蒋艺

(中海油能源发展装备技术设计研发中心，天津 300452)

1 原油脱水概述

原油脱水是石油加工中非常重要的一环，可以提高石油的质量和市场价值。原油脱水是指从原油中去除水分的过程。在石油开采和生产过程中，原油常常伴随着水分存在。水分的存在不仅会影响原油的储存和运输，还会对后续的炼油和加工过程产生负面影响。因此，通过脱水过程将原油中的水分去除是一项重要的工艺步骤。

原油中的水分存在形式多样，包括游离水、悬浮水和乳状水等。游离水指的是在原油中以自由液滴形式存在的水，悬浮水是以微小水滴悬浮于原油中的形式存在，而乳状水则是以乳状胶体形式存在的水。这些水分的存在会降低原油的品质，增加原油的黏度，并且有可能导致腐蚀、催化剂中毒等问题。

一种常用的脱水方法是沉淀式分离法，该方法利用油水两相的密度差异来实现油水分离。在沉淀过程中，加入破乳剂可以加速油水分离的速度。通过实验验证，添加0.5% 的破乳剂可以将含水量为3% 的原油脱水至0.2%。此外，电化学脱水技术也是一种有效的脱水方法。该技术利用外加电场的作用使水分子被电化学吸附至一定的电极上，从而实现脱水。实验结果表明，在50 V 的电场下，电化学法可以将含水量为3.5%的原油脱水至0.15%[1]。

但是，在进行原油脱水处理时，也需要考虑其他因素的影响，例如：石油中的乳化剂状态、石油与乳化剂的陈化、油品黏度和挥发性等。石油中的乳化剂状态会影响脱水效果。例如，如果乳化剂呈现团聚状态，则会导致脱水效果降低。此外，石油的挥发性和含蜡含量也会影响脱水效果。实验结果表明，高挥发性的石油更容易被脱水，而高含蜡含量的石油则需要更长的时间来完成脱水。因此，在进行原油脱水处理时，需要考虑这些因素的影响，以便获得最佳的脱水效果。综上所述，原油脱水技术的研究和发展是石油加工中一个重要的领域。通过使用沉淀和电化学法等不同的脱水方法，可以有效去除石油中的水分和杂质。同时，需要考虑石油中的乳化剂状态、油品黏度、挥发性和含蜡含量等因素的影响，以获得最佳的脱水效果。

2 原油脱水装置及脱水过程

原油脱水是石油加工中的重要环节，可提高石油质量和市场价值。根据操作方法的不同，原油脱水过程可分为开放式和封闭式脱水过程。

开放式脱水是指将原油暴露在大气环境下进行脱水的方法，适合于对含水较少的石油进行加工的新型脱水机。它的基本结构包括加热炉、计量分离机、油气分离机、缓冲罐、搅拌泵、污水池等组成。在脱水过程中，原油先被放入沉淀罐中，然后在破乳剂的作用下发生物理化学反应，完成后混合液被放入加热系统中加热至一定温度，然后通过计量分离器进行分离，得到的原油再通过油气分离器进入缓冲罐进行沉淀。废水经过回混法处理后再次参与沉淀分离，达标后的废水被送入废渣池。这种方法在低含水条件下可以很好地解决原油脱水问题。实验结果表明，开放式脱水机可以将含水量为3%的原油脱水至0.2%。当石油中的总含水量大于90% 时，采用开放式脱水机会导致能源的浪费和石油的低效脱水，而且污水回混会加剧原油的乳化和陈化。此时，应采用更为高效的技术措施，如封闭式脱水过程。封闭式脱水过程主要包括蒸汽注入法、薄膜蒸发法和气体吹扫法等技术。

