乳化剂，它们使原油极易形成乳化液，给原油除原油中的水分紧密相关。另外原油中含有固体物、胶质、沥青质、某些盐类脱水造成困难，故要使原油脱盐、脱水，首先应使原油乳化液破乳。原油破乳通常可采用物理破乳、化学破乳、电破乳，目前炼油厂较多采用卧式脱盐罐的电脱盐流程。但仅采用这些方法处理原油乳化物，并不总是能够有效地完全破坏乳化物，脱去水分。例如处理水包油乳化原油、污水回收油、老化油、某些进口原油等，由于它们具有复杂的化学成分和乳化结构，难以用化学方法与电法较好地破乳脱水。如将它们混入电脱盐罐会破坏电场，造成跳闸。如采用化学破乳，效果较差且成本很高。随着我国很多油田进入二、三次采油，提供给炼厂的原油品质逐渐变差，化学成分和油水乳状结构变得更为复杂，采用加热、高电压场和破乳剂的常规脱盐脱水方法将愈来愈难以达到炼油厂的脱水脱盐要求。电脱盐设备经常因电流负荷大而跳闸，使未达质量要求的原油流入后续生产工序。对于重质原油，粘度高、密度大，其破乳脱水比轻质原油更困难。粘度在5000mPas以内的稠油仍采用电－化学脱水，即以化学破乳剂为主，电脱为辅的常规破乳脱水工艺；对粘度更大的稠油，采用常规方法已显困难。目前国内各炼油厂经电脱盐处理后原油的含盐含水量控制常有不稳定现象，受原料影响较大；也有为保证原油脱水效果，致使常减压电脱盐切水含油量超标现象。超声波是一种波动形式，同时超声波又是一种能量形式，当其声强超过一定值时，就可以通过它与媒质的相互作用，去影响、改变或破坏后者的状态、性质及结构。超声波破乳是将超声波能量辐射到原油乳状液中，使之产生一系列超声效应，如搅拌、碰撞、聚集、空化、加热、负压等，从而达到破坏油水界面膜，可不加或少加破乳剂仍能起到破乳脱盐脱水的作用。由于超声波在油和水中均具有较好的传导性，故这种方法适用于各种类型的乳状液，对于三次采油采出的水包油型乳化原油、污水回收油、老化油等，由于其化学成分及乳状结构的复杂性，难以用常规方法破乳脱盐脱水，声化学法可用于此类油的脱盐脱水，且具有较好的结果[40-44]二、关键技术和创新点在石油化工生产过程中，常需要对原油乳化液的进行破乳脱盐脱水和对污油进行破乳脱水。目前的石油工业中，破乳技术除了传统的化学破乳脱水法、电脱盐脱水法和热沉降等方法外，超声波作为一种新型的破乳方法具有广阔的应用前景。超声波破乳脱水技术是一种共性技术，可用于简单的各类油品破乳脱水，也可作为原油电脱盐过程的强化预处理，以达到原油精细脱水、脱盐目的。超声波破乳脱水主要是利用其位移效应，它可对油和水等介质产生凝聚、破乳、气泡、振动等作用．随着油和水滴的振动位移、使小油珠和小水珠聚集成大的油、水珠。因油和水的重力差异、大水珠迅速下沉，油珠上浮。达到油、水破乳脱水之目的。另外一方面是超声波可使油水界面膜张力降低，提供了破乳的良好条件。主要创新内容为南京工业大学超声化学工程研究所根据前期研究的超声破乳机制，开发国内最大的新型超声驻波场破乳装置，超声换能器也采用国内最新开发的多频（20kHz、40kHz等）、径向振动、大功率超声组合技术，使声波作用距离远、声场颗粒聚并效果好、处理量大；超声振动有利于破乳剂的分散，减少或不用破乳剂。超声频率组合产生频率协同作用，不同超声频率能与不同粒径范围的水滴产生共振，使超声能量得到充分利用，加大水滴碰撞几率，促进不同粒径水滴凝聚。另外驻波声场可使水粒子不断向波腹和波节移动、碰撞，然后生成直径较大的水滴，可直接沉降分离出部分水，减轻电脱盐负荷，显著提高原油脱水脱盐效果。新设计超声换能器及其放大技术，使得设计大型工业化超声处理器成为可能，提高了处理量与效率，减少设备制造成本。

南京工业大学 2021-04-13