第七章原油的脫鹽脫水

第二篇石油加工概論石油是烴類和非烴類構(gòu)成的復(fù)雜混合物，要想精確地將石油分離成單組分化合物，幾乎是不可能的，根據(jù)對石油產(chǎn)品的使用要求，也沒有這種必要。從石油中提煉出各種燃料、潤滑油和其它產(chǎn)品的基本途徑是：將原油按沸點分割成不同餾分，然后根據(jù)油品使用要求，除去餾分中的非理想組分，或經(jīng)化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化成所需要的組分，從而獲得合格石油產(chǎn)品。

2/3/20231石油煉制工程通常原油先經(jīng)過蒸餾過程，根據(jù)已制定的加工方案，將其按沸程分割成汽油、煤油、輕柴油、重柴油、各種潤滑油餾分和渣油，此即所謂的原油一次加工。蒸餾所得到的各種餾分油稱為直餾油，基本不含瀝青質(zhì)和膠質(zhì)。為提高產(chǎn)品質(zhì)量和輕油收率，相當(dāng)多的直餾餾分油作為二次加工過程的原料，如催化裂化原料、催化重整原料和加氫裂化原料等。潤滑油餾分可通過溶劑精制、溶劑脫蠟、溶劑脫瀝青及補(bǔ)充精制等加工過程得到各種潤滑油基礎(chǔ)油。各種加工過程得到的不同產(chǎn)物，最后大都需要通過精制和調(diào)合，加入必要的添加劑，才能成為合乎各種質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的石油產(chǎn)品。

2/3/20232石油煉制工程從原油蒸餾得到的直餾輕餾分（汽油、煤油和輕柴油等）數(shù)量有限，即使產(chǎn)量不多的輕質(zhì)原油，其含<300℃餾分也只有50%～60%，其它原油含<300℃餾分僅20%～30%或更少。我國主要原油大都含輕餾分較少，含<300℃餾分約<27%。因此必須將原油中重質(zhì)餾分油甚至渣油轉(zhuǎn)化成輕質(zhì)燃料，這就需要進(jìn)行二次加工；同時還需將所得到的輕質(zhì)油品進(jìn)行精制和用氣體烴合成高辛烷值汽油組分，這些過程絕大部分為化學(xué)反應(yīng)過程，主要過程有催化裂化、催化重整、催化加氫、熱裂化、減粘裂化、焦炭化、疊合、烷基化、異構(gòu)化等過程。

2/3/20233石油煉制工程

潤滑油生產(chǎn)過程主要是脫除潤滑油餾分和渣油中的膠質(zhì)、瀝青質(zhì)、多環(huán)短側(cè)鏈芳烴、非烴化合物及石蠟等，以改善潤滑油的粘溫性質(zhì)、氧化安定性和低溫性能等。加工過程以物理過程為主，如渣油溶劑脫瀝青，溶劑精制、溶劑脫蠟等。

本篇將分別討論各主要石油加工過程的基本原理、影響因素、工藝流程和主要設(shè)備等問題。原油在蒸餾前，必須先進(jìn)行脫鹽脫水預(yù)處理，以滿足蒸餾裝置對原油含鹽含水量的要求。

2/3/20234石油煉制工程第七章原油的脫鹽脫水2/3/20235石油煉制工程一、原油脫鹽脫水的目的

從地層中開采出來的原油中均含有數(shù)量不一的機(jī)械雜質(zhì)、C1～C2輕烴氣體、水以及NaCl、MgCl2、CaCl2等無機(jī)鹽類。原油先經(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，鹽類除小部分呈結(jié)晶狀懸浮在原油中外，大部分溶于水中。水分大都以微粒狀分散在油中，形成較穩(wěn)定的油包水型乳狀液。原油含鹽含水對原油儲運(yùn)、加工、產(chǎn)品質(zhì)量及設(shè)備等均造成很大危害，主要為：2/3/20236石油煉制工程（1）增加儲運(yùn)、加工設(shè)備（如油罐、油罐車或輸油管線、機(jī)泵、蒸餾塔、加熱爐、冷換設(shè)備等）的負(fù)荷，增加動力、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)壓降增加，氣速過大，易引起沖塔等操作事故。（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，增大流動阻力，嚴(yán)重時導(dǎo)至堵塞管路，燒穿客壁、造成事故。

