油水混合物中乳化劑的存在乳化劑.ppt

第三章 原油脫水,原油含水的影響 影響原油的質(zhì)量； 增加后續(xù)處理工藝的動力、熱力消耗； 原油內(nèi)的含鹽水引起金屬管路和運(yùn)輸設(shè)備的結(jié)垢和腐蝕； 泥砂等固體雜質(zhì)使泵、管路、其它設(shè)備機(jī)械磨損，降低管路和設(shè)備的使用壽命； 影響煉制工作的正常進(jìn)行。,目前全國各油田絕大部分開發(fā)井都采用注水開發(fā)方式開采石油。從油井產(chǎn)出的油氣混合物內(nèi)含有大量的采出水和泥砂等機(jī)械雜質(zhì)。世界上所產(chǎn)原油的90%以上需進(jìn)行脫水。 對原油進(jìn)行脫水、脫鹽、脫除泥砂等機(jī)械雜質(zhì)，使之成為合格商品原油的過程原油處理，也稱原油脫水。 原油的脫水過程實(shí)際上也是脫鹽、脫機(jī)械雜質(zhì)的過程。,第一節(jié) 油水混合物的性質(zhì),游離水：常溫下用靜止沉降法短時間內(nèi)能從油中分離的水，常在沉降罐和三相分離器中脫除。 乳化水：用沉降法很難脫除的水，與原油的混合物稱為油水乳狀液 （原油乳狀液）。 脫除游離水后，原油密度越大，乳化水含量 越高。,一、油水混合物的存在形式：游離水和乳化水,、油水乳狀液的分類,乳狀液 兩種或兩種以上不互溶或微量互溶的液體，其 中一種以極小的液滴分散于另一種液體中，這種分 散物系稱為乳狀液，乳狀液都有一定的穩(wěn)定性。 原油乳狀液的類型 油包水型（W/O）：油田最常見的原油乳狀液。 水包油型（O/W）：在采出水中常存在，原油處理中 很少見。又稱反相乳狀液。,乳狀液類型,油水乳狀液類型的判別方法,2、乳狀液的形成條件 系統(tǒng)中必須存在兩種或兩種以上互不相溶（或微量互溶）的液體 要有強(qiáng)烈的攪動，使一種液體破碎成微小液滴分散于另一種液體中 要有乳化劑存在，使微小液滴能穩(wěn)定地存在于另一種液體中,（）界面能和界面張力 不平衡力場作用下，液體表面 有自動縮小的趨勢； 在恒溫恒壓下，物系有自動向 自由能減小方向進(jìn)行的趨勢； 油水形成乳狀液時，接觸界面和界面能都很大，分散相液滴會自發(fā)地合并，縮小界面面積使界面能趨向最低。,圖3液體表面能產(chǎn)生的示意圖,（）油水混合物中乳化劑的存在 乳化劑：使乳狀液穩(wěn)定的物質(zhì) 作用：吸附在油水界面上，形成吸附層 1）使油水界面的界面張力下降，減少了剪切水相變?yōu)樾∷嗡璧哪芰?，也減小了使水滴聚結(jié)、合并的表面能； 2）若吸附層具有凝膠狀彈性結(jié)構(gòu)，在分散相液滴周圍形成堅(jiān)固、有韌性的膜，阻止水滴碰撞中的聚結(jié)、合并、沉降 3）若乳化劑為極性分子，排列在水滴界面上形成電荷，使水滴相互排斥，阻止水滴合并沉降。,原油乳狀液的生成 原油中含水，并含有足夠數(shù)量的天然乳化劑，一 般生成穩(wěn)定的W/O型原油乳狀液。 原油中所含的天然乳化劑： 膠質(zhì)、瀝青質(zhì)、環(huán)烷酸、脂肪酸、氮和硫的有機(jī) 物、蠟晶、粘土、砂粒、鐵銹、鉆井修井液等。 另外，原油生產(chǎn)中使用的緩蝕劑、殺菌劑、潤濕 劑和強(qiáng)化采油的化學(xué)藥劑都是生成乳狀液的乳化劑。,（3）集輸過程機(jī)械攪動的存在,多相系統(tǒng)中必須存在兩種以上互不相溶或微量相溶的液體； 系統(tǒng)中要有乳化劑的存在，使一種液體的微小水液滴能穩(wěn)定地存在于另一種液體中； 要有強(qiáng)烈的攪動，使一種液體破碎成微小的液滴分散于另一種液體中。