某炼厂常减压装置是对一种高盐、高氯混合原油进行炼制，经过电脱盐工序后，原油的含水量和含盐量不符合常减压装置工艺的要求。通过分析原油破乳及电脱盐的原理，利用实验室评价装置，针对 3 种不同型号的油溶性破乳剂对某炼厂高盐、高氯混合原油脱盐、脱氯效果进行筛选与评价，通过调节温度和添剂量考察 3 种不同型号的破乳剂的破乳效果，结合此炼厂的常减压装置的操作条件，最终确定Ⅲ型油溶性破乳剂添加量为 6 μg·g-1，使用温度为 135 ℃时，破乳效果最佳。
关 键 词：
混合原油；破乳剂；破乳效果；评价
在油气工业、燃料化工、环境科学和资源利用等领域，有时会出现稳定的乳液缔合物，为消除其对生产和资源回收的不利影响，破乳剂被广泛应用于这些领域。由于我国很多油田步入开发后期，开采难度越来越大，大部分油田采取注水和加入化学试剂等强制采油措施，原油含水量和含盐量日趋增高，原油乳化现象也越来越严重。虽然有原油预处理剂在其储运过程中加入，但是当原油运输到炼厂炼制时仍含有较高的盐、水及其他杂质，对后期常减压蒸馏装置产生巨大影响。
在石油加工过程中，常减压工序是重中之重，而电脱盐是脱除原油中的盐和水分，为常减压装置提供优质原料的必要工序，此工序缓解盐在三塔顶水解后对设备的腐蚀，增加设备安全生产的可靠性，提升产品的质量，增加企业效益。目前，高含盐、高含水原油在脱盐罐内的乳化现象严重，致使脱盐、脱水效果并不理想，电脱盐处理后的原油盐、水含量均超标，将会使三塔顶腐蚀加剧，同时对后续工段的设备造成不同程度的腐蚀，原油中过量的盐还导致换热器结垢或加热炉结焦。原油常减压蒸馏前含较高水分时，增加能源消耗。因此，对于水和盐含量高的原油，提升脱盐效果能促进安全生产，提高经济效益，促进污油回收，减轻环保压力。
本文通过参考某炼厂的常减压装置的操作条件，筛选并评价出适用于高含水高含盐原油的破乳剂，能有效提高原油的脱盐率和脱水率，减缓常压塔顶腐蚀。
1 原油破乳及电脱盐的原理
原油中的盐类大部分以“油包水”或“水包油形式溶于原油中，有少量以不溶性盐颗粒的形式悬浮于原油中。在原油加工过程中，在脱盐之前向原油中注入一定量的淡水，洗涤原油中的微量水和盐颗粒，使盐充分溶解于水中，更加完全脱除原油中的盐类。由于含水的原油处于高度分散的乳化状态，是一种比较稳定的油包水型乳化液，所以脱除其水分和盐分较难。原油中存在亲水或亲油极性集团的胶质、沥青质、环烷酸及某些矿物质等天然乳化剂，使小水珠分散于原油中达到一种稳定的乳化状态，只有破坏这种乳化状态，使水珠聚结增大而沉降，才能达到油和水分离的目的。
原油破乳剂包括水溶性破乳剂和油溶性破乳剂，油溶性破乳剂相对于水溶性破乳剂在原油脱水中存在于油相中，不会随水的脱除而减少，当水脱除越多，其在原油中含量的就越多，有利于水的继续脱除，脱水效果较好。对原油乳状液的破坏程度是破乳剂的性能好坏的最直接的指标，而破乳剂的扩散吸附性、润湿成膜性、絮凝聚结性等直接影响其对原油乳状液的破坏程度。
1.1 扩散吸附能力
原油破乳剂的扩散吸附能力是指破乳剂分子在原油乳状液中向油水界面膜上的扩散速度和吸附能力。如果原油破乳剂的扩散吸附能力好，则其对油水界面膜的破坏作用彻底，在很少的用量的情况下，脱水效率和脱水速率均较快。
1.2 润湿成膜性
原油破乳剂分子扩散到原油乳状液油-水界面后，替代胶质、石蜡、沥青质等天然乳化剂分子，形成较弱的界面膜，进而促进其脱水。原油破乳剂分子的替换能力越强即润湿性越强，其脱水脱盐的效果就越好。
1.3 絮凝聚结性能
对原油乳状液中的水相分子絮凝聚结作用称为原油破乳剂的絮凝聚结性。原油乳状液中含水量多少和水滴分子分散度高低，直接影响破乳原油乳状液脱盐脱水过程中水滴絮凝聚结的快慢。原油破乳剂絮凝聚结作用越强，在原油脱水过程中破乳性能就越好。
1.4 实验基本原理
