油田化學(xué) 王業(yè)飛 第9章PPT課件

1、前言天然氣：從地層采出的可燃?xì)怏w。它主要含飽和烴氣體（如甲烷、乙烷、丙烷、丁烷等）并含少量非烴氣體（如二氧化碳、硫化氫、硫醇等）。 l從氣田產(chǎn)出的天然氣叫氣田氣。 l從油田產(chǎn)出的天然氣叫油田氣（也稱伴生氣）。 污水：從生產(chǎn)井（氣井、油井）脫出的水，它主要來自地層的邊水、底水和（或）注入水。 天然氣和污水存在著各種問題，需要對(duì)它們進(jìn)行各種處理。第1頁/共77頁本章主要內(nèi)容9-1 天然氣處理9-2 油田污水處理 第2頁/共77頁第一節(jié)天然氣處理第九章 天然氣處理與污水處理第3頁/共77頁一、天然氣脫水 1、天然氣脫水的必要性 水蒸汽存在的危害性： （l）在硫化氫和二氧化碳等酸性氣體存在下，水蒸汽的

2、冷凝可使管道產(chǎn)生嚴(yán)重腐蝕。 （2）天然氣可與水在一定條件下生成水合物堵塞管道。 （3）用低溫分離法回收天然氣中的輕烴時(shí)，水蒸汽冷凝成水后結(jié)冰，也可引起管道堵塞。第4頁/共77頁一、天然氣脫水 2、天然氣含水量表示法 （l）天然氣絕對(duì)濕度： 單位體積天然氣中所含水蒸汽的質(zhì)量， 單位為gm-3 。 標(biāo)準(zhǔn)狀況：0 、0.1MPa （2）相對(duì)濕度： 天然氣的絕對(duì)濕度與天然氣中水蒸汽的飽和含量的比值。 （3）水露點(diǎn)： 在一定壓力下，與天然氣絕對(duì)濕度相等的天然氣中水蒸汽的飽和含量所對(duì)應(yīng)的溫度。 第5頁/共77頁一、天然氣脫水第6頁/共77頁一、天然氣脫水 3、天然氣脫水法 （l）降溫法 ： 隨著天然氣溫度

3、的降低和壓力的升高，天然氣中水蒸汽飽和含量降低，因此可用降溫法或先增壓后降溫法脫除天然氣的水蒸汽。天然氣降溫脫水所達(dá)到的溫度必須比管輸天然氣的水露點(diǎn)低57 。第7頁/共77頁一、天然氣脫水 3、天然氣脫水法 （2）吸附法 ： 用吸附劑脫除天然氣中水蒸汽的方法。 吸附劑：比表面大、孔隙度大，對(duì)水有選擇性、熱穩(wěn)定、化學(xué)穩(wěn)定、有一定機(jī)械強(qiáng)度、易再生使用、來源廣、成本低的固體。第8頁/共77頁一、天然氣脫水第9頁/共77頁一、天然氣脫水 3、天然氣脫水法 （3）吸收法 ： 用吸收劑脫除天然氣中水蒸汽的方法。 吸收劑：對(duì)水溶解度高、對(duì)天然氣溶解度低、熱穩(wěn)定、化學(xué)穩(wěn)定、粘度低、蒸汽壓低、起泡和乳化傾向小、

4、無腐蝕性、易再生使用、來源廣、成本低的溶劑。 常用的吸收劑為甘醇。 通過氫鍵與水結(jié)合，脫除天然氣中的水。 可用蒸餾和氣提的方法將甘醇再生使用。 第10頁/共77頁一、天然氣脫水第11頁/共77頁二、天然氣脫酸性氣體天然氣中的酸性氣體 ： 硫化氫：會(huì)增加管線和設(shè)備的腐蝕、污染環(huán)境并在后加工過程中引起催化劑中毒。 二氧化碳：會(huì)增加管線和設(shè)備的腐蝕外，減小天然氣的熱值（單位質(zhì)量天然氣的發(fā)熱量） 二硫化碳（CS2）、硫氧化碳（COS）、硫醇（RSH）等同時(shí)被脫除。第12頁/共77頁二、天然氣脫酸性氣體1、吸附法 （1）化學(xué)吸附劑： 與酸性氣體反應(yīng)的吸附劑。 海綿鐵：化學(xué)成分為氧化鐵（Fe2O3 ），對(duì)

