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超聲波強(qiáng)化原油、污油破乳脫水技術(shù)

一、技術(shù)原理和應(yīng)用對(duì)象原油中都含有不同數(shù)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(huán)烷酸、脂肪酸、酚類(lèi)等）和雜質(zhì)（金屬、灰分等），為避免原油加工過(guò)程催化劑中毒、減少設(shè)備腐蝕、避免堵塞管路，提高石油產(chǎn)品質(zhì)量，必須在原油蒸餾前進(jìn)行脫酸、脫水與脫鹽處理。在原油蒸餾過(guò)程中，我國(guó)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(chǔ)。由于原油所含的鹽類(lèi)溶解在原油的水中，原油脫鹽實(shí)際上和脫、表面活性物質(zhì)、環(huán)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(guān)。另外原油中含有固體物、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)、某些鹽類(lèi)脫水造成困難，故要使原油脫鹽、脫水，首先應(yīng)使原油乳化液破乳。原油破乳通常可采用物理破乳、化學(xué)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(jìn)口原油等，由于它們具有復(fù)雜的化學(xué)成分和乳化結(jié)構(gòu)，難以用化學(xué)方法與電法較好地破乳脫水。如將它們混入電脫鹽罐會(huì)破壞電場(chǎng)，造成跳閘。如采用化學(xué)破乳，效果較差且成本很高。隨著我國(guó)很多油田進(jìn)入二、三次采油，提供給煉廠的原油品質(zhì)逐漸變差，化學(xué)成分和油水乳狀結(jié)構(gòu)變得更為復(fù)雜，采用加熱、高電壓場(chǎng)和破乳劑的常規(guī)脫鹽脫水方法將愈來(lái)愈難以達(dá)到煉油廠的脫水脫鹽要求。電脫鹽設(shè)備經(jīng)常因電流負(fù)荷大而跳閘，使未達(dá)質(zhì)量要求的原油流入后續(xù)生產(chǎn)工序。對(duì)于重質(zhì)原油，粘度高、密度大，其破乳脫水比輕質(zhì)原油更困難。粘度在5000mPas以內(nèi)的稠油仍采用電－化學(xué)脫水，即以化學(xué)破乳劑為主，電脫為輔的常規(guī)破乳脫水工藝；對(duì)粘度更大的稠油，采用常規(guī)方法已顯困難。目前國(guó)內(nèi)各煉油廠經(jīng)電脫鹽處理后原油的含鹽含水量控制常有不穩(wěn)定現(xiàn)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(biāo)現(xiàn)象。超聲波是一種波動(dòng)形式，同時(shí)超聲波又是一種能量形式，當(dāng)其聲強(qiáng)超過(guò)一定值時(shí)，就可以通過(guò)它與媒質(zhì)的相互作用，去影響、改變或破壞后者的狀態(tài)、性質(zhì)及結(jié)構(gòu)。超聲波破乳是將超聲波能量輻射到原油乳狀液中，使之產(chǎn)生一系列超聲效應(yīng)，如攪拌、碰撞、聚集、空化、加熱、負(fù)壓等，從而達(dá)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(dǎo)性，故這種方法適用于各種類(lèi)型的乳狀液，對(duì)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(xué)成分及乳狀結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，難以用常規(guī)方法破乳脫鹽脫水，聲化學(xué)法可用于此類(lèi)油的脫鹽脫水，且具有較好的結(jié)果[40-44]二、關(guān)鍵技術(shù)和創(chuàng)新點(diǎn)在石油化工生產(chǎn)過(guò)程中，常需要對(duì)原油乳化液的進(jìn)行破乳脫鹽脫水和對(duì)污油進(jìn)行破乳脫水。目前的石油工業(yè)中，破乳技術(shù)除了傳統(tǒng)的化學(xué)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(yīng)用前景。超聲波破乳脫水技術(shù)是一種共性技術(shù)，可用于簡(jiǎn)單的各類(lèi)油品破乳脫水，也可作為原油電脫鹽過(guò)程的強(qiáng)化預(yù)處理，以達(dá)到原油精細(xì)脫水、脫鹽目的。超聲波破乳脫水主要是利用其位移效應(yīng)，它可對(duì)油和水等介質(zhì)產(chǎn)生凝聚、破乳、氣泡、振動(dòng)等作用．隨著油和水滴的振動(dòng)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(dá)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?jiǎng)?chuàng)新內(nèi)容為南京工業(yè)大學(xué)超聲化學(xué)工程研究所根據(jù)前期研究的超聲破乳機(jī)制，開(kāi)發(fā)國(guó)內(nèi)最大的新型超聲駐波場(chǎng)破乳裝置，超聲換能器也采用國(guó)內(nèi)最新開(kāi)發(fā)的多頻（20kHz、40kHz等）、徑向振動(dòng)、大功率超聲組合技術(shù)，使聲波作用距離遠(yuǎn)、聲場(chǎng)顆粒聚并效果好、處理量大；超聲振動(dòng)有利于破乳劑的分散，減少或不用破乳劑。超聲頻率組合產(chǎn)生頻率協(xié)同作用，不同超聲頻率能與不同粒徑范圍的水滴產(chǎn)生共振，使超聲能量得到充分利用，加大水滴碰撞幾率，促進(jìn)不同粒徑水滴凝聚。另外駐波聲場(chǎng)可使水粒子不斷向波腹和波節(jié)移動(dòng)、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(fù)荷，顯著提高原油脫水脫鹽效果。新設(shè)計(jì)超聲換能器及其放大技術(shù)，使得設(shè)計(jì)大型工業(yè)化超聲處理器成為可能，提高了處理量與效率，減少設(shè)備制造成本。

南京工業(yè)大學(xué) 2021-04-13

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