原油處理工藝簡介-39頁P(yáng)PT課件

1、原油處理工藝簡介1.概述2.幾種常規(guī)油水分離技術(shù) 3.一些新工藝的介紹 1.概述原油的特點(diǎn)原油處理的目的何為原油處理原油的特點(diǎn)注水驅(qū)動方式開采的油藏占有極大的比例，因而從油井產(chǎn)出的油氣混合物內(nèi)經(jīng)常含有大量的采出水和泥砂等機(jī)械雜質(zhì)。特別在油田后期生產(chǎn)中，油井產(chǎn)物內(nèi)的水油比常超過10，泥砂等機(jī)械雜質(zhì)亦可高達(dá)1%-5%(質(zhì))。據(jù)統(tǒng)計(jì)，世界上所產(chǎn)原油的90%以上需進(jìn)行脫水。 原油處理的目的原油中的水不僅增加了能耗和投資的費(fèi)用，而且酸性氣體如CO2和H2S等易在水中溶解，形成酸性水溶液，從而對設(shè)備、管線、泵體等產(chǎn)生腐蝕。 那何為原油處理呢？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

2、工藝過程稱原油處理。國內(nèi)常稱為原油脫水。原油中所含水分可以分為兩類：一類是直接可以用沉降法從油中分離出來的，稱為游離水；另一類很難用沉降法從油中分離出來，稱為乳化水。原油和水的混合物稱油水乳狀液，或原油乳狀液。主要有兩種類型。一種稱為油包水型乳狀液（W/O），另一種稱為水包油型乳狀液（O/W）,此外還有復(fù)合乳狀液，即油包水包油型、水包油包水型等。原油脫水包括脫除原油中的游離水和乳化水。脫除乳化水比游離水難得多，因而多年來始終把W/O型乳化液的油水分離作為研究重點(diǎn)。各種常見脫水方法的共同點(diǎn)是，創(chuàng)造良好條件使油水依靠密度差和所受重力不同而分層。2.幾種常規(guī)油水分離技術(shù)介紹 目前已知的油水分離方法主

3、要有重力式分離、離心式分離、電分離、吸附分離、氣浮分離等。油水分離方法 水的狀態(tài) 成本 溶解水 乳化水 自由水 低 中高沉降法 離心法 真空減壓法 吸附法 凝結(jié)法 重力式分離 當(dāng)相對較輕的組分處于層流狀態(tài)時， 較重組分液滴根據(jù)斯托克斯公式的運(yùn)動規(guī)律沉降， 重力式沉降分離設(shè)備即根據(jù)這一基本原理進(jìn)行設(shè)計(jì)。 斯托克斯公式由斯托克斯公式可知，通過增大水分密度，擴(kuò)大油水密度差，減小油液粘度可以提高沉降分離速度，從而提高分離效率。 1904年Hazen根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)提出了“ 淺池理論”。以這一理論為基礎(chǔ)，1950年美國殼牌公司研制成功第1臺平行板捕集器，其可去除水中最小為60m的油滴。上世紀(jì)70年代Fram

4、 公司開發(fā)了V型板分離器，上世紀(jì)80年代CE-NATCO公司開發(fā)了板式聚結(jié)器，這是一種錯流式組合波紋板， 經(jīng)過不斷改進(jìn)，這種設(shè)備在油氣分離、油水分離和含油污水凈化方面都得到了應(yīng)用。 離心分離 利用油水密度的不同，使高速旋轉(zhuǎn)的油水混合液產(chǎn)生不同的離心力，從而使油與水分開。由于離心設(shè)備可以達(dá)到非常高的轉(zhuǎn)速，產(chǎn)生高達(dá)幾百倍重力加速度的離心力，因此離心設(shè)備可以較為徹底地將油水分離開，并且只需很短的停留時間和較小的設(shè)備體積。由于離心設(shè)備有運(yùn)動部件，日常維護(hù)較難，因此目前只應(yīng)用于試驗(yàn)室的分析設(shè)備和需要減小占地面積的場所。 電脫分離 乳狀液置于高壓的交流或直流電場中，由于電場對水滴的作用，削弱了乳狀液的界面

