原油电脱水
原油电脱水
1、电破乳机理
为使原油达到商品原油所规定的含水量指标，往往同时采用加热、加入化学破乳剂和电脱水这三个破乳手段，但后者是主要手段。
原油乳状液借助高压电场的作用，使水微滴聚结成大滴，再借油水密度差将水沉出，这就是电破乳的过程。
原油电脱水方法只适宜于处理油包水型乳状液，其原理就是将原油乳状液置于高压直流或交流电场中，由于电场对水滴的作用，使水滴发生变形和产生静电力。水滴变形可削弱乳
化膜的机械强度，静电力可使水滴的运动速度增大，动能增加，促进水滴互相碰撞，而碰撞
时其动能和静电力位能便能够克服乳化膜的障碍而彼此聚结成粒径较大的水滴，在原油中沉
降分离出来。水滴在电场中聚结主要有三种方式，即电泳聚结、偶极聚结和振荡聚结。
1) 电泳聚结。根据异性电荷相吸引的原理，在直流电场中，水滴移向与其本身电荷电性相反的电极，此现象称为电泳。由于原油中各种粒径水滴的界面上都带有同性电荷，故原油乳状液中全部水滴，将以相同的方向运动。
在电泳过程中，水滴受原油的阻力产生拉长变形，并使界面膜机械强度削弱，同时因水滴大小不等、所带的电量不同和运动时所受阻力各异，故各水滴在电场中运动速度不同，水滴发生碰撞，使削弱的界面膜破裂，水滴合并增大，从原油中沉降分出。未发生碰撞合并或碰撞合并后还不足以沉降的水滴将运动至与水滴极性相反的电极区附近。由于水滴在电极区附近密集，增加了水滴碰撞合并的机率，使原油中大量小水滴主要在电极区附近分出。电泳过程中水滴的碰撞、合并称为电泳聚结。
2) 偶极聚结。在高压直流或交流电场中，原油乳状液中的水滴受电场力的极化和静电感应，使水滴两端带上不同极性的电荷即形成诱导偶极。因为水滴两端同时受正负电极的吸引，在水滴上作用的合力为零，水滴除产生拉长变形外，在电场中不产生象电泳那样的运动，但水滴的变形削弱了界面膜的机械强度，特别在水滴两端界面膜的强度最弱。原油乳状液中许多两端带电的水滴象电偶极子一样，在外加电场中以电力线方向呈直线排列形成“水链”，相邻水滴的正负偶极相互吸引，电的吸引力使水滴相互碰撞，合并成大水滴，从原油中沉降分离出来。这种聚结方式称为偶极聚结，偶极聚结是在整个电场中进行的。
3) 振荡聚结。在工频交流电场中，电场方向每秒改变50次，水滴内各种正负离子不断地作周期性的往复运动，使水滴两端的电荷极性发生相应的变化。离子的往复运动使水滴界面膜不断地受到冲击，使其机械强度降低甚至破裂，水滴相撞而聚结成大水滴，从原油中分离出来。这种聚结方式称为振荡聚结，振荡聚结是在整个电场中进行的。
原油乳状液在交流电场中，水滴以偶极聚结和振荡聚结为主；在直流电场中，水滴以电泳聚结为主，偶极聚结为辅。
过高的电场强度，还会使水滴发生电分散作用，即由于水滴偶极矩的增大，其变形加剧，椭球形水滴两端受电场拉力过大而导致分裂。当电场强度大于4.8kV／cm时，将有电分散发生。电分散时的电场强度值与油水问的界面张力有关，因此任何使油水界面张力降低的因素，如脱水温度的增高，化学破乳剂的使用，均导致电场对水滴的相对作用增强，使产生电分散时的电场强度值降低。
原油乳状液采用电破乳方法脱水时，应充分利用化学破乳剂的作用，提高脱水效果。由于各种原油性质不同，其形成乳状液性质也不同，需要选择不同品种的化学破乳剂与之相匹配才能有较好的破乳效果。
