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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(huán)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(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。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(guī)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(xù)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(guī)破乳脫水工藝；對粘度更大的稠油，采用常規(guī)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(wěn)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(tài)、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(guī)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(chuàng)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(yè)中，破乳技術除了傳統(tǒng)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(chuàng)新內容為南京工業(yè)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(fā)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(fā)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(xié)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(jié)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(yè)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(yè)大學 2021-04-13

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