5、膜強(qiáng)度，促進(jìn)水滴的碰撞、合并，最終聚結(jié)成粒徑較大的水滴，從原油中分離出來。 由于用電蒸發(fā)處理含水量較高的原油乳狀液時，會產(chǎn)生電擊穿而無法建立極間必要的電場強(qiáng)度，所以，電脫法不能獨(dú)立使用，只能作為其它處理方法的后序工藝, 在油田和煉油廠得到應(yīng)用。 乳化水的粗粒化蒸發(fā) 利用油水對固體物質(zhì)親和狀況的不同，常用親水憎油的固體物質(zhì)制成各種蒸發(fā)裝置。 例如大港油田的陶粒蒸發(fā)器，用陶粒作填料，當(dāng)油水混合物流經(jīng)陶粒層時，被迫不斷改變流速和方向，增加了水滴的碰撞聚結(jié)幾率，使小液滴快速聚結(jié)沉降。 氣浮分離 依靠水中形成微小氣泡，攜帶絮粒上浮至液面使水凈化的一種方法。 條件是附在油滴上的氣泡可形成油-氣顆粒。由于氣

6、泡的出現(xiàn)使水和顆粒之間密度差加大，且顆粒直徑比原油油滴大，所以用顆粒密度代替油密度可使上升速度明顯提高。即當(dāng)1個氣泡(或多個氣泡)附在1個油滴上可增加垂直上升速度，從而可脫除直徑比50m小得多的油滴。 3.一些新工藝的介紹 超聲波原油破乳脫水法 微波輻射原油脫水法生物法 緊湊型靜電預(yù)聚結(jié)技術(shù) 超聲波原油破乳脫水法 其機(jī)理:(1)機(jī)械振動作用促使水粒子凝聚。當(dāng)超聲波通過有懸浮水粒子的原油介質(zhì)時，造成懸浮水粒子與原油介質(zhì)一起振動。由于大小不同的水粒子具有不同的相對振動速度，水粒子將相互碰撞、粘合，使其體積和重量均增大，最后沉降分離；(2)機(jī)械振動作用可使原油中的石蠟、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)等天然乳化劑分散均

7、勻，增加其溶解度，降低油-水界面膜的機(jī)械強(qiáng)度，有利于水相沉降分離；(3)熱作用可降低油-水界面膜強(qiáng)度和原油粘度。一方面，邊界摩擦使油-水分界處溫度升高，有利于界面膜的破裂，另一方面，原油吸收部分聲能轉(zhuǎn)化成熱能，可降低原油的粘度，有利于水粒子的油-水重力沉降分離。國外對超聲波用于破乳的研究開展得比較早，20世紀(jì)80年代就有相關(guān)的報道。 Roatz Sinone等分別用超聲波和超濾膜來處理用非離子乳化劑穩(wěn)定的WO型乳狀液，認(rèn)為膜過程不能使油水完全分離而超聲波可以使油水完全分離，破乳劑加入、溫度高及pH低都可以加快油水分離過程。Singh B P用超聲波處理乳狀液，在加入破乳劑的情況下脫水率達(dá)99-

8、100，不加破乳劑，室溫脫水率大于75，超聲波對一些化學(xué)破乳不起作用，對比較穩(wěn)定的乳狀液破乳也能得到令人滿意的結(jié)果。 國內(nèi)在超聲波原油破乳方面的研究起步較晚，20世紀(jì)90年代中后期陸續(xù)有文獻(xiàn)報道。 耿連瑞等發(fā)明了一種原油電場脫水的超聲波破乳裝置，用超聲波在液體中空化效應(yīng)產(chǎn)生的大量空化氣泡破裂時的爆破力作為破乳的動力，對油水混合液進(jìn)行破乳處理，再進(jìn)行電場脫水，不需添加化學(xué)破乳劑。葉國祥等考察了超聲強(qiáng)化原油預(yù)處理工藝中的部分影響因素，包括電場強(qiáng)度、超聲波頻率、超聲波功率、破乳劑用量、注水量等。超聲波功率和電場強(qiáng)度增加均可使原油的脫鹽脫水效率增加，采用體積分?jǐn)?shù)為5左右的注水量能取得較理想的脫水脫鹽效