通过向原油中注入一定量的含氯低的新鲜水、破乳剂与原油充分混合，使原油中的盐类溶解于水中，然后在破乳剂（或外加超声波等）、电场和合适的温度、压力下，原油中的微小水滴聚集成较大的水滴，在重力作用下通过一定时间的沉降，使油水分离，从而达到脱盐脱水的目的。
2 实验部分
2.1 实验原料
本文采用巴士拉重∶库欣 1∶1+10%卡斯的混合原油为原料油，混合原油的盐质量浓度为（NaCl）57.42 mg·L-1，总氯质量分数为 32.1 mg·kg-1；某石化炼厂提供的 3 种破乳剂和净化水。
2.2 实验仪器
JFH-3ZT 破乳剂及电脱盐性能测试仪，江苏姜堰市分析仪器厂； SF-2 型智能分散砂磨控制器（高速剪切乳化机），江苏姜堰市分析仪器厂； JFH-2A自动混合器，江苏姜堰市分析仪器厂；LC-6 盐含量测定仪，江苏姜堰市分析仪器厂；LC-9 微库伦硫氯分析仪，江苏姜堰市分析仪器厂。
2.3 实验方法
本试验确定以电场法进行筛选和评价，具体实验步骤如下：在室温，取 500 g 混合原油放入1 000 mL 搪瓷杯中，加入 6%的净化水，利用智能分散砂磨控制器搅拌 10 min，使其充分乳化，转速为 5 000 r·min-1。利用分析纯甲苯配制 1‰油溶性破乳剂，分别在 6 个具塞玻璃锥形瓶中取适量的破乳剂溶液，并分别加入 50 g 乳化后的混合原油，塞入瓶塞密封后放入自动混合器，运行 10 min。将混合好的样品放入到破乳剂及电脱盐性能测试仪内，按顺序放好，按照实验操作步骤进行。参照某炼厂常减压装置电脱盐电场条件设定， 弱电场 1 200 V，运行 20 min，强电场 3 000 V，运行 23 min，设定相应的反应温度，通入氮气，使样品处于一定的压力之下，仪器开始运行。听到结束提示音后，通入冷却水，冷却至室温，泄压，提高电场，关掉电源开关。取出锥型瓶，观察下端水量，记录数据，取上层脱后原油进行盐质量浓度、总氯质量分数分析。
脱盐率=（脱前原油盐质量浓度－脱后原油盐质量浓度）÷脱前原油盐质量浓度；氯的脱除率=（脱前原油总氯质量分数－脱后原油总氯质量分数）÷脱前原油总氯质量分数 。
3 结果与讨论
一般来说，乳化的原油的黏度随着原油的温度的升高而降低。当原油的黏度较小，原油输送时，其中的水滴与油滴的内摩擦力减小，水滴越容易团聚，其沉降速度也就越快，油水分离效果越好。所以升高温度有利于破乳。当温度过高会使部分油品轻组分挥发，影响后续工艺处理，根据某炼厂的工艺实际将初始原油电脱盐破乳剂评价初始温度设定为 120 ℃。
3.1 Ⅰ型油溶性破乳剂评价
将原油电脱盐温度设定为 120 ℃，考察加入不同计量Ⅰ型油溶性破乳剂的破乳效果，结果见表 1。
从表 1 可见，Ⅰ型油溶性破乳剂用量为 0 和用量为 3 μg·g-1时，混合原油的除盐率从 56.08%增加至 74.07%，增加了 17.99%，而混合原油氯脱除率从 17.882 %增加至 27.601%，增加了 9.719%，说明加入Ⅰ型油溶性破乳剂，混合原油的除盐率和氯脱除率显著增加。当Ⅰ型油溶性破乳剂加剂量以3 μg·g-1的当量递增时，混合原油的除盐率和氯的脱除率随着Ⅰ型油溶性破乳剂的加剂量的增加而升高；当Ⅰ型油溶性破乳剂加剂量超过 9 μg·g-1 时，混合原油的除盐率和氯的脱除率变化不明显，综合盐和氯的脱除情况及经济性考虑，Ⅰ型油溶性破乳剂的最佳添加量为 9 μg·g-1，一级除盐率可达到 77.01%，氯的脱除率可达到 36.916%。
3.2 Ⅱ型油溶性破乳剂评价
将原油电脱盐温度设定为 120 ℃，考察加入不同计量Ⅱ型油溶性破乳剂的破乳效果，结果见表 2。
