原油电脱盐脱水技术的研究现状及进展

原油电脱盐脱水技术的研究现状及进展

梁志勇1，孙甲1，刘政2，李江1

（1.乌鲁木齐石化公司研究院， 新疆 乌鲁木齐 830019）（2.西南石油大学化学化工学院， 四川 成都 610500）

[摘 要] 原油电脱盐脱水技术是炼油企业不可缺少的原油预处理技术，直接影响后续加工装置的高效、安全和长周期运行。文章综述了目前原油电脱盐脱水的设备和技术，对各种技术的优势及存在问题进行了分析，提出了原油电脱盐脱水技术研究方向的建议。

[关键词] 原油；电脱盐脱水技术；研究现状；发展方向

作者简介：梁志勇（1960—），男，四川人，乌鲁木齐石化职

工大学化工机械专业毕业，工程师。主要从事炼油工艺原油预处理研究与应用工作。

原油电脱盐脱水技术是指利用静电场力和化学破乳剂的共同作用，实现原油乳状液的破乳脱水脱盐。原油电脱盐脱水技术是炼油企业必不可少的原油预处理技术，直接影响后续加工装置的高效、安全和长周期运行[1]。

1 原油电脱盐脱水设备现状1.1 原油电脱盐罐

原油电脱盐罐的形状和结构随着电脱盐工艺的改进而变化，主要包括罐体（外壳）、原油分配器、原油收集器、含盐污水排放设施和反冲洗系统等几部分。目前电脱盐罐的设计能力一般为：立式罐0.5×103 m 3/h ，球形罐1.5×103 m 3/h 和卧式罐1.4×103 m 3/h 。其中立式罐处理量小，管理复杂，难于分配均匀。球形电脱盐罐体积大，生产率高，压力较低（0.6~0.7MPa ），但金属材料消耗量大，安装复杂，费用昂贵，不能和原油蒸馏系统建在一起[2]。卧式罐直径不大，延长设备长度可满足生产能力的要求，生产效率较高，可与原油蒸馏装置建在一起，目前大都采用卧式罐。

1.2 供电电源种类

随着原油质量的重质化、劣质化，采用交流电源无法使原油脱盐后达标，效率低、电消耗大，已逐渐被淘汰。由于直流电场适合处理汽油、煤油、柴油等较清洁的非电导性油类，即所谓“电精制”。直流电场对极小水滴完全聚结有利。借助电精制处理，能够利用直流电聚结，从油品中有效地脱除极小水滴。因此，开发出交直流电脱盐供电系统，并且在国内外得到广泛应用，效果较好。随着电脱盐技术的发展，不断研

发出新型电脱盐供电电源，如脉冲电源和高频电源。据国外报道，脉冲电脱盐脱水技术和高频电脱盐脱水技术已工业化应用，脱盐脱水效率高，但目前在国内还未大面积应用[3]。

1.3 原油电脱盐电极

原油电脱盐罐内的电极主要有三类：水平式电极、垂直悬挂式电极和多层鼠笼式电极。水平式电极电脱盐设备仅在极板之间存在电场，罐内电场区占整个罐的30%左右，原油在电场区域中的实际停留时间较短。垂直悬挂式电极是将栅格状电极板在电脱盐罐内垂直布置，根据电场需要设计电极位置和间距。鼠笼式电极的外形像一个锥形的鼠笼，其任意相邻两层电极之间的间距从顶部到底部逐渐增大，当电极组合件通入高压后，相邻两层电极之间形成的环形电场的电场强度分布是不均匀的[4]。电场强度随电极间距的增大而减小，两层电极顶部间距最小，电场强度最强，底部间距最大，电场强度最弱。

1.4 其他辅助设备

除以上设备外，原油电脱盐脱水设备还包括一些辅助设备，如：油水界面控制设备、油水混合设备、防爆低液位开关、倒槽式进油分配器和旋转采样器等。电脱盐罐油水界面通常采用内筒法和差压法进行测量，之后，研发了射频导纳界位仪并得到广泛应用。油水混合设备主要采用ZMA V 型球面混合阀及静态混合器，利用混合阀来