,形成穩(wěn)定乳狀液的條件：,防止穩(wěn)定乳狀液生成措施 盡量減少對油水混合物的剪切和攪拌 盡早脫水 1）自噴井 產(chǎn)生乳狀液的原因： 油水混合物沿油管向地面流動，隨著壓力降低，氣體析出膨脹，對油、水產(chǎn)生破碎和攪動。 混合物流過噴嘴時，流速猛增，壓力急劇下降，使油水充分破碎，形成較為穩(wěn)定的乳狀液。,油嘴前后乳化水含量,減少原油乳狀液生成的預(yù)防措施： 用大油嘴并提高集輸系統(tǒng)和油氣分離器壓力，減小油嘴前后的壓差； 油嘴裝在井底,2）深井泵采油 防止抽油機(jī)固定閥、游動閥、柱塞漏泄產(chǎn)生激烈攪動 選擇較大尺寸的固定閥和游動閥、并用氣錨（使氣體進(jìn)入油套環(huán)空內(nèi)的裝置），避免氣體進(jìn)入泵筒內(nèi) 提高深井泵容積效率 往油井油套環(huán)空內(nèi)注入破乳劑 能有效地阻止原油在井內(nèi)乳化，還能使油井增產(chǎn)。,3）氣舉井 產(chǎn)生乳狀液的場所：井口，氣舉氣進(jìn)入油管處 間歇?dú)馀e：井口、地面管網(wǎng)內(nèi)產(chǎn)生乳狀液； 連續(xù)氣舉：注氣點(diǎn)產(chǎn)生 4）地面集輸管網(wǎng) 集輸過程促成乳狀液生成的因素 多相混輸管路、離心泵，彎頭、三通、閥件等 對混合物產(chǎn)生的攪拌。,預(yù)防措施 在集輸系統(tǒng)的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、日常操作管理中盡 量避免混合物的激烈摻混： 管徑不宜太??； 盡量減少彎頭、三通、閥件等的局部阻力； 充分利用地形輸送； 流程中避免對流體的反復(fù)減壓和增壓； 盡早分出混合物中的伴生氣； 注意各種閥門的嚴(yán)密性。,通常用內(nèi)相顆粒平均直徑的倒數(shù)表示，有時也用內(nèi)相顆粒總表面積現(xiàn)總體積的比值表示。 粒徑越小、越均勻，越穩(wěn)定； 粒徑大小還表示乳狀液受攪拌的強(qiáng)烈程度。,3、油水乳狀液的性質(zhì),（）分散度：分散相在連續(xù)相中的分散程度。,（2）乳狀液粘度 外相粘度 內(nèi)相體積濃度（含水率） 溫度 分散相顆粒 乳化劑及界面膜性質(zhì) 內(nèi)相顆粒表面帶電強(qiáng)弱,影響因素,原油粘度 分散相的平均粒徑愈大穩(wěn)定性差 乳化水滴的運(yùn)動、聚結(jié)、合并、沉降愈難 增大了乳狀液穩(wěn)定性,粘度越大,原油含水率對乳狀液的影響：43,（3）原油乳狀液的密度 原油含水、含鹽后，密度顯著增大。 若已知乳狀液體積含水率，原油和水的密度o 和w，原油乳狀液的密度可按下式確定：,（4）電化學(xué)性質(zhì) 介電常數(shù) 電導(dǎo)率：表示乳狀液的導(dǎo)電性能； 電泳：帶電的分散液滴在電場作用下運(yùn)動； 絕緣強(qiáng)度：指單位厚度的乳狀液抗電場擊穿的能力。,實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)通過O/W乳狀液的電流約為1013mA，而通過W/O型乳狀液的電流僅0.1mA或更少，這種性質(zhì)常被用于辨別乳狀液的類型。,（5）穩(wěn)定性 乳狀液穩(wěn)定性：是指乳狀液抗油水分層的能力。 影響原油乳狀液穩(wěn)定的因素：,分散相顆粒 外相原油粘度 油水密度差 界面膜和界面張力 老化 內(nèi)相顆粒表面帶電 溫度 原油類型 相體積比 水相鹽含量 pH值,溫度 提高溫度可降低乳狀液的穩(wěn)定性： 降低外相原油粘度； 提高乳化劑的溶解度，削弱界面膜強(qiáng)度； 加劇內(nèi)相顆粒的布朗運(yùn)動，增加水滴碰撞合并的幾率。 