5、硫化氫有特殊的選擇性。 用過的海綿鐵，可通入空氣，在空氣中氧的作用下再生。海綿鐵不用于脫除二氧化碳。 氧化鋅、氧化鈣作為化學(xué)吸附劑，不能再生。 第13頁/共77頁二、天然氣脫酸性氣體1、吸附法 （2）物理吸附劑 通過物理吸附脫除酸性氣體的吸附劑。 分子篩：需用耐酸的分子篩。硅鋁比：分子篩組成中二氧化硅物質(zhì)的量與三氧化二鋁物質(zhì)的量之比。耐酸的分子篩的硅鋁比在410范圍。用熱天然氣再生。 活性炭 硅膠 第14頁/共77頁二、天然氣脫酸性氣體2、吸收法：用吸收劑脫除酸性氣體的方法。 （1）化學(xué)吸收劑： 可與酸性氣體反應(yīng)的吸收劑。 一乙醇胺 ： 可在低溫（2540）下將酸性氣體吸收除去。 可用升溫（高

6、于150）和氣提的方法再生。 第15頁/共77頁二、天然氣脫酸性氣體2、吸收法：用吸收劑脫除酸性氣體的方法。 醇胺法： 第16頁/共77頁二、天然氣脫酸性氣體2、吸收法：用吸收劑脫除酸性氣體的方法。 堿洗法：用氫氧化鈉溶液除去酸性氣體的方法。 不能再生 堿渣處理 第17頁/共77頁二、天然氣脫酸性氣體2、吸收法：用吸收劑脫除酸性氣體的方法。 （2）物理吸收劑： 通過物理吸收脫除酸性氣體的吸收劑 通過溶解作用除去酸性氣體 用加熱氣提的方法再生 第18頁/共77頁二、天然氣脫酸性氣體2、吸收法：用吸收劑脫除酸性氣體的方法。 （2）物理吸收劑： 第19頁/共77頁三、天然氣水合物生成的抑制 天然氣水

7、合物：由天然氣和水形成的固體化合物，又稱可燃冰。 1、天然氣水合物的生成有兩個(gè)條件： （1）天然氣中有水存在； （2）有足夠低的溫度和足夠高的壓力。第20頁/共77頁三、天然氣水合物生成的抑制1、天然氣水合物的生成有兩個(gè)條件： 第21頁/共77頁三、天然氣水合物生成的抑制 2、天然氣水合物的結(jié)構(gòu)： 由水分子組成的三種基本空腔： 一個(gè)小空腔512 ，兩個(gè)大空腔 51262 ；51264 第22頁/共77頁三、天然氣水合物生成的抑制 2、天然氣水合物的結(jié)構(gòu)： 型晶胞：小空腔a與大空腔b組成 型晶胞：小空腔a與大空腔c組成 第23頁/共77頁三、天然氣水合物生成的抑制 2、天然氣水合物的結(jié)構(gòu)： 天然

8、氣水合物的形成： （1）結(jié)晶 （2）長大 （3）聚并、沉積第24頁/共77頁三、天然氣水合物生成的抑制3、天然氣水合物生成的抑制法 （1）降低壓力 （2）保持一定溫度 （3）減少天然氣水含量 （4）天然氣水合物抑制劑第25頁/共77頁三、天然氣水合物生成的抑制3、天然氣水合物生成的抑制法 （4）天然氣水合物抑制劑 醇：與水完全互溶，將天然氣水合物控制在結(jié)晶析出階段。 表面活性劑：通過吸附，將天然氣水合物控制在結(jié)晶的長大階段。 聚合物：天然氣水合物結(jié)晶可與聚合物鏈節(jié)結(jié)合，將天然氣水合物控制在聚并、沉積階段。 第26頁/共77頁三、天然氣水合物生成的抑制3、天然氣水合物生成的抑制法 （4）天然氣水