调节混合强度。

2 原油电脱盐脱水技术研究现状

2.1 交流电脱盐脱水技术

交流电脱盐脱水技术在国内得到大量应用，技术成熟。但该技术适合加工油品质量较好的原油，电耗较高。自1980年以后逐渐被交直流电脱盐脱水技术取代。

2.2 交直流电脱盐脱水技术

交直流电脱盐脱水技术是在交流电脱盐脱水技术的基础上，我国自行开发并成功工业化应用的电脱盐脱水技术。该技术采用直流电源设备，主要由防爆高阻抗变压器、防爆整流器和控制盘组成。设有交直流电压转换开关，即当整流元件损坏时，还能将直流电压直接输出接到电极板上作交流运行。此外，由于正负极上分别引入正负半波电压，极板间可以形成高压静电场，又不形成电流回路，从而达到节约电能的目的。该技术采用的电极是垂直悬挂式电极，它是直流电脱盐脱水技术的关键设备，其特点是极板间上下电场间距不同，形成强、中、弱三段直流电场，且极板端部与油水界面形成交流电场。该技术的油水界面仪主要采用两套短波吸收仪来测定油水界面，其中一套用于测量、控制界面，另一套用于报警界面。此外，美国的射频导纳式油水界面仪也有少量应用。

何晓莉[5]采用交直流电脱盐脱水技术及一系列工艺改进，在延安炼油厂180×104 t/a常压蒸馏装置的电脱盐单元实现了深度脱盐。该技术的电极板在电脱盐罐内垂直布置可获得较大的电场容量，增加原油在强电场的停留时间，有利于已老化的原油乳状液及稠油的破乳分离，脱盐脱水效果好，是目前各炼油厂应用最广泛的技术。但是，该技术存在结构复杂、整流设备易出故障等缺点。

2.3 高速电脱盐脱水技术

由于炼油厂的改造扩能，现有的电脱盐装置处理量无法满足需要，若再增加新的电脱盐装置，厂区又无足够的空间。高速电脱盐脱水技术应运而生。该技术的关键在于改变了常规电脱盐装置的进油方式，由水相进油改为油相进油，这种进油方式大大缩短了油流路径，原油不必从水相中慢慢上浮，而直接进入罐体中上部的电场中；油流也不再与沉降的水滴逆向接触，不会将水滴反方向带入油中，使进油速度大大提高，实现了小罐体大处理量的目标。高速电脱盐设备的显著特点是比传统电脱盐设备处理量大，占地空间小，处理速度快。

在消化、吸收和引进技术的基础上，江苏长江（扬中）电脱盐设备公司开发出新一代高速电脱盐技术。与引进技术相比，国产技术具有适应性强、脱盐、脱水效率高等优点，目前已申请国家专利。中石化上海高桥分公司、金陵分公司、茂名分公司、洛阳分公司，扬子石化、上海石化、镇海炼化、中石油兰州石化分公司等处理量大于5Mt/a的常减压装置采用了国产技术，运行情况良好[6]。

从高速电脱盐脱水技术的运用情况看，该技术脱盐脱水效率高、电耗低、处理成本低，能有效解决炼油厂扩能改造后空间不足的困难，在炼油厂扩建中有很高的应用价值。但高速电脱盐技术只适应轻质原油，对于密度高、粘度大、固体杂质含量高的重质原油适用性很差。

2.4 超声波强化原油电脱盐脱水技术

研究发现，超声波对劣质原油的破乳效果很好。用超声波破乳再进行电脱盐，即超声波强化原油电脱盐脱水技术。超声波对原油进行破乳主要利用超声波的振动作用使水滴凝聚，当超声波通过含有悬浮水滴的原油介质时，造成悬浮水滴与原油介质一起振动。由于大小不同的水滴具有不同的相对振动速度，水滴相互碰撞、粘合，水滴的体积和重量逐渐增大，最后在重力作用下沉降分离[7]。振动作用还可使原油中的石蜡、胶质、沥青质等天然乳化剂分散均匀，增加其溶解度，降低油—水界面膜的强度，有利于水相沉降分离。在处理劣质及重质原油时，采用超声波强化原油脱盐脱水技术，处理效果较好。

达建文等人[8]在实验室成功开发了超声波—电场联合破乳脱盐组合技术并获得发明专利。该技术于2003年9月在齐鲁分公司完成中试试验后，超声波强化原油破乳设备直接投入生产运行，在不加入化学破乳剂的情况下，可使胜利混输原油（平均盐浓度为50mg/L，平均水质量分数为0.5%~1.0%），脱后盐浓度低于3 mg/L，水质量分数小于0.3%。该技术虽然可以提高劣质原油的破乳脱盐脱水效果，减少破乳剂用量，但在工业推广中还存在一些问题。一是由于超声波破乳的机理不十分清楚，进一步研究还有困难；二是由于