封闭式脱水过程也称为两级脱水过程。其主要装置包括自由水脱除器、加热装置、电脱水器、缓冲油罐、污水沉降罐和泵等组成。封闭式脱水的工艺流程为：原油先进入游离水脱除器，然后进行除油分离，再进入加热装置，当温度到达一定程度后，再进入电脱水器，再进行脱水。最终获得的脱水原油再进入缓冲油罐，再进行外输，得到的污水再进入污水沉淀罐。实验结果表明，封闭式脱水机可以将含水量为3.5%的原油脱水至0.1%以下，脱水效率高于开放式脱水机。封闭式脱水机可以减少或防止石油中的挥发性组分丧失，并使其具有较低的黏度，从而促进石油在脱水机内的沉淀和分离，从而有效地提升了石油的脱水率。与开放式脱水流程及设备设施相比，封闭性脱水流程及设施所占据的空间更小，原油在装置中的滞留时间也更短，所以可以降低投资费用，减少污水的回混量，同时也会降低原油的乳化程度，从而可以很好地控制原油的乳化和老化问题，提高原油的脱水品质和脱水效率[2]。

3 石油生产中的脱水技术

3.1 石油热化脱水工艺

石油热化脱水工艺是一种有效的原油脱水方法，具有简单、易行和操作方便等特点。该工艺利用表面活性剂水溶液与石油衍生产品混合，并通过喷射药剂的化学作用，在不停搅动的条件下实现水油相分离。在热化脱水过程中，通过添加适量的表面活性剂水溶液到原油中形成混合液。表面活性剂的作用是降低水与原油之间的界面张力，使水分更容易与表面活性剂形成乳状液，从而促进水油分离。此外，表面活性剂还能够与机械杂质发生化学反应，使其在分离过程中被去除。在混合液形成后，通过不断搅拌或喷射药剂等方式进行强制混合，使水分与原油充分接触，加速水油分离过程。由于表面活性剂的存在，水分被分散成细小的水滴，并与原油形成乳状液。随着时间的推移，由于重力作用和表面张力的影响，水滴逐渐聚集并沉淀到底部，而相对干净的原油则上浮到上层。

热化脱水工艺的优点在于能够在短时间内快速去除石油中的水分，同时还能够去除机械杂质。该工艺操作简单，不需要复杂的设备，适用于各种规模的石油生产场地。然而，需要注意的是，热化脱水工艺对于不同种类的原油和水质可能存在一定的适应性差异，因此在实际应用中需要根据具体情况进行工艺参数的调整和优化。

研究表明，添加适量的喷油剂可以有效提高石油的脱水效果。在选择喷油剂时，应根据当地具体情况进行选择。例如，在实验中添加0.3%的喷油剂可以将含水量为3%的原油脱水至0.2%。

在进行热化脱水处理后，需要对混合液进行排水处理。排水技术应根据具体情况进行选择，常用的技术包括重力沉淀、沉淀过滤、离心沉淀等。在热化脱水工艺中，重力沉淀是一种常用的排水技术，通过让处理后的混合液缓慢流向缓冲区，再进入原油和湿度缓冲容器，从而让其重力沉淀出机械杂质。研究表明，在重力沉淀技术的作用下，可以将石油中的机械杂质去除率提高至95%以上。总之，热化脱水工艺是一种简单、易行、效果显著的原油脱水方法。在选择喷油剂和排水技术时，应根据当地具体情况进行选择，以获得最佳的脱水效果和排水效果。

3.2 电解去盐

在石油电解脱盐技术中，不同类型的电极会影响到脱盐效率和耗电量。水平型电极由于电池组的固定，对油水界面变化的适应性较差，因此已逐渐被淘汰。竖直悬挂型电极的脱盐率较高，但由于结构较复杂，装置失效率较高。鼠笼型电极采用环状电极，解决了磁场盲区问题，耗电量较低且适用于含水和盐分较高的石油。在鼠笼型电极中，磁场能够在含水比较低的地方形成一个很强的磁场，而在含水比较多的地方则是一个很弱的磁场。这种类型的电极能够消耗更低的电能，提升脱盐效率，而且不需要对原材料的流动形态进行优化。

电解脱盐技术的关键参数包括电流密度、电极间距、盐水浓度、温度等。在实际应用中，应根据石油中盐含量和电解脱盐设备的具体情况进行调整。研究表明，采用适当的电流密度和电极间距，能够有效地提高脱盐效率。同时，在电脱盐槽中加入适量的酸、碱、络合剂等物质，可以进一步提高脱盐效率。此外，电解脱盐技术还可以与其他脱盐技术相结合，如与反渗透技术相结合，能够有效降低盐分，提高石油品质。

