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超聲波強化原油、污油破乳脫水技術

一、技術原理和應用對象原油中都含有不同數量的氯化物（氯化鎂、氯化鈣、氯化鈉等）、含硫化合物〔硫醇、硫醚、硫化氫、噻酚等〕、含氧化合物（環烷酸、脂肪酸、酚類等）和雜質（金屬、灰分等），為避免原油加工過程催化劑中毒、減少設備腐蝕、避免堵塞管路，提高石油產品質量，必須在原油蒸餾前進行脫酸、脫水與脫鹽處理。在原油蒸餾過程中，我國常采用一脫四注工藝防腐，指的是脫鹽、注堿、注氨、注水、注緩蝕劑。脫鹽是一脫四注工藝防腐的基礎。由于原油所含的鹽類溶解在原油的水中，原油脫鹽實際上和脫、表面活性物質、環烷酸等天然乳化劑，它們使原油極易形成乳化液，給原油除原油中的水分緊密相關。另外原油中含有固體物、膠質、瀝青質、某些鹽類脫水造成困難，故要使原油脫鹽、脫水，首先應使原油乳化液破乳。原油破乳通常可采用物理破乳、化學破乳、電破乳，目前煉油廠較多采用臥式脫鹽罐的電脫鹽流程。但僅采用這些方法處理原油乳化物，并不總是能夠有效地完全破壞乳化物，脫去水分。例如處理水包油乳化原油、污水回收油、老化油、某些進口原油等，由于它們具有復雜的化學成分和乳化結構，難以用化學方法與電法較好地破乳脫水。如將它們混入電脫鹽罐會破壞電場，造成跳閘。如采用化學破乳，效果較差且成本很高。隨著我國很多油田進入二、三次采油，提供給煉廠的原油品質逐漸變差，化學成分和油水乳狀結構變得更為復雜，采用加熱、高電壓場和破乳劑的常規脫鹽脫水方法將愈來愈難以達到煉油廠的脫水脫鹽要求。電脫鹽設備經常因電流負荷大而跳閘，使未達質量要求的原油流入后續生產工序。對于重質原油，粘度高、密度大，其破乳脫水比輕質原油更困難。粘度在5000mPas以內的稠油仍采用電－化學脫水，即以化學破乳劑為主，電脫為輔的常規破乳脫水工藝；對粘度更大的稠油，采用常規方法已顯困難。目前國內各煉油廠經電脫鹽處理后原油的含鹽含水量控制常有不穩定現象，受原料影響較大；也有為保證原油脫水效果，致使常減壓電脫鹽切水含油量超標現象。超聲波是一種波動形式，同時超聲波又是一種能量形式，當其聲強超過一定值時，就可以通過它與媒質的相互作用，去影響、改變或破壞后者的狀態、性質及結構。超聲波破乳是將超聲波能量輻射到原油乳狀液中，使之產生一系列超聲效應，如攪拌、碰撞、聚集、空化、加熱、負壓等，從而達到破壞油水界面膜，可不加或少加破乳劑仍能起到破乳脫鹽脫水的作用。由于超聲波在油和水中均具有較好的傳導性，故這種方法適用于各種類型的乳狀液，對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，由于其化學成分及乳狀結構的復雜性，難以用常規方法破乳脫鹽脫水，聲化學法可用于此類油的脫鹽脫水，且具有較好的結果[40-44]二、關鍵技術和創新點在石油化工生產過程中，常需要對原油乳化液的進行破乳脫鹽脫水和對污油進行破乳脫水。目前的石油工業中，破乳技術除了傳統的化學破乳脫水法、電脫鹽脫水法和熱沉降等方法外，超聲波作為一種新型的破乳方法具有廣闊的應用前景。超聲波破乳脫水技術是一種共性技術，可用于簡單的各類油品破乳脫水，也可作為原油電脫鹽過程的強化預處理，以達到原油精細脫水、脫鹽目的。超聲波破乳脫水主要是利用其位移效應，它可對油和水等介質產生凝聚、破乳、氣泡、振動等作用．隨著油和水滴的振動位移、使小油珠和小水珠聚集成大的油、水珠。因油和水的重力差異、大水珠迅速下沉，油珠上浮。達到油、水破乳脫水之目的。另外一方面是超聲波可使油水界面膜張力降低，提供了破乳的良好條件。主要創新內容為南京工業大學超聲化學工程研究所根據前期研究的超聲破乳機制，開發國內最大的新型超聲駐波場破乳裝置，超聲換能器也采用國內最新開發的多頻（20kHz、40kHz等）、徑向振動、大功率超聲組合技術，使聲波作用距離遠、聲場顆粒聚并效果好、處理量大；超聲振動有利于破乳劑的分散，減少或不用破乳劑。超聲頻率組合產生頻率協同作用，不同超聲頻率能與不同粒徑范圍的水滴產生共振，使超聲能量得到充分利用，加大水滴碰撞幾率，促進不同粒徑水滴凝聚。另外駐波聲場可使水粒子不斷向波腹和波節移動、碰撞，然后生成直徑較大的水滴，可直接沉降分離出部分水，減輕電脫鹽負荷，顯著提高原油脫水脫鹽效果。新設計超聲換能器及其放大技術，使得設計大型工業化超聲處理器成為可能，提高了處理量與效率，減少設備制造成本。

南京工業大學 2021-04-13

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