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10-04无机盐及海水作用下高稠油微波辐射法脱水研究

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10 04 无机盐 海水 作用 下高稠油 微波 辐射 脱水 研究
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无 机 盐 及 海 水 作 用 下高 稠 油 微 波 辐 射 法 脱 水 研 究"毛 燎 原!" 赵 杉 林!" 张 启 凯!" 李 " 萍!" 郭 文 玲!" 林 成 名#!$ 辽 宁 石 油 化 工 大 学 石 油 化 工 学 院 ( 辽 宁 省 抚 顺 市 !!%&&!)#$ 辽 河 油 田 热 电 厂 ( 辽 宁 省 盘 锦 市 !#’&!&)摘 要 : 由 于 胶 质 及 沥 青 质 含 量 高 、 密 度 大 、 粘 度 高 、 油 水 界 面 膜 牢 固 , 高 稠 油 脱 水 具 有 很 大 的 技 术 困 难 。 采 用 常规 的 化 学 沉 降 法 、 掺 稀 稀 释 法 , 破 乳 剂 使 用 量 大 、 分 离 时 间 长 。 采 用 常 规 的 微 波 辐 射 法 也 难 以 达 到 理 想 的 效 果 。 采用 添 加 无 机 盐 的 微 波 辐 射 法 , 脱 水 效 果 大 大 提 高 , 特 别 是 在 少 量 乙 酸 钠 的 存 在 下 , 脱 水 率 达 到 了 (($ ’%)。 进 一 步研 究 了 *+,-, *+., ,/%,00*+, *+*0%, *+#,0%, *+#10’六 种 钠 盐 以 及 *+,-, 2,-, ,+,-#, 3+,-#, 45,-#, 6-,-%六 种 氯 盐对 微 波 辐 射 高 稠 油 脱 水 率 的 影 响 , 简 要 分 析 了 阴 、 阳 离 子 作 用 下 78 0 型 乳 状 液 吸 收 微 波 的 机 理 。 在 此 基 础 上 , 进一 步 研 究 了 采 用 添 加 海 水 稀 释 的 微 波 辐 射 法 脱 水 的 效 果 , 结 果 表 明 , 对 于 水 质 量 分 数 9&)和 #&)的 高 稠 油 78 0 乳状 液 , 添 加 海 水 稀 释 后 , 脱 水 率 最 高 分 别 达 到 了 (:$#;)和 (#$&%)。 该 方 法 无 需 任 何 添 加 剂 , 具 有 高 效 、 节 能 、 环 保的 优 点 。关 键 词 : 原 油 脱 水 " 稠 油 " 微 波 辐 射 " 无 机 盐 " 海 水 " 实 验 室 规 模" " 稠 油 脱 水 具 有 很 大 的 技 术 困 难 。 目 前 稠 油 主要 采 用 热 化 学 沉 降 法 和 掺 稀 稀 释 法 脱 水 , 但 上 述方 法 存 在 许 多 固 有 缺 陷 , 如 分 离 速 度 慢 、 能 量 利 用率 低 、 成 本 高 、 设 备 易 腐 蚀 、 油 品 不 易 回 收 、 破 乳 剂使 用 量 大 等 。微 波 能 用 于 原 油 的 破 乳 脱 水 方 面 , 国 内 外 进行 过 一 定 的 研 究[ !!$# ?@5 的 要 求 加 入 不 同 量 的 无 机 盐 , 同 时 量取 #9 ?B 去 离 子 水 加 入 参 比 釜 中 。 将 釜 置 于1/(’&# 微 波 反 应 系 统 , 辐 射 完 成 取 出 反 应 釜 , 在 室温 下 静 置 , 然 后 测 量 水 层 体 积 。 原 油 中 水 的 体 积 按试 样 水 含 量 计 算 。 脱 水 率 计 算 公 式 为 :" " 脱 水 率 ( 破 乳 率 ) C!@8!&)收 稿 日 期 : #&&; F&9 F%&。作 者 简 介 : 毛 燎 原 , 辽 宁 石 油 化 工 大 学 化 学 工 艺 专 业 在 读 硕士 研 究 生 , 现 从 事 原 油 微 波 脱 盐 脱 水 研 究 工 作 。