微波作用下原油脫水規(guī)律的實(shí)驗(yàn)研究

1、第 22卷 第 3期 吉 林 化 工 學(xué) 院 學(xué) 報(bào)Vol. 22No. 3 2005年 6月JOURNAL OF J ILIN INSTITU TE OF CHEM ICAL T ECHNOLOGY Jun. 2005收稿日期 :2005-03-25作者簡介 :黃 莉 (1981- , 女 , 湖北荊州人 , 西南石油學(xué)院在讀碩士 , 主要從事石油化工 方面的研究 .文章編號 :1007 2853(2005 03 0014 03微波作用下原油脫水規(guī)律的實(shí)驗(yàn)研究黃 莉 , 袁宗明 , 蔣華義 , 陳學(xué)鋒(西南石油學(xué)院 石油工程學(xué)院 , 四川 成都 610500摘要 :運(yùn)用均 勻設(shè)計(jì)的實(shí) 驗(yàn)設(shè)計(jì)

2、方法 來設(shè)計(jì)微 波處理乳化 液的實(shí)驗(yàn) , 按 照所得實(shí)驗(yàn) 方案作了一 系列實(shí) 驗(yàn) , 通過實(shí)驗(yàn) 數(shù)據(jù)擬合出微波功率 P 、 微波作用時(shí)間 T 、 乳化液含水率 A 與微波處理后的 脫水率 S 之間 的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式 ; 并定性的研究了微波對乳化液破乳脫水的作用規(guī)律 . 關(guān) 鍵 詞 :微波 ; 均勻設(shè)計(jì) ; 輻射時(shí)間 ; 含水率 中圖分類號 :T E 624. 1 文 獻(xiàn)標(biāo)識碼 :A自地下開采出來的原油往往都含水 , 隨著油 田開發(fā)到中后期 , 原油含水量巨增 . 原油含水有很 大的危害 , 會給原油的儲存、 運(yùn)輸、 煉制帶來諸多 問題15.常見的 脫水方法 主要有 57:沉 降分離、 加 熱脫水、

3、 化學(xué)破乳、 電破乳 . 這些常規(guī)的破乳方法 都有各自的不足 . 目前已經(jīng)提出一些新的破乳方 法 :原油電破乳新技術(shù) 8、 超聲波破乳9、 渦旋電場破乳10、 微波輻射法等 57, 1116.對微波輻射破乳已經(jīng)做了不少的研究 , 研究 結(jié)果都證明微波破乳技術(shù)由于具有時(shí)間短、 效率 高的優(yōu)點(diǎn) , 其它破乳脫水方法是不能達(dá)到的 . 從前 人的研究來看 , 微波功率、 微波作用時(shí)間、 乳化液 的含水率三個(gè)因素對脫水效果的影響是主要的 . 本試驗(yàn)的目的就是要通過試驗(yàn)建立這三者與微波 破乳脫水效果的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式 , 并定性的研究微波 對含水原油的作用規(guī)律 .1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)選取微波處理時(shí)間 T 、 微波功率

4、P 、 乳化液含 水率 A 三者為自變量 , 微波處理后的脫水率 S 為 因變量 . 采用均勻設(shè)計(jì)的方法設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案 , 即可 滿足實(shí)驗(yàn)要求 , 又可以大大減少實(shí)驗(yàn)次數(shù) .試驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí) , 根據(jù)三因素 (微波作用功率、 微 波作 用 時(shí) 間、含 水 率 九 水 平 的 均 勻 設(shè) 計(jì) 表 U *9(94及其使用表來安排試驗(yàn) . 具體的實(shí)驗(yàn)安排表如表 1、 2所示 .表 1 第一 組實(shí)驗(yàn)方案試驗(yàn)序號 123456789T /s 60120180401001602080140P/kW 1. 81. 20. 621.40. 82. 21. 61A0. 50. 450. 420. 380.340. 30

5、. 260. 220. 18表 2 第二 組實(shí)驗(yàn)方案試驗(yàn)序號 123456789T /sA0. 620. 580. 540. 50.450. 420. 380. 340. 32 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容2. 1 實(shí)驗(yàn)條件(1 實(shí)驗(yàn)儀器 :2450MHz 微波發(fā)射源 , 101 電熱鼓風(fēng)干燥箱、 XYZ 脫水儀、 含水率測定儀、 HJ 5型多功能攪拌器、 蒸餾器、 超聲波清洗儀、 電 子天平、 溫度計(jì)、 移液管、 燒杯等 .(2 油樣 :所用的油樣為遼河牛心陀油品 , 還 用到煤油、 單甘脂、 平平加 . 2. 2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容(1原油的預(yù)處理及脫水 :首先對油樣進(jìn)行 了預(yù)處理 , 保證室內(nèi)數(shù)據(jù)的重現(xiàn)性和可比性 ,