不同原油的物理化学性质不同，需要的破乳的工艺及操作参数不同，超声波破乳的工艺条件很难控制。超声波强化原油电脱盐脱水技术还需进一步研究，才能进行工业化推广应用。

2.5 原油脉冲电脱盐脱水技术

脉冲电压产生的电场力是普通电压的3~5倍，由电脱盐的原理可知，电场强度与电压的平方成正比，所以，脉冲电压产生的电场强度是普通的9~25倍。用脉冲电压取代交、直流电压，电脱盐的效率会更高。研究发现，脉冲电源在提供高压电场的同时，通过控制脉冲频率和占空比，使电脱盐脱水器内不会发生电极间的短路现象，也不易使液滴分散形成更小粒径的液滴。在维持同等破乳脱盐脱水效果的前提下，比传统的电脱盐脱水技术更节约电能和破乳剂。

苟社全等人[9]于2006年12月，对洛阳石化分公司的一级电脱盐罐的供电方式进行改造，采用脉冲电源供电系统，加工塔河中质原油，脱后含盐量保持在3.5mg/L以下的较好水平；一级脱盐罐乳化减轻，脱后污水含油量控制在50mg/L以下，试验达到预期目的。目前，该技术尚未得到大规模推广应用，主要是由于采用大功率脉冲电源进行电脱盐成本较高，今后的发展方向是开发大功率脉冲电源，以降低成本。

2.6 原油高频电脱盐脱水技术

原油高频电脱盐脱水技术是美国在上世纪90年代中期研发成功的新型电脱盐脱水技术，该技术的关键是电源采用高频电源设备，频率高达10000Hz，而传统的交流、交直流电源的频率仅为50Hz。该技术的脱盐脱水机理是：电场力使乳化水滴极化、变形，使微水滴之间有聚结力的作用，在此作用下，微水滴不断聚结成大水滴；电场变化的高频率加剧水滴的振动，增加了水滴之间的碰撞几率，提高脱盐效果，油-水分离的最佳特征频率范围一般在7000±500 Hz；在油-水分离频率下发生的介质损耗使体系温度升高，降低原油的粘度，加剧水的热运动，破坏乳化膜，促进水滴之间的聚集。

该技术在国外已实现工业化应用，但目前在国内还处于实验室研发阶段。朱岳麟等人[10]研发了一套原油高频电脱盐流态工艺实验装置并获得国家发明专利，采用该实验装置，研究了电场强度、电场频率和脱盐温度对脱盐效果的影响。在最佳脱盐参数条件下，进行显微分析，系统观察了高频电脱盐过程中水珠聚集的形态和迁移的微观过程。结果表明，电场强度、电场频率和脱盐温度对高频电脱盐效果影响较大，并存在一个最佳电脱盐条件。最佳条件为电场强度450V/cm、特征频率范围7000±500 Hz、脱盐温度96℃。油中的微水滴存在水链聚集、水珠聚集和水珠分散3种现象，按照聚集—长大—再聚集—再长大—沉降的运动过程进行。

该技术的优点是脱盐脱水效果好、效率高，对原油适应性广；缺点是高频电源、高频变压器的构造复杂，工业化应用难度大，电耗高，处理成本高；该技术的发展方向是对高频电源和高频变压器进行分析研究。

3 脱盐脱水技术的发展方向

目前国内各炼油厂对轻质原油的电脱盐脱水处理效果很好，能达到相关行业标准。但是对重质原油的电脱盐脱水处理效果不好，严重影响炼厂的后续加工，带来了很多危害。随着各油田开采程度的加深，原油在向重质化发展。因此，提高对重质原油的电脱盐脱水处理效果是未来原油电脱盐脱水技术的主要研究方向。为实现这一目标，建议开展以下几方面的研究：

（1）炼油厂加工重质原油可采用掺炼的方法，即将重质原油与轻质原油进行混合，降低其密度、粘度。但是，对掺炼的比例，各炼油厂应根据不同情况进行优化研究，优选最佳掺炼比例。另一方法是加稀释剂，如石脑油等，稀释剂可从脱后原油中回收利用，具体稀释比例需优化研究。

