第一章原油電脫鹽

Foreword2/3/20231石油化工過程系統(tǒng)概論theoilandthenaturalgas(therawmaterials)Petroleumproduct(oilproduct)oilrefininggasolinekerosenediesellubricationoilliquefiedpetroleumgaspetroleumcokeparaffinwaxasphaltfueloilethylene,propylene,butadiene,benzene,toluene,xyleneorganicchemicalrawmaterials(approximately200kinds)syntheticmaterialsplasticssyntheticfiberssyntheticrubbersThefirststepPyrolysis（熱解）Thesecondstep(petrochemicalproducts)石蠟瀝青乙烯丙烯丁二烯苯甲苯二甲苯塑料合成纖維合成橡膠2/3/20232石油化工過程系統(tǒng)概論第一篇

煉油系統(tǒng)的裝置與設(shè)備2/3/20233石油化工過程系統(tǒng)概論TheinstallmentandequipmentoftherefinerysystemcrudeoilelectricaldesaltingAtmosphericandVacuumDistillationUnitCatalyticcrackingunit

Delayedcokingunit

CatalystReformingUnithydrogenplantHydrogenCrackingUnitHydrogenRefiningUnitDesulphurizationUnitSulfurRecoveryUnit2/3/20234石油化工過程系統(tǒng)概論第一章原油電脫鹽

Crudeoilelectricaldesalting2/3/20235石油化工過程系統(tǒng)概論§1.1Themainuseandtechnicalprocessofelectricaldesalting2/3/20236石油化工過程系統(tǒng)概論原油電脫鹽是石油加工的第一道工序。MainpurposegetridofAlkalimetals（堿金屬）andHeavymetalsAntisepsis（防腐）getridofwater,InorganicsaltandOrganicSoursalt（有機(jī)酸鹽）getridofMire（泥）

andotherimpurity（雜質(zhì)）2/3/20237石油化工過程系統(tǒng)概論原油含鹽含水的危害原油含鹽含水對(duì)原油儲(chǔ)運(yùn)、加工、產(chǎn)品質(zhì)量及設(shè)備等均造成很大危害，主要為：（1）增加設(shè)備的負(fù)荷，增加動(dòng)力、熱能和冷卻水等的消耗。例如一座年處理量為250萬噸的常減壓蒸餾裝置，如果原油含水量增加1%，熱能耗將增加約7000MJ/h。（2）影響常減壓蒸餾的正常操作。含水過多的原油，水分氣化，氣相體積大增，造成蒸餾塔內(nèi)氣速過大，易引起沖塔等操作事故。

2/3/20238石油化工過程系統(tǒng)概論（3）原油中的鹽類，隨著水分蒸發(fā)，鹽分在換熱器和加熱爐管壁上形成鹽垢，降低傳熱效率，增大流動(dòng)阻力，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)至堵塞管路，燒穿管壁、造成事故。

（4）腐蝕設(shè)備，縮短開工周期。

CaCl2和MgCl2能水解生成具有強(qiáng)腐蝕性的HCl，特別是在低溫設(shè)備部分存在水分時(shí)，形成鹽酸，腐蝕更為嚴(yán)重。

CaCl2+2H2O→Ca(OH)2+2HClMgCl2+2H2O→Mg(OH)2+2HCl

加工含硫原油時(shí)，會(huì)產(chǎn)生H2S腐蝕設(shè)備。（5）鹽類中的金屬進(jìn)入重餾分油或渣油中，毒害催化劑、影響二次加工原料質(zhì)量及產(chǎn)品質(zhì)量。2/3/20239石油化工過程系統(tǒng)概論原油從地層開采出來后先經(jīng)過油田的脫水裝置處理，要求將含水量降到<0.5%，含鹽量降至<50mg/l。但由于油田脫鹽脫水設(shè)施不完善或原油輸送中混入水分，進(jìn)入煉油廠的原油仍含有不等量的鹽和水分。因此原油進(jìn)入煉油廠后，必須先進(jìn)行脫鹽脫水，使含水量達(dá)到0.1%～0.2%，含鹽量<5mg/l。對(duì)于有渣油加氫或重油催化裂化過程的煉油廠，要求原油深度脫鹽，即原油含鹽量<3mg/l或含鈉量<1mg/l。2/3/202310石油化工過程系統(tǒng)概論二、原油電脫鹽的工序原油電脫鹽的工序包括：(1)脫鹽前水洗。用于除去原油中溶于水的酸（Sour）、堿（alkali

