原油处理工艺简介 PPT课件

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紧凑型静电预聚结原油脱水是应含水油田、边际 油田、深水油田以及绿色油田开发的客观需要而 出现的一项新技术。
西方发达国家的研究人员先后研发出的一些代表 性产品在油田现场得到了应用,为提高现有原油 电脱水设备的处理效率、减小设备体积、减少化 学破乳剂对环境的负面影响等奠定了基础。
基于对适当湍流反而能够促进分散相水颗粒碰撞、 聚结等问题的全面认识, 他们打破数十年来常规 电脱水器结构设计中的惯性思维模式,率先提出 了将水颗粒静电聚结长大与水颗粒重力沉降2个过 程分开、予以先后实施的原油脱水方案,从而使 得静电聚结破乳设备紧凑化、高效化,这就是所 谓的紧凑型静电预聚结原油脱水技术。
乳化水的粗粒化蒸发
利用油水对固体物质亲和状况的不同,常用亲水憎 油的固体物质制成各种蒸发装置。 例如大港油田的陶粒蒸发器,用陶粒作填料,当油 水混合物流经陶粒层时,被迫不断改变流速和方向, 增加了水滴的碰撞聚结几率,使小液滴快速聚结沉 降。
气浮分离
依靠水中形成微小气泡,携带絮粒上浮至液面使水 净化的一种方法。
(3)热作用可降低油-水界面膜强度和原油粘度。一 方面,边界摩擦使油-水分界处温度升高,有利于 界面膜的破裂,另一方面,原油吸收部分声能转化 成热能,可降低原油的粘度,有利于水粒子的油水重力沉降分离。
国外对超声波用于破乳的研究开展得比较早,20世纪80年 代就有相关的报道。
Roatz Sinone等分别用超声波和超滤膜来处理用非离子乳 化剂稳定的W/O型乳状液,认为膜过程不能使油水完全分 离而超声波可以使油水完全分离,破乳剂加入、温度高及 pH低都可以加快油水分离过程。Singh B P用超声波处理乳 状液,在加入破乳剂的情况下脱水率达99%-100%,不加 破乳剂,室温脱水率大于75%,超声波对一些化学破乳不 起作用,对比较稳定的乳状液破乳也能得到令人满意的结 果。
Natco集团,2005年5月与FMC Technologies公司
签订了合作协议,以将后者的高效紧凑型旋流分
离技术与自身的静电聚结技术相结合,从而研制 开发原油处理的新一代紧凑型液-液分离系统。在 2008年5月举行的OTC年会上,G.W.Sams等 人披露了Natco集团基于“Whirly—scrub V脱气 器和自由水撇出器+双频AC电源脱水器+管式分 离器”组合的紧凑型海底分离系统,其中双频AC 电源电脱水器较常规工频60Hz AC源电脱水器的 处理能力或工作性能要提高40%左右。
刘惠玲进行了微波破乳脱水和重力沉降、化学脱 水、加热脱水方法的对比,结果表明,微波脱水 速度快,效果好。
生物法
生物法原油脱盐脱水是利用微生物对原油乳状液 进行破乳,进而达到脱盐脱水目的。
其原理是:某些微生物通过消耗表面活性剂得以 生长,并对乳化剂起生物变构作用致使乳状液破 坏;另外,有些微生物在代谢过程中分泌出一些 具有表面活性的代谢产物,这类天然的表面活性 剂对原油乳状液是良好的破乳剂。
斯托克斯公式
w

d
2 w
g
(w

o )
18o
由斯托克斯公式可知,通过增大水分密度,
扩大油水密度差,减小油液粘度可以提高
沉降分离速度,从而提高分离效率。
1904年Hazen根据实践经验提出了“ 浅池理 论”。以这一理论为基础,1950年美国壳牌 公司研制成功第1台平行板捕集器,其可去除 水中最小为60μm的油滴。上世纪70年代Fram 公司开发了V型板分离器,上世纪80年代CENATCO公司开发了板式聚结器,这是一种错流 式组合波纹板, 经过不断改进,这种设备在 油气分离、油水分离和含油污水净化方面都 得到了应用。
原油和水的混合物称油水乳状液,或原油乳状液。 主要有两种类型。一种称为油包水型乳状液 (W/O),另一种称为水包油型乳状液(O/W),此 外还有复合乳状液,即油包水包油型、水包油包 水型等。
原油脱水包括脱除原油中的游离水和乳化水。 脱除乳化水比游离水难得多,因而多年来始终 把W/O型乳化液的油水分离作为研究重点。各种 常见脱水方法的共同点是,创造良好条件使油 水依靠密度差和所受重力不同而分层。