原油類型 決定了原油內(nèi)所含天然乳化劑的數(shù)量和類型。 環(huán)烷基和混合基原油乳狀液穩(wěn)定，石蠟基原油乳狀液穩(wěn)定性較差。,相體積比 增加分散相體積使乳狀液穩(wěn)定性變差。 水相鹽含量 淡水和鹽含量低的采出水易形成穩(wěn)定乳狀液。 pH值 pH值增加，內(nèi)相顆粒界面膜的彈性和機(jī)械強(qiáng)度降低，乳狀液穩(wěn)定性變差。,作業(yè)： 、畫一類型的油氣分離器的結(jié)構(gòu)，由哪些部分組成，各組成的作用是什么？ 、原油含水對生產(chǎn)有何影響？ 下次課： 如果原油含水，對煉油生產(chǎn)有何影響？為什么？,對煉油廠加工過程的影響 原油煉制的第一個過程就是常壓蒸餾，原油要被加熱到350左右，因水的相對分子質(zhì)量為18，原油蒸餾時氣化部分的相對分子質(zhì)量平均為200250，這樣一噸水氣化后的體積比等質(zhì)量的原油的氣化體積大10多倍，會出現(xiàn)沖塔現(xiàn)象，使生產(chǎn)不正常，嚴(yán)重時可能導(dǎo)致停產(chǎn)。 引起金屬管道、設(shè)備的結(jié)垢和腐蝕 增加了升溫過程的燃料消耗 由于上述種種原因，為了保證油田開發(fā)和煉油廠加工過程的正常進(jìn)行，必須在油田對原油進(jìn)行脫水處理，而且越快、越早、越徹底越好。 關(guān)于原油外輸時對含水量的要求，各國的標(biāo)準(zhǔn)不同：我國目前規(guī)定商品原油的含水率在0.5%以下，含鹽量為50mg/L以下。美國外輸原油允許含水0.25%，含鹽量平均170mg/L；俄羅斯商品油含水要求在0.05%2.0%(體積分?jǐn)?shù))，含鹽量40 mg/L。,根據(jù)原油含水的形式和油水混合物的性質(zhì)，常用方法有： 重力沉降脫水； 化學(xué)破乳脫水； 離心力脫水； 粗粒化脫水； 電脫水。,第二節(jié) 常用原油脫水方法,一、重力沉降脫水,1、水滴沉降速度的計(jì)算,W = dw2g(pw-po)/18uo,沉降分離是原油乳狀液脫水最基礎(chǔ)的過程。沉降分離的依據(jù)是：原油與水不互溶，密度有差異，且有時是不穩(wěn)定的乳狀液，甚至是經(jīng)過電法和化學(xué)方法處理過的。,沉降速度與原油中水珠半徑的平方成正比、與水油密度差成正比、與原油的粘度成反比。,提高油水分離速度的方法和措施。 (1)增大水珠粒徑的方法 添加化學(xué)破乳劑，降低乳狀液的穩(wěn)定性，以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)破乳； 采用高壓電場處理W/O型乳狀液；利用電磁場對乳狀液進(jìn)行交變振蕩破乳； 利用親水憎油固體材料使乳狀液的水珠在其表面潤濕聚結(jié)。 (2)增大水、油密度差的方法 向原油乳狀液中摻入輕質(zhì)油，降低原油的密度； 選擇合適溫度，使油水密度向著有利于增大密度差的方向變化； 在油氣分離過程中降低壓力，使原油中少量的氣泡膨脹，密度降低；向水中添加無毒無害物質(zhì)，加大水相密度。 (3)降低原油粘度的方法 摻入低粘輕質(zhì)油稀釋原油； 加熱以降低原油乳狀液的粘度。 (4)提高油水分離速度的方法 采用離心機(jī)進(jìn)行離心分離。,2、加熱對重力沉降的影響 提高油水混合物的溫度，有利于減弱油水界面膜的強(qiáng)度，增大油水密度差，提高破乳和沉降效果。 通常在80160,重力沉降脫水的優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)：1、進(jìn)罐混合物無需加熱，節(jié)省燃料； 2、操作簡單，要求自控水平低； 3、原油輕質(zhì)組分損失少，原油體積、密度變化 小。 