9、合物抑制劑 第27頁/共77頁三、天然氣水合物生成的抑制3、天然氣水合物生成的抑制法 （4）天然氣水合物抑制劑 第28頁/共77頁三、天然氣水合物生成的抑制3、天然氣水合物生成的抑制法 （4）天然氣水合物抑制劑 第29頁/共77頁三、天然氣水合物生成的抑制3、天然氣水合物生成的抑制法 （4）天然氣水合物抑制劑 第30頁/共77頁第二節(jié)油田污水處理 第九章 天然氣處理與污水處理第31頁/共77頁第二節(jié) 油田污水處理 污水：從油井產(chǎn)液中脫出的水。 處理原因：污水含有固體懸浮物、原油，并有 腐蝕、結(jié)垢和細(xì)菌繁殖等問題。 處理的目的：除油除油劑 除氧除氧劑 除固體懸浮物絮凝劑 防垢防垢劑 緩蝕緩蝕劑

10、殺菌殺菌劑第32頁/共77頁一、污水的除油 污水中的油是以油珠的形式存在于水中，油珠帶負(fù)電。 第33頁/共77頁一、污水的除油除油劑 （1）陽離子型聚合物：中和油珠表面負(fù)電性和橋接油珠的作用。第34頁/共77頁一、污水的除油除油劑 （2）有分支結(jié)構(gòu)的表面活性劑 ：可取代油珠表面原有的吸附膜，使吸附膜保護(hù)作用大大削弱。第35頁/共77頁二、污水的除氧 水中的溶解氧的危害： （1）增加金屬的腐蝕 （2）使溶于水中的化學(xué)劑（如聚丙烯酰胺）氧化變質(zhì)（如降解減粘）。 除氧方法： 加熱、氣提、抽真空、除氧劑。 除氧劑：能除去水中溶解氧的化學(xué)劑。（還原劑）。第36頁/共77頁二、污水的除氧除氧劑 （1）亞硫

11、酸鹽：亞硫酸鹽、亞硫酸氫鹽、硫代硫酸鹽和低亞硫酸鹽（連二亞硫酸鹽）。第37頁/共77頁二、污水的除氧除氧劑 （2）甲醛： 2CH2O + O22HCOOH （3）聯(lián)氨 (高溫除氧) ：（4）硫脲 ：第38頁/共77頁二、污水的除氧除氧劑 （5）異抗壞血酸：第39頁/共77頁三、污水中固體懸浮物的絮凝 固體懸浮物主要為粘土顆粒，其特點(diǎn)是表面帶負(fù)電。 絮凝劑：能使水中固體懸浮物形成絮凝物而下沉的物質(zhì)。絮凝劑的作用能中和固體懸浮物表面的負(fù)電性 使失去電性的固體懸浮物迅速聚結(jié)、下沉 混凝劑 助凝劑 第40頁/共77頁三、污水中固體懸浮物的絮凝 (1)混凝劑： 主要用無機(jī)陽離子型聚合物: a 羥基鋁、羥