1992年l2月,在BP公司的Wareham油田进行了基 于“EPIC+常规重力沉降罐”的首次现场试验,同 期进行首次现场试验的还有动态水力旋流器和 Lasentec在线颗粒度仪。现场采样分析表明,在温 度为20℃、处理量为71L/min时,EPIC出口处的 水颗粒粒径从不施加电场时的15-20μm增大到施加 电场时的60-90μm,大约增大了4倍;后续重力沉 降罐出油口的含水质量分数从不施加电场时的32% 下降到施加电场时的8% ;重力沉降罐的出水水质 也大为改观,出水口的含油质量分数由原来的68% 下降到1%。
(2)基于AC电场的紧凑型静电预聚
结器(CEC)
进入21世纪以来,原油脱水用紧凑型静电预聚结技 术一直是世界海洋石油大国的研究热点。目前较为 知名的产品主要有紧凑型静电聚结器(Compact Electrostatic Coalescer,CEC)、在线静电聚结器 (Inline Electrostatic Coalescer,IEC)、容器内置式 静电聚结器(Vessel Internal Electrostatic Coalescer, VIEC)、低含水量聚结器(Low Water Content Coalescer,LOWACC)等4种。
超声波原油破乳脱水法
其机理:(1)机械振动作用促使水粒子凝聚。当超声 波通过有悬浮水粒子的原油介质时,造成悬浮水粒 子与原油介质一起振动。由于大小不同的水粒子具 有不同的相对振动速度,水粒子将相互碰撞、粘合, 使其体积和重量均增大,最后沉降分离;
(2)机械振动作用可使原油中的石蜡、胶质、沥 青质等天然乳化剂分散均匀,增加其溶解度, 降低油-水界面膜的机械强度,有利于水相沉降 分离;
这些紧凑型静电预聚结产品有3个共同特点:一是 采用AC电场,二是油水乳化液在其中的流动状态 为湍流,三是使用带绝缘涂层的电极(圆筒状或波 纹板状)。这里仅介绍CEC。
1993年,南安普敦大学开始与BP、挪威Statoil公 司(现与挪威Norsk Hydro公司合并为StatoilHydro) 一起合作,进行相关的应用基础研究。结果表明, 在湍流条件下采用静电聚结技术使W/O型乳化液 脱稳是可行的,对电极进行绝缘涂层处理可以防 止高含水率下发生电流激增和短路,能够处理含 水质量分数超过40%的模拟乳化液。
(1)基于脉冲DC电场的紧凑型静电 预聚结器(EPIC)
20世纪80年代初期,为了突破常规电脱水技术难以 处理较高含水率W/O型乳化液的限制,英国 Bradford大学化学工程系的Philip J.Bailes教授 课题组开发出了一种静电破乳器,可以在含水质量 分数高达65%以上时正常工作,其主要特点是对高 压电极进行了绝缘涂层处理,并使用高压脉冲DC电 场来克服高压DC电场下绝缘涂层对电场强度的急剧 衰减效应。
微波辐射原油脱水法
微波可用来破乳,究其作用机制,可归结为微波辐照的热 效应和非热效应同时作用的结果。与普通的加热方式一样, 微波加热可使乳化液温度上升,但微波能量转化效率远高 于热传导,加热温度上升更快,且加热体内外温度可同时 上升。随温度上升,水的粘度比油水密度差降低的更快,因 此加热会使油滴上升速度增加,使油水分离加快。另一方 面,由于微波是频率很高的电磁波,施加微波后,会使极 性的水分子和带电液珠随电场的变化迅速转动或产生电荷 位移,扰乱了液-液界面电荷的有序排列,从而导致双电层 结构的破坏,Zeta电位急剧减小。另外微波对烃类具有氧 化作用,使其形成相应的醇、酮、醚;微波还能使烃类分 子在微波场中发生共振而导致分子链断裂,这些都有利于 油水分离。
离心分离
利用油水密度的不同,使高速旋转的油水混合液产 生不同的离心力,从而使油与水分开。
由于离心设备可以达到非常高的转速,产生高达几 百倍重力加速度的离心力,因此离心设备可以较为 彻底地将油水分离开,并且只需很短的停留时间和 较小的设备体积。由于离心设备有运动部件,日常 维护较难,因此目前只应用于试验室的分析设备和 需要减小占地面积的场所。
原油处理工艺简介
1.概述 2.几种常规油水分离技术 3.一些新工艺的介绍
1.概述
原油的特点 原油处理的目的 何为原油处理
原油的特点