）、鹽(salt)等無機(jī)物。(2)沉淀(Precipitation)。某些不溶于水的雜質(zhì)，可以吸附在固體顆粒表面或聚集在水滴表面，隨固體物或水滴一起沉淀，與油分離。(3)破乳（Demulsification

）。通過向原油中加入破乳劑，使水和雜質(zhì)更有效的分離。2/3/202311石油化工過程系統(tǒng)概論

在油中表面活性物質(zhì)（如環(huán)烷酸、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)等）分散在水滴的表面，使水滴穩(wěn)定地分散在油中，從而阻止了水滴的聚集。因此，脫水的關(guān)鍵是破壞乳化劑的作用，使油水不能形成乳化液，細(xì)小的水滴就可以相互聚集成大的顆粒、沉降，最終達(dá)到油水分離的目的。

原油中的鹽類大部分是溶于所含的水中，所以，脫鹽脫水是同時(shí)進(jìn)行的。2/3/202312石油化工過程系統(tǒng)概論三、破乳的方法：1.化學(xué)破乳法：針對(duì)乳狀液的性質(zhì)，加入相應(yīng)的化學(xué)破乳劑，可將穩(wěn)定的乳狀液轉(zhuǎn)化為不穩(wěn)定的狀態(tài)，從而達(dá)到脫鹽脫水的目的。

破乳劑本身也是表面活性物質(zhì)，但它的性質(zhì)與乳化劑相反，它是水包油型表面活性劑。破乳劑的破乳作用是在油水界面進(jìn)行的。它能迅速濃集于界面，與乳化劑相競(jìng)爭(zhēng)，奪取界面位置而被吸附。原有的比較牢固的吸附膜被削弱甚至破壞，小水滴就比較容易聚結(jié)，進(jìn)而沉降分離出來。2.電破乳法：加適當(dāng)?shù)钠迫閯┖透邏弘妶?chǎng)聯(lián)合作用的方法2/3/202313石油化工過程系統(tǒng)概論四、原油電脫鹽的工藝流程2/3/202314石油化工過程系統(tǒng)概論思考：在電脫鹽過程中，注水的目的是什么？2/3/202315石油化工過程系統(tǒng)概論二級(jí)電脫鹽流程框圖2/3/202316石油化工過程系統(tǒng)概論ThemainprocedureofCrudeoilelectricaldesaltingThemainproceduretheadditionofwashingwaterthepreheatingofcrudeoilMixingtheadditionofdemulsifierdrainageDesalination2/3/202317石油化工過程系統(tǒng)概論原油經(jīng)過二級(jí)電脫鹽、脫水，其含鹽含水量一般都能達(dá)到規(guī)定指標(biāo)，然后送往后面的蒸餾裝置。國內(nèi)幾個(gè)煉廠的脫鹽脫水效果見下表2/3/202318石油化工過程系統(tǒng)概論technicalprocessofCrudeoilelectricaldesalting2/3/202319石油化工過程系統(tǒng)概論第二節(jié)原油電脫鹽的工作原理一、原油電脫鹽的工作原理：在高壓交流電場(chǎng)內(nèi)，原油中的微小水滴受到電場(chǎng)極化作用聚集成大水滴，在油水密度差的作用，水滴在油中沉降分離，原油中的鹽溶解于水，隨水脫除。沉降到下部水中的固體雜質(zhì)也隨水排出或沉積在罐底部。2/3/202320石油化工過程系統(tǒng)概論二、水微滴間的聚結(jié)力F兩個(gè)球形水微滴之間的聚結(jié)力F可用下式計(jì)算F＝6RE2r2(r／d)4(N)

式中R——油的介電常數(shù)，F(xiàn)／m；

E——電場(chǎng)強(qiáng)度，V／m；

r——水滴半徑，m；

d——水滴間的中心距離，m

從上式可以看出，聚集力F同r2成正比。若r由0.25μm增大到2.5mm，聚結(jié)力F將增大108倍。因而在電場(chǎng)中一旦發(fā)生聚結(jié)后，隨著水滴直徑的不斷變大，水滴間的聚結(jié)力也越來越大。2/3/202321石油化工過程系統(tǒng)概論2/3/202322石油化工過程系統(tǒng)概論F＝6RE2r2(r／d)4(N)