12、基鐵和羥基鋯 在水中解離，給出多核羥橋絡(luò)離子，中和固體懸浮物表面的負(fù)電性。 b 三氯化鋁、硫酸鋁、鋁酸鈉、鉀明礬、銨明礬、三氯化鐵、氧氯化鋯 通過水解、絡(luò)合、羥橋作用，形成多核羥橋絡(luò)離子。 第41頁/共77頁三、污水中固體懸浮物的絮凝 (2)助凝劑： 常用助凝劑（水溶性聚合物）：聚丙烯酰胺、部分水解聚丙烯酰胺、聚乙二醇、聚乙烯醇、羧甲基淀粉、羥乙基淀粉、羧甲基纖維素、羥乙基纖維素、瓜爾膠、羧甲基瓜爾膠、羥丙基瓜爾膠、褐藻膠、黃胞膠等。褐藻膠、黃胞膠等。有機(jī)陽離子型聚合物兼有混凝劑和助凝劑的作用。第42頁/共77頁三、污水中固體懸浮物的絮凝 聚丙烯酰胺、部分水解聚丙烯酰胺、聚乙二醇、 注意： （

13、1）混凝劑和助凝劑都有一個(gè)最佳濃度； （2）加入順序，即要先加入混凝劑，再加入助凝劑。 第43頁/共77頁四、污水的防垢垢：在一定條件下從水中析出的溶解度很小的無機(jī)物質(zhì)。常見垢：碳酸鈣垢、硫酸鈣垢、硫酸鍶垢和硫酸鋇垢。 結(jié)垢：垢在管線表面、設(shè)備表面或地層表面的沉積。 防垢劑：防止或延緩水中成垢離子的成垢沉積。第44頁/共77頁四、污水的防垢防垢劑 （1）縮聚磷酸鹽： 鏈狀縮聚磷酸鹽和環(huán)狀縮聚磷酸鹽。 注意： 縮聚磷酸鹽使用溫度：50 第45頁/共77頁四、污水的防垢防垢劑 （2）膦酸鹽制備:由多氨基化合物與甲醛和亞磷酸反應(yīng)，再用堿中和生成。第46頁/共77頁四、污水的防垢防垢劑 （2）膦酸鹽

14、特點(diǎn)： （1）用量低：質(zhì)量濃度一般在0.130 mgL-1。 （2）熱穩(wěn)定性好：如EDTMP與HEDP可分別 用到200和250。 第47頁/共77頁四、污水的防垢防垢劑 （3）氨基多羧酸鹽 制備:由多氨基化合物與氯乙酸在堿性條件下反應(yīng)生成。熱穩(wěn)定性 較好 第48頁/共77頁四、污水的防垢防垢劑 （4）表面活性劑特點(diǎn)：熱穩(wěn)定性有差異第49頁/共77頁四、污水的防垢防垢劑 （4）表面活性劑 式中，R為C12C18；R為C8C14；n為210；M為Na、K、NH4。 在防垢用的表面活性劑中，磺酸鹽、羧酸鹽等類型表面活性劑的熱穩(wěn)定性明顯優(yōu)于硫酸酸酯鹽型表面活性劑的穩(wěn)定性。 第50頁/共77頁四、污水

15、的防垢防垢劑 （5）聚合物 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：低相對(duì)分子質(zhì)量（小于5104）的帶羧基鏈節(jié)的均聚物和共聚物。 使用特點(diǎn)：用量低、熱穩(wěn)定性較好，如聚丙烯酸鹽（PAA）可用到120，而聚順丁烯二酸鹽（PMA）可用到180。 第51頁/共77頁四、污水的防垢防垢劑 （5）聚合物第52頁/共77頁四、污水的防垢防垢劑 （5）聚合物第53頁/共77頁四、污水的防垢防垢劑-防垢劑的作用機(jī)理 1. 晶格畸變機(jī)理：防垢劑吸附 2. 靜電排斥機(jī)理：防垢劑吸附 3.反應(yīng)+絡(luò)合（螯合）機(jī)理：防垢劑水解 第54頁/共77頁四、污水的防垢防垢劑-防垢劑的作用機(jī)理 第55頁/共77頁四、污水的防垢防垢劑-防垢劑的作用機(jī)理 第56頁

