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超声波处理炼油厂污油

发布时间:2016-11-08 13:54:00

  石油炼制与化工超声波处理炼油厂污油破乳脱水的研究张玉梅彭飞2,吕效平1(1.南京工业大学化工学院超声化学工程研究所,南京210009;2.中国石化扬子分公司炼油厂)验,考察了超声波参数对污油脱水的影响。结果表明,超声波对污油脱水作用相当明显,在相同的破乳剂用量、温度等条件下,污油脱水量与单纯热沉降相比可提高2倍左右;温度是乳化污油脱水的敏感因素,使用超声波处理污油可降低污油处理温度;超声波的声强对污油脱水量有直接影响,超声波脱水的声强应在临界阈值以下;破乳剂用量对污油脱水也有很大的影响,为了获得较好的脱水效果,破乳剂用量应控制在临界值以下。在声强1.168W7cm2、频率40kHz、作用时间15min、破*C、沉降4h的条件下,用超生波技术处理炼油厂污油,可使脱后污油水含量在0.2%以下。
  1前言一般来说,炼油厂回收的污油是污水中各种油品的混合物,性质复杂,且脱水后含水量高,通常大于10%,含水污油具有含胶质、浙青质高,乳化能力强,杂质含量高、老化程度较严重的特点。污油中的杂质来自钻井泥浆,井下酸化、压裂液,原油破乳剂及污水处理剂(絮凝剂、混凝剂、阻垢剂、缓蚀剂、杀菌剂、烧碱等)。由于污油成分复杂,含较多电解质,稳定性好,通常采用加温沉降粗分离的方法处理,处理后污油含水量小于10%即出售,降低了炼油厂的经济效益。目前利用超声波处理污油,降低污油含水量这一技术受到越来越多的重视。美国Teksonixl3公司的超声波油水乳化物破乳脱水装置及工艺已经取得了良好的效果。许多实验研究证明用超声波使乳液脱水具有常规方法不能比拟的优越性。本课题探索了超声波参数对炼油厂污油脱水效果的影响及一般规律,以期该技术尽早实现工业应用。
  2基本原理一般认为超声波可使介质产生机械振动、空化作用和热作用,用超声波进行污油脱水主要利用的是机械振动作用和热作用。
  (1)机械振动作用可促使水“粒子”产生位移效应,然后根据碰撞效应使小水滴凝聚成大水滴,在重力作用下沉降分离。
  方面,界面摩擦使油水分界处温度升高,使界面膜容易破裂;另一方面,污油吸收部分声能转换成热能,降低了污油的粘度。从而有利于水滴聚并,使油水分离。
  3实验部分3.1试验仪器、原料及流程试验仪器有DGC-1200型超声波发生器(两边分别置有频率为40kHz和28kHz两种压电陶瓷换能器,功率各为0~ 1kW)、超级恒温水浴、原油水含量测定仪、水听器、SR8示波器等。试验油样为中国石化扬子分公司炼油厂提供的脱水乳化污油,初始水含量的体积分数为5.4%,试验油样体积为400mL,所用破乳剂为NS2003.恒温水槽保持污油处理温度。试验时可分别选用2个不同处理频率及功率,用水听器测定声功率,采用国家标准GB/T8929*1988分析污油水含量。试验装置示意图见。
  3.2试验方法将污油置于恒温水槽中加热到易流动状态,加入破乳剂N2003,机械搅拌2min,使破乳剂分布均匀,放入清洗槽超声波处理器内处理,处理过的油样置于恒温水浴中沉降,分析水含量,并和未(2)降低油水界面膜强度和污油的粘度。一超声波化工应用研究。
  石油炼制与化工试验装置示意―压电陶瓷换能器;4一烧杯;5―水听器;6*示波器;7*电机;8*恒温水浴;9*清洗槽经超声波处理的油样比较。
  4结果与讨论4.1声强对污油脱水量的影响在污油破乳脱水试验中,声强是一个很重要的可控参数,它决定水粒子的凝聚速度。声强增强,水粒子的位移振幅加大,碰撞粘合的几率增大,从而提高水粒子凝聚的速度。