联 系 人 : 赵 杉 林 , 电 话 : &’!% F ;G;&::G, H+, +, :0% +, ?0% +, @62 +六 种 阳 离 子 当 中 , =0+极 化 力 最 小 , 因 此 , =0+对乳 状 液 吸 收 外 加 场 的 能 力 的 影 响 最 小 。 而 试 验 结果 表 明 , 阳 离 子 对 17 +A +A :0% +A ?0% +A@62 +, 这 可 能 是 由 于 @62 +比 较 活 泼 , 在 微 波 辐 射 下会 与 阴 离 子 发 生 反 应 , 从 而 导 致 油 品 结 构 变 化 。表 #& 不 同 氯 盐 浓 度 下 油 样 脱 水 率#& D,4 ,!,4J G!,4I 0I, K"4K,44& & & & & $, (盐 浓 度 7 3"6· 89;#’ ’$# ’$% ’$2 ’$O ’$) ’$P ’$Q ’$R ’$S #$’ #$# #$%>:6 %$)P #O$’$P# P’$O) Q%$%’ R’$’$P$S$#S % S%$2O ’ O=0:6 %$)P #O$## %#$2O )#$Q$S$O$#Q S R)$%S S%$)$Q$## O:0:6%%$)P #)$’Q #S$O$O$’Q 2 R’$’Q 2 R S’$P) S%$O$P# S’$2#?0:6%%$)P S$O$)) Q Q Q#$’) % R%$P) R)$R) Q % S’$P) %%$)P #2$2O %%$2% )’$)O Q)$R$O$’O ) R S’$)$P$P) S%$2O@6:62%$)P S$2$%# O)$)P )P$P$)P P 2 R’$R$)O R R#$S$& "盐 浓 度 以 油 样 中 氯 离 子 浓 度 表 示 。表 %& 不 同 钠 盐 浓 度 下 油 样 脱 水 率%& D,4 ,!,4J G!,4I L"G!06I K"4,4& & & & $, (盐 浓 度 7 3"6· 89;#’ ’$# ’$% ’$2 ’$O ’$) ’$P ’$Q ’$R ’$S #$’ #$# #$%:, 辐 射功 率 #** ?, 在 不 同 的 辐 射 时 间 下 考 察 其 脱 水 效果 , 结 果 见 表 #。 从 表 # 中 可 以 看 到 如 下 规 律 :: : ( 1) 同 等 加 水 量 和 辐 射 时 间 下 , 添 加 海 水 稀释 的 油 样 脱 水 率 远 远 大 于 添 加 淡 水 稀 释 的 油 样 脱水 率 。( 0) 对 于 添 加 海 水 的 油 样 , 辐 射 时 间 一 定 时 ,随 着 海 水 加 入 量 的 增 加 , 脱 水 率 先 是 迅 速 增 大 , 然后 缓 慢 降 低 , 当 海 水 添 加 量 为 1* /@ 时 , 脱 水 率 达到 4A+ 02=。 此 后 , 随 着 海 水 加 入 量 的 增 大 , 脱 水率 缓 慢 降 低 , 这 是 因 为 , 若 海 水 加 入 量 太 少 , 体 系不 能 吸 收 足 够 的 微 波 能 , 游 离 的 无 机 离 子 太 少 而不 足 以 打 破 油 水 界 面 膜 , 因 而 分 散 液 滴 的 聚 结 率低 ; 若 海 水 加 入 量 过 高 , 由 于 海 水 吸 收 微 波 的 能 力远 远 大 于 分 散 的 内 相 水 以 及 原 油 , 因 而 体 系 中 的海 水 由 于 吸 收 大 量 的 微 波 能 而 使 其 温 度 迅 速 升高 , 迅 速 分 散 在 ?B $ 乳 状 液 中 , 均 匀 分 布 在 油 滴的 外 表 面 , 从 而 形 成 一 种 特 殊 的 “ ?B $B ?” 乳 状液 , 此 时 , 包 围 在 油 滴 表 面 的 海 水 削 弱 了 内 相 水 吸收 微 波 的 能 力 , 内 相 水 不 能 充 分 聚 结 , 从 而 导 致 油样 脱 水 率 降 低 。