16、/共77頁五、污水的緩蝕污水緩蝕主要用中性介質(zhì)緩蝕劑。 （1）氧化膜型緩蝕劑機(jī)理：通過氧化產(chǎn)生致密的保護(hù)膜而起緩蝕作用的。 保護(hù)膜極易促進(jìn)金屬的陽極鈍化，所以也叫鈍化膜型緩蝕劑。常用緩蝕劑：重鉻酸鹽 、鉬酸鹽、亞硝酸鹽、鎢酸 鹽、釩酸鹽、硒酸鹽、銻酸鹽、乙酸鹽、苯甲酸鹽、甲基苯甲酸鹽、水楊酸鹽 第57頁/共77頁五、污水的緩蝕（1）氧化膜型緩蝕劑如重鉻酸鹽通過氧化反應(yīng)產(chǎn)生Cr2O3 、 Fe2O3：氧化物在鋼鐵表面形成鐵氧化鐵-鉻氧化物鈍化膜。 第58頁/共77頁五、污水的緩蝕（2）沉淀膜型緩蝕劑 機(jī)理：通過在腐蝕電池的陽極和陰極表面上形成沉淀膜而起緩蝕作用。陽極表面，如硅酸鈉陰極表面，如硫酸

17、鋅Zn2+ + 2OH- Zn(OH)2第59頁/共77頁五、污水的緩蝕（2）沉淀膜型緩蝕劑 可用的緩蝕劑：硅酸鈉、硫酸鋅、氫氧化鈉、碳酸鈉、磷酸二氫鈉、 磷酸氫二鈉、磷酸三鈉、六偏磷酸鈉、三聚磷酸鈉、 葡萄糖酸鈉、次氨基三亞甲基膦酸鈉(ATMP)、 乙二胺四亞甲基膦酸鈉(EDTMP)、羥乙基二膦酸鈉 （HEDP）等。 第60頁/共77頁五、污水的緩蝕（2）沉淀膜型緩蝕劑 第61頁/共77頁五、污水的緩蝕（3）吸附膜型緩蝕劑 機(jī)理：通過在腐蝕電池陽極和陰極表面上形成吸附膜。 可用的緩蝕劑： 含氮、氧元素的有機(jī)化合物或表面活性劑 除氧劑、殺菌劑的緩蝕作用 注意：污水緩蝕劑通常是復(fù)配使用。第62頁

18、/共77頁五、污水的緩蝕（3）吸附膜型緩蝕劑 常見緩蝕劑第63頁/共77頁六、污水的殺菌污水中的細(xì)菌： （1）硫酸鹽還原菌（SRB） （2）鐵細(xì)菌（IB） （3）腐生菌（TGB） 第64頁/共77頁六、污水的殺菌殺菌劑：少量加入就能殺死細(xì)菌的物質(zhì)。 防止地層堵塞防止化學(xué)劑變質(zhì)防止由細(xì)菌引起的金屬腐蝕目的 要求：高效、廣譜、低毒、穩(wěn)定、無臭、無刺激性、能與其他化學(xué)劑配伍、成本低、來源廣、使用方便等。 第65頁/共77頁六、污水的殺菌殺菌劑分類：非氧化型殺菌劑氧化型殺菌劑殺菌劑分類滲透型殺菌劑吸附型殺菌劑 第66頁/共77頁六、污水的殺菌1氧化型殺菌劑 常用殺菌劑： Cl2（氯氣）、HClO2 (亞氯酸)第67頁/共77頁六、污水的殺菌1氧化型殺菌劑 第68頁/共77頁六、污水的殺菌1氧化型殺菌劑 第69頁/共77頁六、污水的殺菌2非氧化型殺菌劑(1) 吸附型殺菌劑 機(jī)理：通過吸附在細(xì)菌表面（細(xì)菌表面通常帶負(fù)電），影響細(xì)菌正常的新陳代謝而起殺菌作用。 殺菌劑的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：（1）帶正電