F與(r/d)4

成正比，而(r/d)值取決于原油含水率的大小。若原油含水率趨于零，(r/d)和F也趨于零。這說明原油含水率很低時(shí)，偶極聚結(jié)脫水效果變差。一般認(rèn)為，原油含水率小于0.1%時(shí)，d將是水滴直徑的8倍以上，偶極聚結(jié)將不起作用。電場(chǎng)強(qiáng)度E越大，F(xiàn)越大。但提高E有一定限度。當(dāng)E等于或大于電場(chǎng)臨界分散強(qiáng)度時(shí)，水滴受電分散作用，使已聚集的較大水滴又開始分散。國外文獻(xiàn)介紹水滴的電場(chǎng)臨界梯度為4．70kV/cm。工業(yè)上實(shí)際采用的電場(chǎng)梯度遠(yuǎn)低于電場(chǎng)臨界強(qiáng)度。我國現(xiàn)時(shí)各煉油廠采用的實(shí)際強(qiáng)電場(chǎng)梯度為500~1000V/cm,弱電場(chǎng)梯度為150~300V/cm。2/3/202323石油化工過程系統(tǒng)概論三、水滴在原油中的沉降速度VK按照斯托克斯定律，水滴在原油中的沉降速度VK可用下式近似計(jì)算：VK=K[g·(ρw-ρ0)·D2]/μ0式中VK——靜止油中水滴的沉降速度，m／s；

K——常數(shù)；

G——重力加速度，m／s2

ρw——水的密度，kg／m3；

ρ0——油的密度，kg／m3；

D——水滴的直徑，m；

μ0——油的粘度系數(shù)，Pa·s。2/3/202324石油化工過程系統(tǒng)概論VK=K[g·(ρw-ρ0)·D2]/μ0

由上式可見，增大兩相間的密度差，減小原油粘度，均可增加沉降速度。通過加熱，可以降低原油粘度，促進(jìn)水滴聚結(jié)，增大水滴直徑；同時(shí)水的密度ρW隨溫度升高而下降的幅度比原油密度ρ0變化小，即ρW-ρ0增大，因此加熱原油有利于油水分離，此即為常用的加熱沉降脫水法。加熱沉降脫水時(shí)，溫度不能過高，否則原油中輕組分和水會(huì)氣化，脫鹽罐需采用很高壓力才能正常操作，因此一般加熱溫度為100~120℃左右，重油脫鹽可選用125~148℃。2/3/202325石油化工過程系統(tǒng)概論VK=K[g·(ρw-ρ0)·D2]/μ0這些因素中，沉降速度與水滴直徑的平方成正比，所以增大水滴直徑可以大大加快沉降速度，在原油脫鹽脫水過程中，關(guān)鍵的是促進(jìn)水滴聚結(jié)，增大水滴直徑。在電脫鹽罐中水滴的下降與原油的上升運(yùn)動(dòng)是同時(shí)進(jìn)行的，當(dāng)水滴直徑小到使其下降速度小于原油上升速度時(shí)，水滴就不能下沉，而隨油上浮，達(dá)不到沉降分離的目的。2/3/202326石油化工過程系統(tǒng)概論四、電脫鹽的電耗電脫鹽的電耗可用下式近似計(jì)算：ΔP=10-3Gi

riEi2式中ΔP——每噸原油耗電量，W·s；Gi——原油乳化液在不同電場(chǎng)中的等值電導(dǎo)，S；ri——不同電場(chǎng)中原油的停留時(shí)間，s；Ei——各個(gè)電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度，V／m；i——電場(chǎng)個(gè)數(shù)，包括強(qiáng)電場(chǎng)和弱電場(chǎng)。2/3/202327石油化工過程系統(tǒng)概論五、最大水滴直徑及最大臨界電場(chǎng)強(qiáng)度超過某一臨界電場(chǎng)強(qiáng)度后，水滴被分散成小滴。最大水滴直徑dmax及最大臨界電場(chǎng)強(qiáng)度Emax為：dmax＝C/E·σ(m)Emax≤K(σ/r)y(V／m)式中K、C、Y均為常數(shù)；σ——油水界面張力，N；r——水滴半徑，m；E——電場(chǎng)強(qiáng)度，V／m2/3/202328石油化工過程系統(tǒng)概論§1.3