9、果 。微波輻射原油脫水法 微波可用來破乳，究其作用機(jī)制，可歸結(jié)為微波輻照的熱效應(yīng)和非熱效應(yīng)同時作用的結(jié)果。與普通的加熱方式一樣，微波加熱可使乳化液溫度上升，但微波能量轉(zhuǎn)化效率遠(yuǎn)高于熱傳導(dǎo)，加熱溫度上升更快，且加熱體內(nèi)外溫度可同時上升。隨溫度上升,水的粘度比油水密度差降低的更快，因此加熱會使油滴上升速度增加，使油水分離加快。另一方面，由于微波是頻率很高的電磁波，施加微波后，會使極性的水分子和帶電液珠隨電場的變化迅速轉(zhuǎn)動或產(chǎn)生電荷位移，擾亂了液-液界面電荷的有序排列，從而導(dǎo)致雙電層結(jié)構(gòu)的破壞，Zeta電位急劇減小。另外微波對烴類具有氧化作用，使其形成相應(yīng)的醇、酮、醚；微波還能使烴類分子在微波場中發(fā)

10、生共振而導(dǎo)致分子鏈斷裂，這些都有利于油水分離。 劉惠玲進(jìn)行了微波破乳脫水和重力沉降、化學(xué)脫水、加熱脫水方法的對比，結(jié)果表明，微波脫水速度快，效果好。生物法 生物法原油脫鹽脫水是利用微生物對原油乳狀液進(jìn)行破乳，進(jìn)而達(dá)到脫鹽脫水目的。 其原理是：某些微生物通過消耗表面活性劑得以生長，并對乳化劑起生物變構(gòu)作用致使乳狀液破壞；另外，有些微生物在代謝過程中分泌出一些具有表面活性的代謝產(chǎn)物，這類天然的表面活性劑對原油乳狀液是良好的破乳劑。 生物破乳劑起主要破乳作用的是細(xì)菌胞體 。馮志強(qiáng)、楊永軍等研制了一種原油生物破乳劑，并對其進(jìn)行了室內(nèi)與現(xiàn)場中試試驗(yàn)，考察了其對油田采出液的破乳及脫水效果。試驗(yàn)結(jié)果表明，與

11、標(biāo)樣及目前現(xiàn)場常用的化學(xué)破乳劑相比，原油生物破乳劑具有優(yōu)良的破乳及脫水性能。破乳后的油水界面清晰，脫出水中含油量低。 緊湊型靜電預(yù)聚結(jié)技術(shù) 緊湊型靜電預(yù)聚結(jié)原油脫水是應(yīng)含水油田、邊際油田、深水油田以及綠色油田開發(fā)的客觀需要而出現(xiàn)的一項(xiàng)新技術(shù)。西方發(fā)達(dá)國家的研究人員先后研發(fā)出的一些代表性產(chǎn)品在油田現(xiàn)場得到了應(yīng)用，為提高現(xiàn)有原油電脫水設(shè)備的處理效率、減小設(shè)備體積、減少化學(xué)破乳劑對環(huán)境的負(fù)面影響等奠定了基礎(chǔ)。基于對適當(dāng)湍流反而能夠促進(jìn)分散相水顆粒碰撞、聚結(jié)等問題的全面認(rèn)識， 他們打破數(shù)十年來常規(guī)電脫水器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的慣性思維模式，率先提出了將水顆粒靜電聚結(jié)長大與水顆粒重力沉降2個過程分開、予以先后實(shí)施

12、的原油脫水方案，從而使得靜電聚結(jié)破乳設(shè)備緊湊化、高效化，這就是所謂的緊湊型靜電預(yù)聚結(jié)原油脫水技術(shù)。 (1)基于脈沖DC電場的緊湊型靜電預(yù)聚結(jié)器(EPIC)20世紀(jì)80年代初期，為了突破常規(guī)電脫水技術(shù)難以處理較高含水率WO型乳化液的限制，英國Bradford大學(xué)化學(xué)工程系的Philip JBailes教授課題組開發(fā)出了一種靜電破乳器，可以在含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)65以上時正常工作，其主要特點(diǎn)是對高壓電極進(jìn)行了絕緣涂層處理，并使用高壓脈沖DC電場來克服高壓DC電場下絕緣涂層對電場強(qiáng)度的急劇衰減效應(yīng)。1991年前后，英國石油公司(BP)資助Bailes課題組開展了WO型原油乳化液的高壓脈沖DC電場破乳研究