2、原油电脱水要求达到的质量指标
1) 脱水原油的水含量标准，按轻质原油、中质原油、重质原油分等级如下：
轻质原油、中质原油的脱水原油，其水含量指标应小于或等于0.5％(质量)；
重质原油的脱水原油，其水含量指标应小于或等于2.0％(质量)。
2) 从电脱水器脱出的污水，含油一般不大于0.5％，有条件时应力求降低。在脱水油站内经隔油措施或除油系统后输至污水处理站的污水，其油含量应不超过1000mg／L。
3、技术参数的确定
1) 原油电脱水工艺适宜于处理含水小于30％的原油。
2) 电脱水操作温度应根据原油的粘温特性确定，宜使原油的运动粘度在低于50mm2／s的条件下进行脱水。
3) 确定电脱水操作压力时，其压力应比操作温度下的原油饱和蒸汽压高0.15MPa。
4) 电脱水器的处理能力，应根据原油乳状液处理的难易程度确定其在电脱水器内的停留时间，停留时问一般为40min，稠油一般不超过60min。
3、电脱水器的主要分类
常用的电脱水器有：直流电脱水器、交流电脱水器和交直流复合电脱水器三种。
1) 交流电脱水器。在交流电场中，原油乳状液的脱水以偶极聚结和振荡聚结为主，适于处理含水率较高的原油乳状液。脱水后净化油含水率较高，水中含油低，。
2) 直流电脱水器。直流电场的破乳聚结，主要在电极附近的有限区域内进行，故直流电场以电泳聚结为主，偶极聚结为辅。适于处理含水较低的原油乳状液。处理后的油中含水低。
3) 交直流复合电脱水器。交直流复合电脱水器结构，见图19-2－19。综合交流和直流电脱水的利弊，使二者在同一电脱水器内进行，即在电脱水器下部建立交流电场，处理较高含水原油，在上部建立直流电场，处理较低含水原油。使脱后油、水质量优于单独的交流或直流电脱水器。
综上所述，交直流复合电脱水器处理的油、水质量上优于其它电脱水器，目前在油田中普遍采用。
4、稠油脱水
1) 稠油脱水的特殊性。在原油脱水工艺中，原油的粘度与密度是衡量脱水难易程度的关键因素，粘度越高，密度越大，脱水越困难，所以稠油脱水应采取更强有力的脱水措施，一般有：
(1) 适当提高脱水温度，一般稠油脱水温度比稀油高20℃以上。
(2) 稠油易起泡，在原油脱水过程中，应有消除气泡或泄放气体的措施。有的在热化学脱水段分离出气体，有的在电脱水器中设余气排放口，在每次投产时或不定期排除气体。
(3) 稠油中的胶质、沥青质是强烈的天然乳化剂，所形成的油水乳状液有较强的稳定性。尤其是特粘稠油，必须采用高效的破乳剂或消泡破乳剂。
(4) 稠油脱水，宜在管线起始端加破乳剂，采用管道脱水并降粘，有较好效果。一般地说，油溶性破乳剂比水溶性破乳剂的降粘效果好，加药量相同时，油温越高，降粘效果越明显。
(5) 稠油脱水应采取多种综合措施，包括加热、加药、洗油、大罐沉降、电脱水等。
2) 稠油脱水温度的确定。脱水温度是影响脱水效果的重要因素。
(1) 稠油脱水温度取决于原油组成和性质，同时还与破乳剂的性能和用量、以及脱水设备结构等有关，因此经济合理的脱水温度应根据稠油脱水实验并进行技术经济对比来确定。
对于特粘稠油的脱水，近年研究出一种高温脱水新方法。将经脱水预处理后的特粘稠油，升压加热后进入高温脱水器，配以高效破乳剂，使稠油达到净化油指标；将特粘稠油加热至120℃左右，在高温电脱水器中脱水，都取得了较好的效果。