表 #: !"为 -*=稠 油 在 不 同 海 水 添 加 量 及辐 射 时 间 的 脱 水 率 #: G J)O/E J. G )#, =加 水 量 及加 水 种 类辐 射 时 间 B / # , - 2, /@: 海 水 1 1 3*+0A 31+,# 30+01 30+3A: 淡 水 10+-, 1-+2- 12+*4 0*+4+,- #3+,02 /@: 海 水 A#+*+0+#1 3A+3+0- 34+0A: 淡 水 13+0# 0,+,# 0A+2* 03+,, ##+-* #3 /@: 海 水 2 41+2A 40+3+#1 33+20 33+*,: 淡 水 0*+01 #*+24 #4+,# ,A+-, 2 20+,11* /@: 海 水 2 4#+3- 4A+02 40+4+21 3-+淡 水 00+#0 #3+-+-+1+#1 2,+0#10 /@: 海 水 2 41+0, 40+#, 4*+,, 3,+#, 3#+0A: 淡 水 00+2A ,#+#0 ,3+A# 2*+,- 2-+#0 2A+110+ #+ 0: 低 含 水 稠 油 油 样 脱 水 率 考 察称 取 0* 9 水 质 量 分 数 0*= 的 稠 油 乳 状 液 , 添加 海 水 稀 释 , 海 水 添 加 量 为 2 @, 系 统 压 力 为*+ 1 8>6, 辐 射 功 率 #** ?, 在 不 同 的 辐 射 时 间 下考 察 其 脱 水 率 , 结 果 见 表 ,。表 ,: !"为 0*=稠 油 在 不 同 海 水 添 加 量 及辐 射 时 间 的 脱 水 率 ,: G 6/T)J J)O/E #, =加 水 量 B /@ 2 3 1* 10 1, 12 130 /M. 03+11 #*+14 ,-+#1 22+3+,- 22+,1 2-+##, /M. #3+,2 ,2+#1 2-+,1 1 31+#0 34+*4 3A+#M. 3 22+-, - 41+,2 40+*# 4*+#1 33+313 /M. 4 3 32+#- 4*+,- 41+0, 34+,, 32+*+#3 1 3A+,2 33+34 3A+3A 3A+1# 32+#-: : 从 表 , 可 以 看 出 , 辐 射 时 间 一 定 时 , 随 着 海 水添 加 量 的 增 加 , 脱 水 率 先 是 迅 速 增 大 , 达 到 最 大 值点 后 缓 慢 降 低 。 当 海 水 添 加 量 小 于 10 /@ 时 , 油样 脱 水 率 随 着 时 间 的 增 加 先 是 迅 速 提 高 , 然 后 趋于 缓 和 ; 当 海 水 添 加 量 大 于 1* /@ 时 , 油 样 脱 水 率先 是 迅 速 提 高 , 而 后 略 有 下 降 , 这 与 水 质 量 分 数— 1* 期 : : : : : : : : : : 毛 燎 原 等 + 无 机 盐 及 海 水 作 用 下 高 稠 油 微 波 辐 射 法 脱 水 研 究!"#的 油 样 的 脱 水 情 况 相 类 似 。综 上 所 述 , 对 于 $" % 水 质 量 分 数 $"# 的 油样 , 在 系 统 压 力 "& ’ ()*, 辐 射 功 率 +"" , 的 条 件下 , 海 水 的 最 佳 添 加 量 为 ’- ./, 最 佳 辐 射 时 间 为0 此 时 油 样 脱 水 率 达 3$& "+#。+4 结 4 论( ’) 加 入 少 量 无 机 盐 , 能 大 大 增 强 乳 状 液 吸 收微 波 的 能 力 , 使 高 稠 油 脱 水 率 迅 速 提 高 , 辐 射 结 束后 , 油 水 分 离 随 即 完 成 , 无 需 静 置 沉 降 。( $) 乳 状 液 脱 水 率 与 阳 离 子 极 化 力 以 及 阴 离子 半 径 大 小 有 关 。 