6、 然后 進(jìn)行了脫水處理 , 以便能夠配置一定含水率的乳 化液 .(2 配制原油乳化液 :試驗(yàn)采用質(zhì)量比為 2 1的原油與煤油的混合油、 自來水以及乳化劑平平 加配制乳化液 , 按照均勻設(shè)所得方案配制不同含 水率的乳化液 .(3 微波處理 :在陶瓷容器中稱取 30g 配好 的乳化劑樣品 , 按照均勻設(shè)計(jì)所得實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行 微波處理 . 處理結(jié)束 , 立即將樣品倒入預(yù)熱好的 50mL 的量筒中 , 隔一段時(shí)間記錄一次水層體積 . (4對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn) :在均勻設(shè)計(jì)方案 的參數(shù)取值范圍內(nèi) , 選擇用于檢驗(yàn)的乳化液的濃 度、 微波功率和微波輻射時(shí)間 , 得出脫水率后代入 回歸方程中進(jìn)行檢驗(yàn) .(5 對

7、低含水率乳化液 脫水規(guī)律進(jìn)行研究 : 試驗(yàn)中選取 20%的乳化液為研究對象 , 分別采用 小功率、 長時(shí)間以及大功率、 短時(shí)間和大功率、 長 時(shí)間對乳化液進(jìn)行處理 .(6水分氣化對乳化液脫 水的影響 :將含水 率為 46%(乳化劑濃度為 4% 的乳化液用功率為 0. 6kW 的微波處理 10min, 使其 中部分水分氣 化 , 觀察脫水效果 .3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析將計(jì)算出的結(jié)果輸入均勻設(shè)計(jì)軟件中處理 , 得到的回歸方程為 :Y =-1. 91738E -01+9. 59240E -01! X 3+8. 49725E -01! X 1! X 2其中 :Y 為脫水率 S ; X 1為處理時(shí)間 T ;

8、 X 2為微波功率 P; X 3為乳化液含水率 A.3. 1 微波處理與加熱脫水方法的比較微波處理與加熱脫水方法的比較 , 見表 3.表 3 微波處理與加熱脫水方法的比較乳化液 含水率 /% 處理方法5分鐘脫水率 /%1小時(shí)脫 水率 /%50加熱至 80 , 然后恒溫靜置 011. 9 50微波處理 :2. 0kW , 40s 65. 372. 0 62加熱至 80 , 然后恒溫靜置 031. 6 62微波處理 :1. 8kW , 60s 60. 862. 7從表 3中可以看出微波處理的效果明顯優(yōu)于 加熱方法 , 而且所需要的時(shí)間短 . 經(jīng)微波處理后的 乳化液立即就可以看到水層的出現(xiàn) , 隨著

9、靜置時(shí) 間的增加 , 量筒底部分離出來的水的體積逐漸增 加 , 但是增加速度緩慢 , 大約半小時(shí)之內(nèi)水滴沉降 基本達(dá)到平衡 .3. 2 含水率對微波脫水效果的影響從均勻設(shè)計(jì)軟件處理的結(jié)果來看 , 乳化液含 水率對微波脫水效果影響最大 . 含水率越高 , 由擬 合公式計(jì)算出來的脫水率越高 . 其原因可能有兩 個(gè) :(1 微波加熱是選擇性加熱極性分子 , 即乳化 液中的水分子 . 當(dāng)乳化液中含水率較高時(shí) , 乳化液 被加熱的溫度也越高 , 脫水也就更容易 . (2 乳化 液中含水量多時(shí) , 水滴直徑分布不均 , 相鄰兩個(gè)水 滴之間的距離小 , 水滴容易合并成更大的水滴 , 通 過沉降分離出來 ;

10、而乳化液中含水量少時(shí) , 水滴直 徑小 , 且直徑分布均勻 , 相鄰水滴之間的距離大 , 增加了水滴合并的難度 .3. 3 微波能量對脫水效果的影響 液 , 當(dāng)微波功率與輻射時(shí)間的乘積越大時(shí) , 即微波 能量越大時(shí) , 脫水率越高 . 從微波破乳的原理來 看 , 乳化液吸收的微波能量越多 , 水滴的 Zeta 電 位被破壞的程度也就越大 , 水滴之間的電荷斥力 降低得更多 , 水滴就容易絮凝、 聚結(jié) ; 而另一方面 , 乳化液吸收的微波能越多 , 產(chǎn)生的熱量越多 , 溫度 上升得越高 , 乳化劑物質(zhì)在油相中的溶解度增加 , 也使得乳化液更容易破乳脫水 .3. 4 低含水率的乳化液破乳脫水低含水