TheProcessingParameterinfluencingtheCrudeOilElectricalDesalting

2/3/202329石油化工過程系統(tǒng)概論1.TheprocessingcapacityofthecrudeoilTheprocessingcapacityofthecrudeoildeterminestheproductioncapacityperunitoftheelectricaldesaltingtank.Iftheprocessingcapacityexceedsthedesigningability,thedehydrationratewillbereducedduringthedesaltingprocess.Thedesigningabilitydeterminesthestructuraltypeofthetank,thequalityoftheprocessedcrudeoilandthedesaltingtemperature.2/3/202330石油化工過程系統(tǒng)概論2.theinjectioncapacityofthewashingwater

Thesuitablewatercontentinthecrudeoilistheessentialconditionfortheelectrochemicalcoalescenceofthetinywaterdrops.Theexperimentindicatesthatthedesaltingratewillbeimprovedrelativelyhighwhenthefirstinjectioncapacityis4～6%oftheprocessingcrudeoil.Generally,theinjectioncapacityin5%isthemostsuitable.Thesecondinjectioncapacityin4%isrelativelyreasonable.Overinjectionwillcausetheelectricfieldunstable.2/3/202331石油化工過程系統(tǒng)概論3.Themixingintensityofthecrudeoilandthewater

Themixingintensitymeansthemixingdegreeofthecrudeoil,thewashingwaterandthe

demulsifiers.Acertainmixingintensityshouldbeensuredtoimprovethedesaltingeffect.ThescaleofthemixingintensityisrepresentedbythedifferentialpressureofthemixingvalveΔP.Themixingofthecrudeoilandthewashingwaterisusuallyprocessedbythecrudeoilpump,thejetpump,themixingcolumn（混合柱）,themixingvalveand/orstaticmixer.

Ifthemixingandthesaltwashingarenotprocessedwellenough,thesaltcontentafterdesaltingwillbetoomuch.Over-mixingmayproducetheemulsion（乳化液）

whichisuneasytobedamagedbytheelectricfield.2/3/202332石油化工過程系統(tǒng)概論

4.Theinjectioncapacityandthetypeofthedemulsifiers

Theinjectioncapacityandthetypeofthedemulsifiershaveanobviouseffectontheseparationbetweentheoilandthewater.Theinjectioncapacityandthetypeofthedemulsifiersaredeterminedbythequalityoftheprocessedcrudeoilandthepre-processeddegreeofthecrudeoil.Theinjectioncapacityandthetypeofthedemulsifierssuitableforeachcrudeoilareassessedthroughtheexperiment.2/3/202333石油化工過程系統(tǒng)概論5.Thecontrollingpositionofoil-waterinterfacelevelTheoil-waterinterfacelevelinthedesaltingtankshouldbekeptatacertainpositionlowerthantheelectrodeboardbutshouldnotbetoolow.Otherwise,theoilcarriedwiththewaterwillbeincreased.Ifthewaterinterfacelevelortheemulsionlayerisenhancedtotheelectrodezone,theelectrodeshortcircuitortheunstablevoltageandcurrentwouldbecaused.2/3/202334石油化工過程系統(tǒng)概論6.Theoperatingtemperatureofdesalting

Thegeneraldesaltingtemperaturesuitableforthecrudeoilis100～120℃.Thedesaltingtemperaturesuitableforcrudeoilwithheavyqualitycanchoose125～148℃.2/3/202335石油化工過程系統(tǒng)概論7.ThepressureofthedesaltingtankAdjustthebackpressurevalveofthesystemtokeepthepressurehigherthanthesteampressureofthemixtureoftheoilandthewaterinthedesaltingtank,soastopreventthegasifying（氣化）andexpansionoftheoilandwaterandthegasproducedinthetank.Ifthegasdischargingphenomenon（放氣現(xiàn)象）

happensinthetank,theunstablevoltageandcurrentwouldbecausedandtheelectricarc（電?。?/p>

intheelectrodezonewouldhappen,whichwouldinfluencethedesaltinganddehydrationeffect.2/3/202336石油化工過程系統(tǒng)概論8.TheelectricfieldintensityTheintensitydegreeoftheelectricfieldisrequiredtodistributereasonablyaccordingtothecrudeoilqualityandthewatercontenttoachievehighcoalescenceeffects.Thestrongelectricfieldintensityrequiredbymostofthedesaltingofthecrudeoilis6～10V/m.Question：Whichphenomenonmaybeoccuriftheintensitydegreeoftheelectricfieldistoohighortoolow?2/3/202337石油化工過程系統(tǒng)概論9.TheresidencetimeofthecrudeoilinthestrongelectricfieldTheresidencetimeofthecrudeoilinthestrongelectricfieldcanbedeterminedaccordingtotherisingspeedofthecrudeoilinthetankandthedistancebetweentheelectrodes(電極）.Generally,Theresidencetimeofthecrudeoilinthestrongelectricfieldis2～3minutes,anditmaybeprolongedtomorethan3minutesforthecrudeoilwithheavyquality.2/3/202338石油化工過程系統(tǒng)概論