2/3/20237石油煉制工程（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，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，會產(chǎn)生H2S腐蝕設(shè)備，其生成的FeS附于金屬表面，形成一層保護(hù)膜，保護(hù)下部金屬不再被腐蝕。但如同時存在HCl，HCl能與FeS反應(yīng)，破壞保護(hù)膜，反應(yīng)生成物為H2S，會進(jìn)一步腐蝕金屬，從而極大地加劇了設(shè)備腐蝕。其反應(yīng)為：

Fe+H2S→FeS+H2FeS+2HCl→FeCl2+H2S2/3/20238石油煉制工程（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。

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，對于有渣油加氫或重油催化裂化過程的煉油廠，要求原油含鹽量<3mg/l。2/3/20239石油煉制工程二、原油脫鹽脫水的基本原理

原理：原油中的鹽大部分溶于水中，所以脫水的同時，鹽也被脫除。常用的脫鹽脫水過程是向原油中注入部分含氯低的新鮮水，以溶解原油中的結(jié)晶鹽類，并稀釋原有鹽水，形成新的乳狀液，然后在一定溫度、壓力和破乳劑及高壓電場作用下，使微小的水滴，聚集成較大水滴，因密度差別，借助重力水滴從油中沉降、分離，達(dá)到脫鹽脫水的目的，稱為電化學(xué)脫鹽脫水，簡稱電脫鹽過程。2/3/202310石油煉制工程當(dāng)水滴直徑>0.5×10-6m時，水滴沉降速度基本上符合球形粒子在靜止流體中自由沉降的斯托克斯（Stokes）定律：

式中u：水滴沉降速度，m/s；

d1：水滴直徑，m；

ρ1：水密度，kg/m3ρ2：原油密度，kg/m3；

υ2：原油粘度m2/s；

g：重力加速度，m/s2。

2/3/202311石油煉制工程措施：加熱、壓力、加破乳劑、高壓電場、注水由上式可見，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；同時水的密度ρ1隨溫度升高而下降的幅度比原油密度ρ2變化小，即ρ1-ρ2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。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。加熱沉降脫水時，溫度不能過高，否則原油中輕組分和水會氣化，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℃左右。當(dāng)原油和水呈乳狀液時，僅靠加熱沉降無法解決脫鹽脫水問題，必須采用電化學(xué)脫鹽脫水方法。

2/3/202312石油煉制工程三、影響脫鹽脫水的因素1、溫度：溫度升高可降低原油的粘度和密度，增加水的沉降速度，但不宜過高，105～140℃。2、壓力：避免原油中水輕組分汽化，0.8～2MPa。3、注水量和水質(zhì)：注水量一般為5%～7%。4、破乳劑和脫金屬劑：二元以上組分的復(fù)合型破乳劑，脫金屬劑與金屬發(fā)生螯合作用。5、電場梯度：電場梯度越大，破乳效果越好，過大水滴會發(fā)生分散，500～100V/cm。2/3/202313石油煉制工程三、原油脫鹽脫水工藝

煉油廠原油的脫鹽脫水大都采用二級電化學(xué)脫鹽方法,它綜合運(yùn)用加熱、加破乳劑和高壓電場幾種措施，使原油破乳、水滴聚結(jié)而沉降分離。

2/3/202314石油煉制工程原油按比例加入淡水、破乳劑后經(jīng)原油泵混合，并經(jīng)換熱器加熱到預(yù)定溫度，從底部進(jìn)入一級電脫鹽罐，通過高壓電場后，脫水原油從罐頂引出；再次注入新鮮水，經(jīng)混合閥混合后進(jìn)入二級電脫鹽罐底部，再次通過高壓電場脫水，脫水后原油從罐頂流出即為脫水原油。從二級脫鹽罐中脫出的水含鹽較少，將其作為一級脫鹽前所加的水注入原油，以節(jié)約新鮮水。從一級脫鹽缸脫出的水，從罐底排出后出裝置。

原油進(jìn)入一級和二級脫鹽罐前均需注水，其目的是溶解原油中的結(jié)晶鹽類和增大原油中含水量，以增加水滴的偶極聚結(jié)力。通常注水量一級為原油的5%～6%，二級為2%～3%。2/3/202315石油煉制工程五、原油脫酸在石油煉制過程中，環(huán)烷酸的腐蝕性極強(qiáng)，酸值在0.5mgKOH/g以上就會產(chǎn)生強(qiáng)烈腐蝕。脫酸機(jī)理：加入適當(dāng)?shù)闹泻蛣┘霸鋈軇?，與原油中的環(huán)烷酸和其它酸中和反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為水溶性或親水的化合物，即生成鹽進(jìn)入溶相或水相，在破乳劑的作用下，在一定的電場梯度和