平板绝缘电极静电聚结器脱水研究

2012-10-25周博博彭松梓崔新安陈建义

石油化工腐蚀与防护 2012年6期

周博博，彭松梓，崔新安，陈建义

(1.中国石油大学(北京)化学工程学院，北京 102249;2.中石化洛阳工程有限公司，河南洛阳 471003)

目前随着世界范围内原油劣质化，采出液黏度越来越大，水含量越来越高，乳化液类型更加复杂，性质更加稳定。原油采出液通过常规三相分离和热化学处理后水含量仍然超高，进入电脱水装置后通常造成电流超高、甚至跳闸，对电脱水装置造成很大冲击，影响稳定运行，同时排水含油高，环保压力大[1]。西方发达国家的研究人员面对高含水油田、深水油田、绿色油田开发新形势，提出静电预聚结原油脱水的技术理念，并进行了大量基础研究。由于该技术对材料和工艺要求极其严格，且绝缘层对电场不可避免会产生影响，所以至今电极的绝缘技术仍不成熟，国内在这方面的研究还处于起步阶段。因此开展静电聚结脱水技术研究，开发可靠耐用的绝缘电极和脱水工艺，研制新型、高效的静电聚结电脱水设备可以减少设备级数、缩小设备尺寸、提高油水分离效率，对满足目前海上油田高含水采出液的处理具有重要意义[2-4]。

1 实验部分

1.1 原料性质及设备

实验用油为渤海秦皇岛32-6原油，20℃时密度为954.6 kg/m3，黏度为81.99 mm2/s;50℃时密度为938.6 kg/m3，黏度为25.70 mm2/s，盐质量浓度为439 mg/L，总酸值为3.0 mgKOH/g。

实验用水为自来水。实验设备主要是石油产品水分试验器、电子计价秤、万能击穿装置、乳化机和高温高压反应釜。

1.2 绝缘电极加工

根据实验室条件和实验所需制备了两种类型的绝缘电极:①静态试验电极采用将合适长度的绝缘管套在不锈钢裸电极上，底端采用玻璃珠密封后，再灌入高温环氧树脂固化剂进行密封，以保证原油乳化液不会渗进电极内，避免实验时联通造成短路，一端不做处理。在190～230℃下热缩30～60 min，即可得到实验绝缘电极。②动态试验电极制作成平板状，长度200 mm，宽度90 mm。试验用绝缘材料为氟塑料绝缘管，规格φ4 mm，根据需要可以制作不同层数和厚度的绝缘电极。

1.3 实验方法

1.3.1 静态试验

试验装置见图1。

具体试验步骤:

(1)打开电脱盐脱水试验仪，加热铝浴，使温度保持在实验所需;

(2)将配制好的原油乳状液70 g移至不锈钢电脱水罐内;

(3)密封不锈钢罐，将不锈钢罐放入铝浴中恒温5 min;

(4)将不锈钢罐放入铝浴中，加电场一定时间;

(5)打开不锈钢罐，用移液管吸取20 g左右的脱水罐上部油;

(6)用GB260规定方法进行脱后含水分析。

图1 静电聚结脱水罐示意图Fig.1 Electrostatic coalescence dehydrator schematic diagram

1.3.2 动态试验

动态实验工艺流程如图2所示。

图2 动态实验工艺流程Fig.2 Dynamic experiment flow chart

实验介质按含水的总质量百分率配置成所需乳化液，采用计量泵控制乳化液流量和水的流量，二者在反应釜内混合均匀并预热，然后进入有机玻璃脱水器，乳状液在电脱水器中发生聚结作用，油水快速分离，其中油从上部出口流出，水从底部排出。乳化液在电场中停留一定时间后开始取样分析，以后间隔相同时间取样，分析出口原油乳化液的水含量。

1.4 分析方法

静电聚结脱水效率用η表示，其计算公式如下:

式中C1、C2分别为静电聚结脱水前后原油中水的质量分数，%。

2 实验数据分析与处理

2.1 静态试验

2.1.1 不同绝缘层厚度的耐压及脱水

试验方法参见1.3.1静态试验，在实验温度为75℃，停留时间30 min条件下，配制水的质量分数为50%的稳定乳状液，考察不同厚度绝缘电极在不同电压下的静电聚结脱水效果(见图3)。

图3 不同绝缘层厚度的耐压与脱水效率的关系Fig.3 The thickness of the insulating layer and dehydration efficiency

当绝缘层厚度为0.2 mm的电极在施加电压为3500 V时击穿。由图3可知脱水效率随电压的升高而升高，这是由于水是极性分子，当其处在电场中时，电场能驱动水分子有序运动，使小水滴聚结成大水滴，然后沉降出来。水滴之间的聚结力与电场强度的平方成正比，所以增大电压使得脱水效率提高。在相同电压下乳化液的脱水效率均随绝缘层厚度的增加而降低，这是由于绝缘材料对电场具有衰减作用，随着绝缘层厚度的增加，电场强度变小，脱水效率降低。但是增加绝缘层厚度可以承受更高的电压，使设备的使用安全性提高，双层电极在5000 V电压下，其脱水率也可以达到95%以上。电场强度可以根据实际情况调整电压与绝缘层厚度，在设备使用安全可靠的前提下，实现较高的脱水率。

2.1.2 不同停留时间对脱水效果的影响

实验温度为75℃，配制水的质量分数为40%和60%的稳定乳化液，考察乳化液在电场停留时间不同对静电聚结脱水效果的影响(见图4)。

由图4可知，两种水含量不同乳化液的脱水效率均随停留时间的延长而提高。静态试验停留时间超过20 min后，脱水效率达到95%以上，再延长停留时间，脱水效率变化不大。

图4 静态实验电场停留时间与脱水效率的关系Fig.4 Static experiment resident time and dehydration efficiency curve

2.2 动态试验

试验方法参见1.3动态试验，温度为75℃，控制进料中水的质量分数为70%和80%，用动态试验考察停留时间对原油乳状液脱水效率的影响(见图5)。

图5 动态试验电场停留时间与脱水效率的变化曲线Fig.5 Dynamic experiment resident time and dehydration efficiency curve

由图5可知，两种水含量不同混合液的脱水效率均随停留时间的延长而提高。与静态试验规律类似，动态试验停留时间超过25 min后，脱水效率达到95%以上，再延长停留时间，脱水效率变化不大。这是因为当停留时间较短时，水滴无法充分碰撞聚结从而合并成较大颗粒沉降出来，影响了脱水效率所以时间足够长，脱水效率变化就不明显。实验表明在其他实验条件受限的情况下，可以通过适当增大电场对乳化液的作用时间来提高乳化液的分离效率。