11、率的乳化液破乳脫水比較困難 , 在第 一組實(shí)驗(yàn)中微波處理對 低含水率 (低于 30% 的 乳化液處理效果并不好 , 經(jīng)微波處理后立即脫水 率為 0, 靜置一小時(shí)后分離出來的水層體積仍然 很少 . 從后來對含水率為 20%的乳化液的處理來 看 , 見表 4, 采用小功率微波處理較長時(shí)間脫水效 果要比采用大功率處理破乳脫水效果要好 , 無論 大功率作用時(shí)間短還是作用時(shí)間長 . 其原因可能 是微波功率過大時(shí) , 乳化液升溫速度太快 , 分子的 熱運(yùn)動(dòng)加劇 , 反而破壞了分散相的聚集和凝并 , 使 破乳的效果降低 .表 4 不同微波 作用方式的比較含水率/%微波功率/kW處理時(shí)間/min立即脫水率 /

12、%最終脫水 率 /% 200. 61033. 3340. 00 20330. 003. 33 2031020. 0025. 003. 5 水分汽化對脫水效果的影響對含水率都為 46%的乳化液采取不同的微 15第 3期 黃 莉 , 等 :微波作用下原油脫水規(guī)律的實(shí)驗(yàn)研究表 5 含水率 46%兩種處理方式的比較微波處 理方式立即脫水率 /%最終脫水率 /%功率/kW 輻射時(shí)間 /min 0. 6350. 0058. 700. 6109. 4211. 59表 5中反映了微波作用時(shí)間加長后脫水率大 幅度的下降 , 一部分原因是由于部分水分汽化脫 離了乳化液體系 , 計(jì)算脫水率時(shí)沒有考慮這部分 水的體積

13、 ; 另一部分可能是因?yàn)樗制髲娜?化液體系中揮發(fā)出來時(shí) , 變成更小的水滴分散在 油相中 , 從而使得水滴的凝聚和合并更加困難 . 說 明當(dāng)微波作用時(shí)間過長 , 乳化液的溫度被加熱得 過高 , 使得部分水分汽化 , 可能對脫水效果有不利 的影響 .4 基本結(jié)論從對試驗(yàn)結(jié)果的分析中可以得出下面的一些 結(jié)論 :(1微波破乳效果好、 速度快是常規(guī)加熱方 法所不能比的 . 微波處理結(jié)束后半小時(shí)之內(nèi) , 油水 分離過程基本結(jié)束 .(2 乳化液含水率對微波破乳的效果影響最 大 , 含水率越高的乳化液經(jīng)微波處理后脫水率越 高 . 對于低含水率的乳化液微波處理效果不明顯 .(3進(jìn)行微波處理時(shí) , 微波輻

14、射能量越大破 乳效果越好 . 但并非微波功率越大、 處理時(shí)間越長 越好 , 微波功率過大時(shí)反而影響水滴的合并 , 導(dǎo)致 脫水困難 .(4 對于低含水率的乳化液 , 采用小功率、 長 時(shí)間的作用方式比大功率、 短時(shí)間作用方式脫水 效果要好 .(5 加熱溫度過高時(shí)水 分變成水蒸氣汽化 , 一部分水分可能變成 更小的水滴分 散于乳化液 中 , 反而不利于乳化液的破乳脫水 .參考文獻(xiàn) :1 劉慧玲 . 微波脫 水技術(shù) J.油氣 田地 面工 程 , 1982,11(4 :22-25.2 張鴻仁 . 油 田原油脫水 M . 北京 :石 油工業(yè)出版社 ,1988.3 金欽漢 . 微波化學(xué) M . 北京 :科

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18、g microwave radiation, SPE 74164. (15為 SPE 文獻(xiàn) Experimental study on dehydration of crude oil using microwave radiationHUANG Li, JIANG Hua yi, YUAN Zong ming(School of P etroleum Engineer ing , Southwest Petroleum I nstitute, Chengdu 610500, ChinaAbstract :Using uniform design method to design the ex periment of the emulsion treatment w ith mi crow ave radiation. T hrough the