注水驱动方式开采的油藏占有极大的比例, 因而从油井产出的油气混合物内经常含有 大量的采出水和泥砂等机械杂质。特别在 油田后期生产中,油井产物内的水油比常 超过10,泥砂等机械杂质亦可高达1%5%(质)。据统计,世界上所产原油的90%以 上需进行脱水。
国内在超声波原油破乳方面的研究起步较晚,20世纪90年 代中后期陆续有文献报道。
耿连瑞等发明了一种原油电场脱水的超声波破乳装置,用 超声波在液体中空化效应产生的大量空化气泡破裂时的爆 破力作为破乳的动力,对油水混合液进行破乳处理,再进 行电场脱水,不需添加化学破乳剂。
叶国祥等考察了超声强化原油预处理工艺中的部 分影响因素,包括电场强度、超声波频率、超声 波功率、破乳剂用量、注水量等。超声波功率和 电场强度增加均可使原油的脱盐脱水效率增加, 采用体积分数为5%左右的注水量能取得较理想的 脱水脱盐效果 。
电脱分离
乳状液置于高压的交流或直流电场中,由于电场 对水滴的作用,削弱了乳状液的界面膜强度,促 进水滴的碰撞、合并,最终聚结成粒径较大的水 滴,从原油中分离出来。
由于用电蒸发处理含水量较高的原油乳状液时, 会产生电击穿而无法建立极间必要的电场强度, 所以,电脱法不能独立使用,只能作为其它处理 方法的后序工艺, 在油田和炼油厂得到应用。
CEC样机于2002年获得了ONS创新奖,其主要优点 为:结构较为紧凑,使用“CEC+常规重力分离器” 的组合,可以将总占地面积和总质量分别减少至 常规静电脱水器的1/2和1/3左右;功率消耗较低, 一般小于3kW,运行费用较低。同比条件下的水颗 粒粒径在CEC中可以增大10倍左右,可将后续重力 分离器的设计停留时间降低至3-6min。此外,采 用带同心环状电极的立式结构以及较小的盛液量 使其对晃动不太敏感,非常适合在FPSO上应用; 可以降低后续常规重力分离器中的破乳剂用量, 有利于脱出污水的达标处理。
1991年前后,英国石油公司(BP)资助Bailes课题组 开展了W/O型原油乳化液的高压脉冲DC电场破 乳研究。结果表明,高压脉冲DC电场能够较好地 处理含水质量分数高达50%的原油乳化液。与此 同时,美国Natco集团获得了相应的产品开发授权, 冠以电脉冲感应聚结器(Electro—Pulse Inductive Coalescer,EPIC)的商标进行产品研发工作.
条件是附在油滴上的气泡可形成油-气颗粒。由于 气泡的出现使水和颗粒之间密度差加大,且颗粒直 径比原油油滴大,所以用颗粒密度代替油密度可使 上升速度明显提高。即当1个气泡(或多个气泡)附 在1个油滴上可增加垂直上升速度,从而可脱除直 径比50μm小得多的油滴。
3.一些新工艺的介绍
超声波原油破乳脱水法 微波辐射原油脱水法 生物法 紧凑型静电预聚结技术
2.几种常规油水分离技术 介绍
目前已知的油水分离方法主要有重力式分离、离 心式分离、电分离、吸附分离、气浮分离等。
油水分 水的状态 离方法
成本
溶解 乳化 自由 低 中 高 水水水
沉降法
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√√
离心法
√√

真空减 √ √ √ 压法
吸附法
√√
√ √
凝结法
√ √√
重力式分离
当相对较轻的组分处于层流状态时, 较重组分 液滴根据斯托克斯公式的运动规律沉降, 重力 式沉降分离设备即根据这一基本原理进行设计。
原油处理的目的
原油中的水不仅增加了能耗和投资的费用,而且 酸性气体如CO2和H2S等易在水中溶解,形成酸性水 溶液,从而对设备、管线、泵体等产生腐蚀。
那何为原油处理呢?
对原油进行脱水、脱盐、脱除泥砂等机械杂质, 使之成为合格商品原油的工艺过程称原油处理。 国内常称为原油脱水。
原油中所含水分可以分为两类:一类是直接可以 用沉降法从油中分离出来的,称为游离水;另一 类很难用沉降法从油中分离出来,称为乳化水。
生物破乳剂起主要破乳作用的是细菌胞体 。
冯志强、杨永军等研制了一种原油生物破乳剂, 并对其进行了室内与现场中试试验,考察了其对 油田采出液的破乳及脱水效果。试验结果表明, 与标样及目前现场常用的化学破乳剂相比,原油 生物破乳剂具有优良的破乳及脱水性能。破乳后 的油水界面清晰,脱出水中含油量低。
紧凑型静电预聚结技术
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