  为声强与污油脱水的关系曲线。试验条件为破乳剂用量375Ug/g,温度70*C,频率40kHz,米用3种不同的辐照时间⑴:5,10,沉降时间为2h.由可见,污油脱水后水含量先随声强的增大而减小,然后随声强的增大而增大,在声强为1.168~ 1.250W/cm2时脱水量有一个最大值,此时声强即为试验中的临界阈值。声强超过此值,超声波对污油产生较大的空化作用,使凝聚的水粒子重新分散,产生新的乳化,声强越强,乳化越严重,造成污油脱水量急剧下降。在临界阈值以下,辐照时间长的污油脱水较快;临界阀值以上,辐照时间4.2频率对污油脱水量的影响超声波的衰减与频率的平方成正比,超声波的频率越低,衰减越慢,破乳声场越均匀,而且在相同的声强条件下相对低的频率可增大超声波破乳的有效幅照距离,提高水滴位移振幅,有利于水滴凝聚。这表明,超声波污油脱水应使用低频超声场。Kotyusovl6从理论上导出水“粒子”在超声波作用下产生凝聚的最佳频率在21~25kHz.本试验在混响场中分别采用40kHz和28kHz的频率进行超声波破乳,并对污油脱水效果进行了比较。
  168W/cm2,破乳剂用量375Ug/g,沉降时间2h,温度70为不同辐照时间、不同频率对污油脱水量的影响。由可见,在相同声强条件下,频率为28kHz时,超声波对污油破乳的效果要比40kHz的好,这同是相符的。另外,超声波空化阈值声强随频率的提高而升高,28kHz的超声波比较容易产生空化作用,同样的声强下,低频的更接近空化阈值。因此,低频超声波最佳辐照时间应短于高频超声波辐照最佳时间,否则污油会重新乳化。
  影响在超声波辐照下,小水滴相互碰撞,粘合变成相对大的水滴,水滴不断碰撞、粘合,直到水滴足够大时产生沉降作用。这需要一个时间过程。表示超声波辐照时间和污油脱水的关系,试验条件为:声强1.168W/cm2,破乳剂用量375作/g,温度70*C,频率40kHz(由于28kHz的仪器不太稳定,以下试验均米用40kHz条件)。
  从可以看出,在沉降时间相同的情况下,长的污油重新乳化也较快。随着超声波辐照时间的账污油脱。后含水量逐步张玉梅等。超声波处理炼油厂污油破乳脱水的研究破乳剂用量/fJLg.g-1破乳剂用量对污油脱水量的影响一无超声波处理;*一辐照时间为5min;▲一辐照时间为10min;―辐照时间为15min 4.6温度对污油脱水的影响响污油破乳的重要因素之乳长,则两者区别逐渐缩小。
  4.5破乳剂用量对污油脱水量的影响原油破乳的关键是改变油水界面的性质,降低界面张力和膜的强度。破乳剂是改变原油乳状液稳定性的关键因素之一。界面活性越高,降低油水界面张力和膜强度能力越强的破乳剂,其破乳脱水效果越好。
  在试验中所采用的破乳剂为中国石化扬子分公司炼油厂提供的N孓2003.丁德磐等人指出,破乳剂的用量不是越大越好,而是存在一个临界值,破乳剂浓度在达到临界值以前,破乳脱水效果随破乳剂使用浓度的增大而提高;超过临界值,破乳效果不变或下降。
  表示试验过程中破乳剂用量和破乳效果的关系。试验条件为:温度70°C,声强1.168W/cm2,沉降时间2h,频率40kHz.从可以看到,污油脱水后水含量随破乳剂用量的增大而降低,但随着破乳剂用量的增大,降低的趋势越来越平缓,表明破乳剂的用量逐步接近临界值,同时也验证了的结论。表明破乳剂用量以375作/g为好。N孓2003破乳剂处理污油的用量(375yg/g)远大于炼油厂用于原油破乳的破乳剂用量(约40Ug/g),其原因:①可能是污油中杂质、电解质较多,使污油破乳剂用量的临界值远大于一般原油;②炼油厂原油破乳过程也是电脱盐的过程,故可不用较大的破乳剂量。虽然污油脱水所用破乳剂量较原油多,但脱过水的污油水含量很低,可以掺入原油回炼,相对于作为燃料廉价出售处理还是有很高的利用价值。