缺點(diǎn)：1、不適用于氣油比大的原油乳狀液； 2、不適用于海洋原油處理； 3、投資、檢查、維護(hù)費(fèi)用較高； 4、熱損失較大； 5、存在截面流動不均、短路流及流動死區(qū)。,化學(xué)破乳脫水：就是在乳化液中加入少量的表面活性物質(zhì)，破壞乳狀液的穩(wěn)定性，使乳化水從乳狀液中分離出來，變?yōu)橛坞x水，再通過重力沉降將其脫除。 1、化學(xué)破乳的機(jī)理:頂替說;反相說;分散說;中和說,二、化學(xué)破乳脫水,化學(xué)破乳是原油乳狀液脫水中普遍采用的一種破乳手段。它是向原油乳狀液中添加化學(xué)助劑，破壞其乳化狀態(tài)，使油、水分離成層。這類化學(xué)助劑稱為破乳劑，一般是表面活性劑或含有兩親結(jié)構(gòu)的超高分子表面活性劑。,2、化學(xué)破乳劑的分類 常按分子結(jié)構(gòu)、溶解性能、相對分子量大小、鑲嵌方式、聚合段數(shù)、官能團(tuán)數(shù)量等分類 按分子結(jié)構(gòu)分 1）離子型破乳劑 溶于水時，能電離生成離子。 按其在水溶液中具有表面活性作用的離子電性， 可分為陽離子、陰離子和兩性離子等類別。 2）、非離子型破乳劑 以環(huán)氧乙烷、環(huán)氧丙烷等有機(jī)合成原料為基礎(chǔ)， 在具有活潑氫起始劑引發(fā)下、有催化劑存在時，按一定程序聚合而成。,用量少 不產(chǎn)生沉淀 脫出水中含油少 脫水成本低,非離子型破乳劑的類型 水溶性：可配制成任意濃度的水溶液 油溶性：凈化油的能力比水溶性的高，脫出水含油高 混合型：能增加使用的靈活性,按溶解性能分：油溶性、水溶性 按相對分子量大小分 (1)低分子破乳劑：指相對分子質(zhì)量在1000以下的低分子化合物。如無機(jī)酸、堿等。已被淘汰。 (2)高分子破乳劑：指相對分子質(zhì)量在100010000之間的非離子型聚氧乙烯聚氧丙烯醚。有較高的活性和較好的脫水效果。我國的AE、AP等型號的破乳劑就是這類物質(zhì)。 (3)超高相對分子質(zhì)量破乳劑：隨著相對分子質(zhì)量的提高，脫水效果會隨之提高。其中以相對分子質(zhì)量在30萬300萬的聚合物破乳效果最佳。如用三乙基鋁乙酰丙酮水三元體系作催化劑，具有破乳溫度低，出水率高，出水速度快等優(yōu)點(diǎn)。,按聚合段數(shù)分： (1)二嵌段聚合物：目前國內(nèi)外使用最多的化學(xué)破乳劑為非離子型聚氧乙烯聚氧丙烯醚。在非離子型破乳劑的合成過程中，將起始劑(含有活潑氫)與一定比例的環(huán)氧丙烷(PO)先配制成“親油頭”(此為第一段)，然后接聚上一定數(shù)量的環(huán)氧乙烷(EO)，此為第二段，這種產(chǎn)品就叫作二嵌段化學(xué)破乳劑，即：油頭(PO)m(EO)nH。我國的AE8025，AE8051，AE8031，AEl910等屬于此類。 (2)三嵌段聚合物：在二嵌段聚合的基礎(chǔ)上再接聚一段環(huán)氧丙烷，即為三嵌段式破乳劑：油頭(PO)m(EO)n(PO)zH。如我國的SP169，AP221，APl34，AP3111等。,3、原油脫水對破乳劑的要求,我國原油一般具有高含水、高含蠟量、高凝固點(diǎn)的“三高”特點(diǎn)，對破乳劑要具備的性質(zhì)： (1)較強(qiáng)的表面活性 破乳劑在表面活性比較強(qiáng)時，就能優(yōu)先吸附到油水界面上去，從而降低乳狀液液滴表面膜的強(qiáng)度和恢復(fù)性變的能力。 (2)良好的潤濕性能 破乳劑從原油向乳化水滴擴(kuò)散移動，滲透在粒子之間的中間保護(hù)層，吸附在水滴表面、瀝青質(zhì)膠質(zhì)粒子表面、石蠟的晶體表面以及粘土等固體粒子表面上，以降低穩(wěn)定固體粒子之間的內(nèi)聚力，改變它們的潤濕性能，從而破壞保護(hù)層上各粒子之間的接觸和橋聯(lián)作用，使保護(hù)膜的強(qiáng)度明顯降低。,(3)足夠的絮凝能力 絮凝能力是保證乳狀液滴盡可能相互接近以增加碰撞和聚結(jié)的機(jī)會。 (4)優(yōu)良的聚結(jié)能力 乳狀液滴的大小在很寬范圍內(nèi)變化，它們的直徑在幾微米到幾十微米范圍內(nèi)，乳狀液表面膜破壞后，如果破乳劑沒有足夠的聚結(jié)能力，小水滴不能立即聚結(jié)為大水滴，達(dá)不到沉降脫水的目的。 (5)破乳溫度低、成本低、用量少。,4、化學(xué)破乳劑的選用,（1）按HLB選用 取表面活性劑親水基的親水性和憎水基的憎水性之比來表示表面活性劑的親水性強(qiáng)弱。 石蠟： HLB= 0 ；聚乙二醇： HLB= 20 （2）實(shí)驗(yàn)法選用,5、破乳劑的評價 1、脫水率 2、出水速度 3、油水界面狀態(tài) 4、脫出水的含油率：一般小于0.05%。 5、最佳用量 6、低溫脫水性能,三、電場力脫水,1、電場力脫水的機(jī)理 電場力脫水是指將原油乳狀液置于高壓電場中，在電力場的作用下，削弱水滴界面膜的強(qiáng)度，促進(jìn)水滴之間的碰撞，使其聚結(jié)沉降，從原油中分離出來的脫水方法。 水滴在電場中的聚結(jié)方式：電泳聚結(jié)、偶極聚結(jié)、振蕩聚結(jié)。,電泳：把原油乳狀液置于通電的兩個平行電極中， 水滴將向同自身所帶電荷極性相反的電極運(yùn)動， 即帶負(fù)電荷的水滴向正 電極運(yùn)動，帶正電荷的 水滴向負(fù)極運(yùn)動。 電泳聚結(jié)：電泳過程中水滴 的碰撞、合并。 電泳聚結(jié)主要發(fā)生在高壓直流電場中。,（1）、電泳聚結(jié),誘導(dǎo)偶極：在高壓直流或 交流電場中，原油乳狀液 中的水滴受電場的極化和 靜電感應(yīng)，使水滴兩端帶 上不同極性的電荷，形成誘導(dǎo)偶極。 偶極聚結(jié)：電的吸引力及水滴在電場內(nèi)的振動，使水滴相互碰撞，合并成大水滴，從原油中沉降分離出來。,（2）、偶極聚結(jié),交流電場中電場方向不斷 改變，水滴內(nèi)的各種正負(fù)離子 不斷做周期性往復(fù)運(yùn)動，使水 滴兩端的電荷極性發(fā)生相應(yīng)變 化，界面膜受到?jīng)_擊，強(qiáng)度降 低甚至破裂，水滴聚結(jié)沉降。 這一過程稱振蕩聚結(jié)。,（3）、振蕩聚結(jié),水滴愈大，離子對界面膜的沖擊作用愈大，振蕩聚結(jié)的效果愈好。,2、電力場脫水的類型,（1）交流電場脫水； （2）直流電場脫水； （3）雙流電場脫水。,雙流電場脫水能降低凈化原油的含水率，并能較大幅度降低電脫水的耗電量。,四、其它脫水方法,1、電磁法脫水； 2、超聲波脫水； 3、陶粒法脫水； 4、離心力脫水。,第三節(jié) 常用原油脫水設(shè)備,一、沉降分離設(shè)備 1、立式沉降罐：適用于含氣量很少，工作壓力接近常壓的情況。,2、臥式沉降罐：適用于含有一定量氣，具有一定工作壓力的情況。,二、電力場脫水設(shè)備,1、電脫水器的基本結(jié)構(gòu)；,2、電脫水器的供電設(shè)備； 3、電脫水器的運(yùn)行參數(shù)。 4、稠油電脫水器。,三、陶粒脫水器 利用聚結(jié)介質(zhì)親水憎油并提供很大表面積的性質(zhì)，促使水滴聚結(jié)沉降。,優(yōu)點(diǎn)：