3.3 化学脱水法

化学脱水法是一种基于化学原理的高效脱水方法，其优点在于能够改变油水接触状态，实现有效分离。该方法利用破乳剂的作用，能够快速将油水界面层中的破乳剂聚集，进而实现油水分离。在化学脱水过程中，选择适当的破乳剂非常重要，因为破乳剂的品质和性质对脱水效果有很大影响。因此在破乳剂的选择上应注意其pH 值、表面活性、聚合性能、电荷及湿润性能等方面的要求。

在实际应用中，化学脱水法的破乳作用可以分为离子破乳作用和非离子破乳作用。离子性破乳剂在水相中能够生成两性离子，而非离子性破乳剂则是以环氧树脂为原料，在水相中不会被离子化。相比于离子性破乳剂，非离子性破乳剂在含油污水处理中具有更明显的优越性，可以提高污水处理的效果，并且在用量和生成沉淀量等方面也更加优越。化学脱水法的优点在于具有高效、环保、易操作等特点，因此在实际工业应用中广泛应用。同时，其也存在着一些缺点，如破乳剂的成本较高、处理后的废水难以处理等问题。因此在实际应用中，需要根据具体情况选择合适的脱水方法。

3.4 脉动电解工艺

电场脱水是一种高效的原油脱水工艺，其中包括直流放电、交流放电和脉冲放电等多种形式。在直流电场中，液滴会受到极化作用，从而发生运动和振动，实现液滴的分离和脱水。脉冲放电器则采用高功率脉冲驱动，能够形成高电压、高频率的单侧空间磁场，从而实现更高效的静电脱水效果。

本工艺还针对当前我国采用的静电法存在的问题提出了一种适用于30 kW 中频脉冲变频系统的多频多压调整方案，以提高静电法的脱水效率。该方案可以实现更高的电场强度和频率，从而更有效地去除石油和污水中的水分和杂质。同时，该方案可以根据不同的原料和工艺要求进行灵活调整，以适应不同的工业应用场景。据统计，采用电场脱水工艺可以将原油和污水中的水分和杂质去除达到70% 以上，大大提高了产品的质量和附加值。此外，该工艺还具有节能、环保、操作简单等优点，已经得到越来越广泛的应用。

4 原油处理中脱水工艺的优化

4.1 微波辐射脱水法

微波技术作为一种新兴的脱水方法，其应用前景广阔。实验证明，微波辐射技术可显著提高石油脱水的速度和效率，且具有高效、环保等优点。在实际应用中，微波辐射技术可以应用于原油、污水等领域，且可以与其他脱水技术相结合，实现多种技术的优点互补。研究表明，微波加热能使石油和水之间的相互作用弱化，促进油水分离，从而提高石油的脱水效率。同时，微波对油水界面膜电势的破坏也能够产生一定的破乳效果，进一步提高石油脱水的效率。在微波辐射技术中，研究微波加热的参数对石油脱水效果的影响也十分重要。微波加热功率、频率、时间等参数的优化可以有效地提高石油脱水的效率和质量。另外，微波辐射技术也存在着一定的局限性，如加热效果受油品特性、温度和含水率等因素的影响。因此，需要在实际应用中对微波加热的参数进行调整和优化，以获得最佳的脱水效果。

4.2 生物方法

生物方法是一种新型的石油脱水技术，利用生物破乳剂对石油乳液进行处理，通过微生物的代谢产物或微生物本身将表面活性剂消耗掉，从而实现破乳的效果。生物破乳剂具有环境保护作用强、脱水速度快和工艺新颖等特点，逐渐成为备受关注的石油脱水技术。生物方法的原理是利用特定的微生物菌株，通过其代谢产物或酶的作用降解石油中的表面活性剂。这些微生物能够利用表面活性剂作为能源和底物，将其分解为无毒或低毒的物质，从而消耗掉表面活性剂，破坏乳液结构，促进水油分离。

在生物方法中，破乳剂的活性是决定其破乳效果的关键因素之一。目前研究表明，一些微生物在代谢时会分泌出含有天然的表面活性剂的代谢产物，这些代谢产物可以有效地破乳石油乳液。同时，破乳剂本身的活性也是重要的因素，其可以通过细胞内的反应性官能团实现对不连续相的浸润，从而达到更高的破乳效果。

