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原油超声破乳脱水脱盐的研究文献综述

 2020-05-16 08:05  

首先,我们从各种文献资料中认识到了存在于原油产业中的一个难题是:原油生产过程中容易形成油包水乳化液。而由于乳化液的存在会增加油的黏度,使油通过管道运输时变的很困难,从而导致了成本的增加。此外,乳化液中通常包含相对高浓度的溶解盐类,主要是氯化钠,这导致了在蒸馏过程中造成了设备的腐蚀和故障[1,2]。因此必须在原油生产时除去水和盐。通过查找各种文献资料,我们了解了各种原油破乳脱水脱盐的方法,通过比较各种常用方法,我了解到了其中采用低频超声波破乳脱水脱盐的优势。

为了从原油中分离水,首先第一步就是要破坏乳化液。从各种文献资料中我们了解到,为了能够从原油中实现水的分离,就必须要去除或者削弱[3,4]用来稳定乳化液的界面膜。这一阶段能通过各种机械,电,化学过程或这些方法相互结合[5],得以实现。油包水乳化液的化学不稳定性通常表现在使用破乳剂展现聚集在水油交界面的容量方面,同时改变它的性质使得水凝聚和结合。有几种破乳剂,在生产中是根据乳化液的物理和化学性质选择使用。在其中温度是决定破乳效率的关键参数,因为增加温度会降低乳化液的黏度,而且能使破乳剂分子更容易地移动到水油交界面[6]。尽管化学破乳剂被广泛地用于原油生产,但是在原油或水相中去除破乳剂时会发现原油和其他的产品存在污染物的问题。

通过破乳剂和物理作用的结合能够获得更高效率的破乳作用。在这之中,最多用于油包水乳化液分离的是静电场处理,包含运用外电场加强溶液滴的聚集,促进相分离的方法[7]。但是必须添加脱盐水(以防脱盐步骤)和破乳剂以确保合适的破乳作用效率。还有其他的手段:要是与静电场处理相比,用水力旋流[8]和微波辐射[9-12]更有效。尽管在一些著作中描述了运用水力旋流器和微波辐射进行油包水乳化液处理的优势,但是这些技术仍未被用于工业原油破乳作用过程。我们要研究的是利用低频超声波破乳脱水脱盐。

随着低温集输的发展,进站原油破乳脱水的难度增大。而采用低频率超声波破乳脱水,作为一种克服上述原油破乳作用[13,14]技术缺点的方法被广泛研究。一些学者[13]评测了10khz频率的声能,在一个构建用于生成驻场波,并结合化学破乳剂的设备,除了从原油中除去盐和水的其他作用。在文献资料中我们了解到两位研究人员舍贝尔和哈沃德[14]曽提出以破乳作用为目的,用超声设备在40khz频率下结合化学破乳剂的方法。我还了解到,可归咎于超声波的主要影响之一的是气穴现象[15,16]和在液体中的合成冲击波的反应。气蚀效应也包括加热和液体介质的强力搅拌,它能够造成热量和质量传递过程[17]的放大。这些特性在超声波中的运用中,主要是在化学反应[18]中得到了关注。另一个可以在超声频率下产生的效应是驻波的形成。在有一些文献资料中介绍了超声波与化学破乳剂结合产生的气蚀效应是通过直接在乳化液中运用超声波形成的。很少有文献资料提到涉及破乳作用过程的机制。在文献中[1]根据M系统可知,油包水乳化液中水的分离(运用频率在200-400KHz范围的超声波)是由于直接运用超声波在原油乳液上产生的震动造成的。此外,在一些文献资料中,根据实验条件超声波被用于制造驻波场来实现粒子或乳液的分离。

基于上述考虑,在现在的文献资料中,低频率超声波(在超声波清洗器中频率为35kHz)通过间接利用水作为传播媒介,同时避免使用化学破乳剂或脱盐水添加物对原油破乳反应产生的作用得到了研究。使用重质原油的合成乳化液和超声波破乳反应过程的运行参数如:测定的功率,温度和时间,同时所有实验都由批处理系统执行。测定不同水含量和液滴滴径分布的油包水乳化液,然后通过测定在定量超声处理后保留在乳化液中的水含量得到破乳作用的效率。

超声波辅助的乳化作用应用广泛,而这一过程与汽蚀现象的作用有关,还会造成在反应媒介[16,17]中的喷流和声流现象。从这个意义上来说,低频率超声波已经和食品加工一样被运用于乳化作用过程。在另一方面,破乳作用还能通过使用高频率超声波(通常高于400khz),主要与其在分离液相起作用的驻波有关。但是,只有一处文献描述过涉及到利用低频率超声波的破乳作用的系统。但是在这个情况下,原油乳化液直接与超声换能器接触并且添加化学破乳剂。

在文献中我了解到35khz频率下通过超声波清洗槽不直接运用超声波,实现了油包水原油乳化液的破乳作用。在没有使用化学破乳剂情况下,获得的破乳作用效率达到65%,这是生产运用上重要的进步。尽管破乳作用过程涉及的机制尚未明确,但是能够知道的是,在介质中的空穴作用引起的湍流与破乳作用有关。如果湍流足够强,可以削减用来稳定乳液的界面膜。在这之后,超声波能够促进水滴的冲击从而增强聚集。在相对低温下(45℃),能够获得更高的破乳作用效率,这很重要,因为在工业破乳过程中使用的温度通常高于60℃,在这一步需要大量的能量。可以得出的结论是,由超声波辅助的原油破乳作用密切依赖于超声时间和超声功率。

所以我了解到超声波是原油处理中具有广阔前景的技术。

参考文献:

[1]#160;曹冬梅,超声波原油破乳脱水实验研究#8212;#8212;《内蒙古石油化工》2015第一期33-34页#160;共2页.

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