从表 2 可见， Ⅱ型油溶性破乳剂加剂量为 0和加剂量为 3 μg·g-1时，混合原油的除盐率从 56.08%增加至 84.41%，增加了 28.33%，而混合原油氯脱除率从 17.882%增加至 20.872%，增加了 2.99%，说明加入Ⅱ型油溶性破乳剂，混合原油的除盐率显著增加，氯脱除率也相应地增加。当Ⅱ型油溶性破乳剂加剂量以 3 μg·g-1 的当量递增时，混合原油的除盐率和氯的脱除率随着Ⅱ型油溶性破乳剂的加剂量的增加而升高；当Ⅱ型油溶性破乳剂加剂量超过 6μg·g-1 时，混合原油的除盐率变化不明显，综合盐和氯的脱除情况及经济性考虑，Ⅱ型油溶性破乳剂的 最 佳 添 加 量 为 6 μg·g-1，一级除盐率可达到87.91%，氯的脱除率可达到 24.361%。
3.3 Ⅲ型油溶性破乳剂评价
将原油电脱盐温度设定为 120 ℃，考察加入不同计量Ⅲ型油溶性破乳剂的破乳效果，结果见表 3。
从表 3 可见，Ⅲ型油溶性破乳剂加剂量为 0 和加剂量为 3 μg·g-1时，混合原油的除盐率从 56.08%增加至 84.45%，增加了 28.37%，而混合原油氯脱除率从 17.882 %增加至 28.879%，增加了 10.997%，说明加入Ⅲ型油溶性破乳剂，混合原油的除盐率和氯脱除率都有显著增加。当Ⅲ型油溶性破乳剂加剂量以 3 μg·g-1 的当量递增时，混合原油的除盐率和氯的脱除率随着Ⅲ型油溶性破乳剂的加剂量的增加而升高；当Ⅲ型油溶性破乳剂加剂量超过 6 μg·g-1时，混合原油的除盐率和氯脱除率都变化不明显，综合盐和氯的脱除情况及经济性考虑，Ⅲ型溶性破乳剂的最佳添加量为 6 μg·g-1，一级除盐率可达到86.87%，氯的脱除率可达到 37.04%。
3.4 三种不同型号油溶性破乳剂破乳效果对比
将原油电脱盐温度设定为 120 ℃，当加剂量为6 μg·g-1时，考察 3 种不同破乳剂效果，结果见表 4。
从表 4 可见，在相同的反应温度下，当混合原油中油溶性破乳剂加剂量为 6 μg·g-1 时，Ⅱ型油溶性破乳剂的除盐率最高，但是其氯脱除率比较低，氯脱除效果不明显；而此条件下Ⅲ型油溶性破乳剂除盐率较Ⅱ型油溶性破乳剂低 1.04%，但氯脱除率较其提高 12.679%；在相同的反应温度下，综合油溶性破乳剂除盐率和氯脱除率两个指标，Ⅲ型油溶性破乳剂的破乳效果较好，经济性更好。因此，对Ⅲ型溶性破乳剂的反应温度进行考察，结果见表 5。
由表 5 可知，随着温度的升高，脱盐率和脱氯率均升高。但到 135 ℃后，除盐率和氯的脱除率随温度的增加提升不明显。综合盐和氯的脱除情况、换热效率及经济性考虑，Ⅲ型溶性破乳剂的最佳使用温度为 135 ℃，一级除盐率可达到 92.44%，氯的脱除率可达到 46.01%。
4 结 论
1）在巴士拉重∶库欣 1∶1+10%卡斯的混合原油乳状液中添加破乳剂，置换油水界面的天然乳化剂，取代原来的保护膜，从而使乳状液油水界面形成不牢固的单层的表面活性剂膜，进而使水滴聚集，原油破乳脱水。
2）当在巴士拉重∶库欣 1∶1+10%卡斯的混合原油乳状液中加入Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型油溶性破乳剂后，既能提高油水界面张力，根据吉布斯吸附定理，同时油溶性破乳剂会阻止原油中胶质、沥青质、环烷酸等天然的表面活性成分吸附在界面上，阻止界面膜的形成，并能破坏已形成的界面膜，降低其机械强度和黏弹性，阻断原油乳状液分散液滴的形成，进而油水两系分散程度降低，使其在相互碰撞时容易聚结，形成油水分离态，所以加入油溶性破乳剂后一级除盐率和氯的脱除率显著提高。随着油溶性破乳剂加入量的增加，油水分离达到一最大效果，之后一级除盐率和氯的脱除率随油溶性破乳剂的增加变化不明显。
3）针对巴士拉重∶库欣 1∶1+10%卡斯的混合原油，破乳剂的最佳使用方案为：Ⅲ型油溶性破乳剂，添加量为 6 μg·g-1，最佳使用温度为 135 ℃，一级除盐率可达到 92.44%，氯的脱除率可达到46.01%。
原标题：一种混合原油破乳剂的筛选与评价
原作者：张国伟 崔蕊 刘芳
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