阳 离 子 极 化 力 越 大 , 对 体 系 破乳 贡 献 越 大 ( 活 泼 金 属 离 子 56+ 7除 外 ) , 阴 离 子 半径 越 大 , 对 体 系 破 乳 贡 献 越 大 。( +) 相 对 于 添 加 淡 水 , 添 加 海 水 稀 释 稠 油 乳 状液 更 有 利 于 脱 水 。 对 于 水 质 量 分 数 !"#的 稠 油 乳状 液 , 每 $" % 油 样 中 添 加 ’" ./ 海 水 , 系 统 压 力"& ’ ()*, 辐 射 时 间 + 辐 射 功 率 +"" , 条 件下 , 脱 水 率 达 到 最 大 值 ( 38& $0#) 。 对 于 水 质 量 分数 $"#的 油 样 , 每 $" % 油 样 中 添 加 ’- ./ 海 水 ,系 统 压 力 "& ’ ()*, 辐 射 时 间 0 辐 射 功 率 +"", 条 件 下 , 脱 水 率 达 到 最 大 值 ( 3$& "+#) 。( -) 辐 射 时 间 过 长 、 海 水 添 加 量 过 大 都 不 利 于油 样 脱 水 。 海 水 添 加 量 过 大 时 , 体 系 中 形 成 特 殊,9 :9 , 乳 状 液 , 附 着 在 油 滴 外 表 面 的 水 削 弱 了 内相 水 吸 收 的 微 波 能 。 辐 射 时 间 过 长 , 分 散 体 系 被重 新 乳 化 。参 考 文 献[ ’] ;*2% ?@A*C**2F * @I A*2 @16 G[ K] & K@J?2*6 @I (1>?@A*@*2F ?@.*%N, ’33!, +"( ’) : &[ $] ,@6I& I @A**1@2 12 *2F 1@2G @I >*P@2G *2F A* O=, O= -!Q$0$3[ )] & ’3M’!&[ +] 刘 惠 玲 & 微 波 脱 水 技 术 [ K] & 油 田 地 面 工 程 , ’33$, ’’( -) : $$M$!&[ -] 胡 同 亮 , 李 萍 , 张 起 凯 , 等 & 微 波 辐 射 法 原 油 脱 水 的 研 究 [ K] &炼 油 技 术 与 工 程 , $""+, ++( $) : 0 !] 蒋 华 义 & 高 凝 高 粘 原 油 微 波 脱 水 降 粘 输 送 技 术 研 究 [ K] & 油 气储 运 , $""-, $+( !) : +&[ 0] 蒋 华 义 , 黄 莉 , 魏 爱 军 & 稠 油 微 波 脱 水 实 验 研 究 [ K] & 西 安 石 油大 学 学 报 : 自 然 科 学 版 , $""!, $"( !) : &( 编 辑 4 杨 金 鹏 )!"#$% &’ ()*+&,-./ +-$)-")&’ )’ "0/ $/0%$+-")&’ &10)203.)!*&!)"% &)4 )’ "0/ 5+/!/’*/ &1)’&+2-’)* !-’$ !/-,-"/+(*@ /1*@’, =D*2612’, % ’, /1 )12%’, ,, /12 @ 1%?16 I 11%>@2I %J. *2F *2F G@61F @16 *2F A*12*>C& @2*6 * H?@>1@>6 2F 12E@ 16 @ * 6*?%C *.@I P?C* *2F 6@2% *G, @I @A**1@2 H?@>1 @I 12@?%*21> G*6E >*2 %?C* & 2D*E, I@? * >@2E*12"# A* C.@B*6 ?* A*A*G @ 33& -+# 12 ? @I *>C G@ E @I Z*?@C ?*1@2 H?@>*G C>D*21G. @I ,9 : *@A*2C?%N @I >*G *2F *21@2G A*G *2*6N^]*2 ?@>I @A**1@2 C*A* A*G *2F %@@F A*G @2D@D*E, @I * *?C.@B*6 ?**G @ 38& $0# *2F 3$& "+# I@? 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