  降低,但是,由于超声波声强处于空化阈值附近,经长时间辐照后,油水界面容易出现乳化,造成脱水效果下降,因此,用超声波处理污油的时间必须在最佳辐照时间以内。在本试验条件下,从脱水速度和脱水量来考虑,辐照时间在10~ 15min比较合理。
  沉降时间对污油破乳脱水的影响趋势和辐照时间的影响类似。表示沉降时间和污油脱水的关系,试验条件同。表明,随着沉降时间的延长,污油中水含量不断降低,曲线也越来越平缓,在试验中比较适宜的沉降时间为2~▲一辐照时间为10min;―辐照时间为15min 4.4有无超声波处理对污油脱水量的影响从可见,经超声波处理过的污油的水滴沉降速率大于无超声波处理的污油的沉降速率,可以在较短的沉降时间内达到较长时间热沉降才能实现的效果,表明超声波对污油脱水有相当明显的促进作用。表明,超声波处理后污油沉降时间为2h的脱后污油含水量相当于无超声波处理污油经3.5h热沉降的脱后含水量;当然如沉降时间很石油炼制与化工状液温度升高,首先影响界面膜的稳定性,使有些固体颗粒脱离界面,降低了界面膜的机械强度,使乳状液稳定性降低;其次增加了油水分子的动能,降低了乳状液的粘度,加剧了液滴间的相互碰撞次数,有利于水珠的聚集沉降。所以污油脱水需要将温度提高到一定值,才能达到较好的脱水效果。
  表示了温度对污油破乳脱水的影响。试验条件为:声强1.168W/cm2,沉降时间2h,频率40kHz,破乳剂用量375Ug/g.由可见,温度对污油破乳脱水的影响十分显著,特别是当乳化液处于较低温度时,温度升高可使脱水效率成倍提高,达到较好的破乳效果。该图还表明,对确定的破乳剂,当温度升高到一定值之后,再升高温度则脱水效果的提高甚微,似乎存在一个“极限”。显然,采用N2003破乳剂处理污油,60~70*C的温度范围比较适宜。这和污油粘度的变化是一致的,温度高,污油的粘度低,水粒子沉降的阻力小,容易沉降下来,超过70*C后,污油的粘度变化很小,升高温度对污油破乳的影响不再显著。
  表明不使用超声波时,要通过热沉降与使用超声波处理达到相同的脱后水含量,需要较高的沉降温度。如污油脱后水含量为1%时,超声波处理所需温度为60*C,而普通热沉降过程则应在70*C以上。
  一无超声波处理;拳一辐照时间为5min;▲一辐照时间为10min;―辐照时间为15min;一辐照时间为20min 4.7优化工艺条件下污油的脱水效果综合对上述试验结果的分析和讨论,在声强为40kHz、辐照时间降时间4h、破乳剂用量375Ug/g、温度70 *C的条件下,用超声波技术处理污油,脱后污油水含量为0. 15%,而无超声波处理,脱后污油水含量为0.35%. 5结论(1)超声波对污油脱水作用相当明显,在同等条件下(相同的破乳剂量、温度等),污油脱水量可提高2倍左右,和单纯热沉降相比具有显著优势。
  (2)温度是乳化污油脱水的敏感因素,使用超声波处理污油可降低污油处理温度。考虑到污油粘度的变化,用超声波脱水在60~ 70*C下进行,而普通热沉降则需在70*C以上。
  (3)超声波的声强对脱水量有直接影响,超声波脱水的声强应在临界阈值以下。
  (4)破乳剂用量对污油脱水有很大影响,为了获得较好的脱水效果,破乳剂用量应控制在临界值以下。本试验条件下以375Ug/g为好。
  (5)由于实验是针对中国石化扬子分公司炼油厂提供的某一特定污油,对于不同的污油实验系统而言,虽然实验研究方法是一致的,但由于污油性质的差异,超声波脱水的技术参数将发生变化,应根据具体的实验系统调整操作参数。

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