（2）进一步开发高效原油电脱盐脱水设备。电脱盐罐应朝大型化发展；电脱盐供电电源应采用高频和脉冲电源，提高电脱盐设备的电场强度，以利于油水分离；开发新型电脱盐电极如：鼠笼式电极和环形电极等，扩大电场空间；采用高效油水混合设备、油水界面控制仪和进油分配器等，如采用先进的静态混合器和静态混合阀、射频导纳界位仪和倒槽式进油分配器等。

（3）复配高效的电脱盐破乳剂和研发新型原油电脱盐破乳剂。破乳剂的复配是利用破乳剂的协同效应，脱水速度快的破乳剂其脱出水的颜色较深，脱水速度慢的破乳剂其脱出水的颜色较浅，将两者复配可得到较好的效果，这是研发高

效原油电脱盐破乳剂的有效途径。生物破乳剂具

有破乳效果好、价格低和对环境污染小等特点，是未来原油电脱盐破乳剂的主要研究方向。（4）优化工艺参数。通常，原油电脱盐装置设计为两级脱盐，但对重质原油，脱盐难度大，可采用三级脱盐。提高脱盐温度有利于增大油水密度差，降低原油粘度，从而有利于原油的破乳脱水。适量增加洗涤水用量和混合强度，对原油中的盐进行充分洗涤，有利于提高脱盐率。各炼油厂应结合实际，优化温度、注水量、破乳剂用量、混合时间和电场强度等工艺参数，提高对重质原油的脱盐率。

（5）改进现有的原油电脱盐脱水技术。由于交直流电脱盐脱水技术具有高效、稳定的脱盐脱水效率，对原油适应性广及耗电少等突出优点，在今后一段时期，交直流电脱盐脱水技术仍将是各炼厂首选技术，对交直流整流器的改进是交直流电脱盐脱水技术的发展方向。高速电脱盐脱水技术具有脱盐脱水效率高、处理量大、电耗低和处理成本低等特点，但对重质原油的处理效果很差，因此，还需改进高速电脱盐脱水技术，以适应加工重质原油的需要。

（6）完善和研发新的原油电脱盐脱水技术。超声波强化原油电脱盐脱水技术在国内已有少量应用，处理效果较好，但是，超声波破乳的工艺条件很难控制。因此，还需进一步完善超声波破乳的工艺条件。高频和脉冲原油电脱盐脱水技术在国内还处于实验室研发阶段，还需进行中试试

收稿日期：2012-04-23；修回日期：2012-06-20

◆参考文献

[1] 贾鹏林，娄世松等.原油电脱盐脱水技术[M].北京：中国 石化出版社，2010，5-9.

[2] 房槐，邓岗.高速电脱盐和高效电脱盐组合式工艺工业应 用[J].石油化工设备，2007，36(1)：96.

[3] 陈家庆，李汉勇等.原油电脱水的电场设计及关键技术[J]. 石油机械，2007，35(1)：53-55.

[4] 汪实彬.高速电脱盐技术的特点探讨[J].石油化工腐蚀与防 腐，2009，26(增刊)：131.

[5] 何晓莉.电脱盐技术改造[J].天然气与石油，2007，25(1)： 43-45.

[6] 于会泳.高速电脱盐技术及其运用[J].石化技术，2007， 14(3)：53-54.

[7] Ye,G.X. Pretreatment of crude oil by ultrasonic-electric united desalting and dewatering[J]. Chinese Journal of Chemical Engineering,2008,16(4): 564-569.

[8] 达建文，苟社全.超声波强化原油破乳电脱盐技术的工业 实践[J].炼油技术与工程，2006，36(8)：13.

[9] 苟社全，张黎明等.超声脉冲电脱盐在塔河中质原油加工 中的应用[J].齐鲁石油化工，2010，38(2)：91-92.

[10] 朱岳麟，冯利利等.原油高频电脱盐机理研究[J].石油学 报，2006，22(4)：61-62.

验和现场工业化应用。除此之外，还要不断研发新的原油电脱盐脱水技术。据国外文献报道，微波强化原油电脱盐脱水技术已经出现。总之，高效、低耗、环保、健康将成为原油电脱盐脱水技术研发的目标。

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