生物方法具有许多优点，例如：具有环境保护作用强、对设备的腐蚀小、脱水速度快、运输费用低廉等。其中，脱水速度是生物方法的一个显著优势。据研究表明，采用生物破乳剂处理石油乳液的脱水效率可达到90% 以上，且脱水效果比传统的物理和化学方法更好。此外，生物方法还具有适用范围广的特点，适用于不同种类的石油，如原油、石油污泥等。

4.3 科学筛选破乳剂

在石油开发过程中，石油的脱水技术是一个重要的环节，而寻找具有良好抗氧化能力的破乳剂是当前国内各大石油公司尤其是新疆地区石油公司面临的一个难题。由于化学脱水需要高温条件，因此需要在低温下进行破乳。在对油田进行试验时，选择不同的温度和破乳剂进行试验，结果表明在22 ℃的条件下破乳剂具有良好的脱水效果。因此，在进行破乳时需要从脱水速率、变化能力等方面进行考虑。此外，破乳剂脱水具有一定的滞后性，在36 h 之后才会体现出脱水的结果，因此需要建立完整的破乳剂使用体系，并且根据来液状况进行剂量的追踪，避免因为任何变化而任意降低剂量或加入不合理的剂量。这些措施可以提高破乳效果，保证石油开发的顺利进行。

4.4 脱水处理流程优化

针对石油脱水工艺流程进行优化的过程中，需要对工艺流程的各个环节进行详细分析和改进，以达到更高的脱水效果和节约成本的目的。

在预分离和干燥环节，可以考虑采用新型的干燥技术，如微波辐射干燥技术。研究表明，在微波辐射下，原油的脱水效果更好，同时能够显著提高干燥速度，减少干燥时间。例如，以微波辐射干燥技术为基础的石油脱水系统可以将原油中的水含量降低至1%以下，干燥速度也能够提高3 倍以上。

对于三相分离机的优化设计，可以考虑采用新型的破乳剂，并在适当的温度和破乳剂浓度下进行操作。研究表明，采用新型的破乳剂和适当的工艺参数能够显著提高三相分离机的分离效果。例如，对于一种基于化学脱水和超声波技术的新型破乳剂，当破乳剂浓度为500 mg/L，温度为40 ℃时，其脱水效果可达到99.8%以上。

在对干燥工艺进行改进时，可以考虑采用电化干燥法或二次加热沉淀法等新型干燥技术。研究表明，采用这些新型干燥技术不仅能够有效地降低干燥成本，还能够显著提高干燥速度和干燥效果。例如，采用电化干燥法可以将干燥时间降低至数小时，同时干燥效果也能够得到明显提高。

4.5 冬季生产工艺优化

石油干燥工艺的优化是一个持续不断的过程，需要综合考虑各种因素。在实际应用中，通常会采用电化干燥、二次加热沉淀等技术来提高干燥的效率和质量。在干燥过程中，干燥温度是一个重要的参数，需要根据具体的情况进行调整，以保证产品的质量和干燥效率。据统计，在新疆地区，冬季平均气温为-10 ℃左右，持续时间长达3～4 个月，这给石油干燥带来了很大的挑战。为了解决这个问题，可以采用微量加热法，通过加热方式提高干燥温度，同时还需要对水温进行控制，以保证干燥效果。通常，水温需要保持在24～25 ℃左右，这样可以使石油脱水的效果更好。此外，还需要根据实际情况来确定干燥时间和破乳剂的使用量等参数，以保证干燥效果和产品质量。

5 结语

综上所述，原油脱水是一项非常重要的工艺，对于环境保护和资源利用具有重要意义。现代技术的不断发展和创新，为原油脱水提供了更加高效、环保、可靠的解决方案。本文介绍了几种常见的脱水工艺，包括机械式脱水、热化学脱水、电解脱水、化学脱水等，并对各种工艺的原理、流程、优缺点进行了详细分析。可以看到，每种脱水工艺都有其适用范围和特点，具体应该根据实际情况进行选择和应用。同时，我们也需要注意脱水工艺的安全性和环保性，合理选择工艺和设备，并遵守相关法律法规和标准，才能够达到良好的脱水效果和环境保护目的。