10.waterquality(1).TheChlorideIonconcentrationshouldbelessthan200mg/L,andfreshhotwatershouldbeemployedinsteadofhardwaterwhichshouldbeavoided.(Why?)(2).TheoverallamountoftheSulfateandtheCarbonatecontentinwatershouldbelessthan300mg/L.(3).TheHydrogenSulfidecontentinwatershouldbelessthan20mg/L.(4).TheAmmoniacontentinwatershouldbelessthan40ppm.(5).ThepHvalueofthedischargingwatershouldbecontrolledwithin6～8.

2/3/202339石油化工過程系統(tǒng)概論第四節(jié)原油電脫鹽的主要設(shè)備Mainequipmentofcrudeoilelectricaldesalting原油電脫鹽的主要設(shè)備包括：電脫鹽罐、混合器、變壓器、油水界面控制儀2/3/202340石油化工過程系統(tǒng)概論一、電脫鹽罐Electricaldesaltingtank

電脫鹽罐是電脫鹽的主要設(shè)備之一，它有臥式、立式和球形等幾種形式，國內(nèi)外煉油廠一般都采用臥式罐。下圖為臥式脫鹽罐的示意圖2/3/202341石油化工過程系統(tǒng)概論

臥式電脫鹽罐主要由外殼、電極板、原油分配器、集合管（槽）、排水收集管等組成。1.外殼直徑為3~4米左右，長度視處理量而定，有的可長達(dá)20~30米。2.電極板電極板可由圓鋼(或鋼管）和扁鋼組合而成。脫鹽罐內(nèi)的電極板一般為兩層或三層，電極板層數(shù)過多和間距過小，不僅脫鹽效果不好，而且容易短路跳閘，電耗率也高。2/3/202342石油化工過程系統(tǒng)概論3.原油分配器

原油分配器的作用是使原油從罐底進(jìn)入后能均勻垂直地向上流動(dòng)，從而提高脫鹽脫水效果有兩種型式的分配器：（1）是由帶小孔的分配管組成，這種分配器在原油處理量變化較大時(shí)，噴出原油不均勻，并有孔小易堵塞的缺點(diǎn)。（2）是低速倒槽型分配器。底部敞開，大滴水和部分雜質(zhì)可直接下沉，不會(huì)堵塞2/3/202343石油化工過程系統(tǒng)概論4.集合管或集合槽設(shè)在罐的上方，將脫后原油收集送出電脫鹽罐。5．排水收集管設(shè)在罐底部，將沉積在罐底部的水收集派出罐外。2/3/202344石油化工過程系統(tǒng)概論二、混合器mixer

油、水、破乳劑在進(jìn)脫鹽罐前需借混合設(shè)施充分混合，使水和破乳劑在原油中盡量分散。分散得細(xì)，脫鹽率高。但有一限度，如分散過細(xì)，形成穩(wěn)定乳化液，脫鹽率反而下降，故混合強(qiáng)度要適度。常用的混合器有兩種：（1）靜態(tài)混合器(staticmixer)

；（2）混合閥(Mixingvalve).

2/3/202345石油化工過程系統(tǒng)概論靜態(tài)混合器是一種沒有運(yùn)動(dòng)部件的高效混合設(shè)備。通過固定在管內(nèi)的混合單元內(nèi)件，使二股或多股流體產(chǎn)生切割、剪切、旋轉(zhuǎn)和重新混合，達(dá)到流體之間良好分散和充分混合的目的。靜態(tài)混合器具有流程簡(jiǎn)單、能耗小、投資少、操作彈性大、安裝維修簡(jiǎn)便、混合性能好等優(yōu)點(diǎn)。2/3/202346石油化工過程系統(tǒng)概論2/3/202347石油化工過程系統(tǒng)概論混合閥可以是普通雙座調(diào)節(jié)閥，套筒閥，低噪音籠型閥，也可采用V型球閥。新建電脫鹽設(shè)施多采用可調(diào)差壓的混合閥，利用它