13、。結(jié)果表明，高壓脈沖DC電場能夠較好地處理含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)50的原油乳化液。與此同時，美國Natco集團(tuán)獲得了相應(yīng)的產(chǎn)品開發(fā)授權(quán)，冠以電脈沖感應(yīng)聚結(jié)器(ElectroPulse Inductive Coalescer，EPIC)的商標(biāo)進(jìn)行產(chǎn)品研發(fā)工作.1992年l2月，在BP公司的Wareham油田進(jìn)行了基于“EPIC+常規(guī)重力沉降罐”的首次現(xiàn)場試驗(yàn)，同期進(jìn)行首次現(xiàn)場試驗(yàn)的還有動態(tài)水力旋流器和Lasentec在線顆粒度儀?，F(xiàn)場采樣分析表明，在溫度為20、處理量為71Lmin時，EPIC出口處的水顆粒粒徑從不施加電場時的15-20m增大到施加電場時的60-90m，大約增大了4倍；后續(xù)重力沉降罐出

14、油口的含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)從不施加電場時的32下降到施加電場時的8 ；重力沉降罐的出水水質(zhì)也大為改觀，出水口的含油質(zhì)量分?jǐn)?shù)由原來的68下降到1。Natco集團(tuán)，2019年5月與FMC Technologies公司簽訂了合作協(xié)議，以將后者的高效緊湊型旋流分離技術(shù)與自身的靜電聚結(jié)技術(shù)相結(jié)合，從而研制開發(fā)原油處理的新一代緊湊型液-液分離系統(tǒng)。在2019年5月舉行的OTC年會上，GWSams等人披露了Natco集團(tuán)基于“Whirlyscrub V脫氣器和自由水撇出器+雙頻AC電源脫水器+管式分離器”組合的緊湊型海底分離系統(tǒng)，其中雙頻AC電源電脫水器較常規(guī)工頻60Hz AC源電脫水器的處理能力或工作性能要提高4

15、0左右。(2)基于AC電場的緊湊型靜電預(yù)聚結(jié)器(CEC)進(jìn)入21世紀(jì)以來，原油脫水用緊湊型靜電預(yù)聚結(jié)技術(shù)一直是世界海洋石油大國的研究熱點(diǎn)。目前較為知名的產(chǎn)品主要有緊湊型靜電聚結(jié)器(Compact Electrostatic Coalescer，CEC)、在線靜電聚結(jié)器(Inline Electrostatic Coalescer，IEC)、容器內(nèi)置式靜電聚結(jié)器(Vessel Internal Electrostatic Coalescer，VIEC)、低含水量聚結(jié)器(Low Water Content Coalescer，LOWACC)等4種。 這些緊湊型靜電預(yù)聚結(jié)產(chǎn)品有3個共同特點(diǎn)：一是采用

16、AC電場，二是油水乳化液在其中的流動狀態(tài)為湍流，三是使用帶絕緣涂層的電極(圓筒狀或波紋板狀)。這里僅介紹CEC。 1993年，南安普敦大學(xué)開始與BP、挪威Statoil公司(現(xiàn)與挪威Norsk Hydro公司合并為StatoilHydro)一起合作，進(jìn)行相關(guān)的應(yīng)用基礎(chǔ)研究。結(jié)果表明，在湍流條件下采用靜電聚結(jié)技術(shù)使WO型乳化液脫穩(wěn)是可行的，對電極進(jìn)行絕緣涂層處理可以防止高含水率下發(fā)生電流激增和短路，能夠處理含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過40的模擬乳化液。CEC樣機(jī)于2019年獲得了ONS創(chuàng)新獎，其主要優(yōu)點(diǎn)為：結(jié)構(gòu)較為緊湊，使用“CEC+常規(guī)重力分離器” 的組合，可以將總占地面積和總質(zhì)量分別減少至常規(guī)靜電脫水器的1/2和