1、2019/1/16,石油化工过程系统概论,1,Foreword,2019/1/16,石油化工过程系统概论,2,the oil and the natural gas (the raw materials),Petroleum product (oil product),oil refining,gasoline,kerosene,diesel,lubrication oil,liquefied petroleum gas,petroleum coke,paraffin wax,asphalt,fuel oil,ethylene, propylene, butadiene, benzene, t
2、oluene, xylene,organic chemical raw materials (approximately 200 kinds),synthetic materials,plastics,synthetic fibers,synthetic rubbers,The first step,Pyrolysis（热解）,The second step,(petrochemical products),石蜡,沥青,乙烯,丙烯,丁二烯,苯,甲苯,二甲苯,塑料,合成纤维,合成橡胶,2019/1/16,石油化工过程系统概论,3,第一篇 炼油系统的装置与设备,2019/1/16,石油化工过程系统
3、概论,4,The installment and equipment of the refinery system,crude oil electrical desalting Atmospheric and Vacuum Distillation Unit Catalytic cracking unit Delayed coking unit Catalyst Reforming Unit hydrogen plant Hydrogen Cracking Unit Hydrogen Refining Unit Desulphurization Unit Sulfur Recovery Uni
4、t,2019/1/16,石油化工过程系统概论,5,第一章 原油电脱盐 Crude oil electrical desalting,2019/1/16,石油化工过程系统概论,6,1.1 The main use and technical process of electrical desalting,2019/1/16,石油化工过程系统概论,7,原油电脱盐是石油加工的第一道工序。,Main purpose,get rid of Alkali metals （碱金属）and Heavy metals,Antisepsis（防腐）,get rid of water ,Inorganic salt
5、 and Organic Sour salt（有机酸盐）,get rid of Mire（泥） and other impurity（杂质）,2019/1/16,石油化工过程系统概论,8,原油含盐含水的危害,原油含盐含水对原油储运、加工、产品质量及设备等均造成很大危害，主要为： （1）增加设备的负荷，增加动力、热能和冷却水等的消耗。 例如一座年处理量为250万吨的常减压蒸馏装置，如果原油含水量增加1%，热能耗将增加约7000MJ/h。 （2）影响常减压蒸馏的正常操作。 含水过多的原油，水分气化，气相体积大增，造成蒸馏塔内气速过大，易引起冲塔等操作事故。,2019/1/16,石油化工过程系统概论
6、,9,（3）原油中的盐类，随着水分蒸发，盐分在换热器和加热炉管壁上形成盐垢，降低传热效率，增大流动阻力，严重时导至堵塞管路，烧穿管壁、造成事故。 （4）腐蚀设备，缩短开工周期。CaCl2和MgCl2能水解生成具有强腐蚀性的HCl，特别是在低温设备部分存在水分时，形成盐酸，腐蚀更为严重。CaCl2+2H2O Ca(OH)2+2HClMgCl2+2H2O Mg(OH)2+2HCl加工含硫原油时，会产生H2S腐蚀设备。 （5）盐类中的金属进入重馏分油或渣油中，毒害催化剂、影响二次加工原料质量及产品质量。,2019/1/16,石油化工过程系统概论,10,原油从地层开采出来后先经过油田的脱水装置处理，要
7、求将含水量降到0.5%，含盐量降至50mg/l。但由于油田脱盐脱水设施不完善或原油输送中混入水分，进入炼油厂的原油仍含有不等量的盐和水分。,因此原油进入炼油厂后，必须先进行脱盐脱水，使含水量达到0.1%0.2%，含盐量5mg/l。对于有渣油加氢或重油催化裂化过程的炼油厂，要求原油深度脱盐，即原油含盐量3mg/l或含钠量1mg/l。,2019/1/16,石油化工过程系统概论,11,二、原油电脱盐的工序,原油电脱盐的工序包括： (1) 脱盐前水洗。用于除去原油中溶于水的酸（Sour） 、碱（alkali ）、盐( salt) 等无机物。 (2) 沉淀(Precipitation)。某些不溶于水的杂
8、质，可以吸附在固体颗粒表面或聚集在水滴表面，随固体物或水滴一起沉淀，与油分离。 (3)破乳（ Demulsification ）。通过向原油中加入破乳剂，使水和杂质更有效的分离。,2019/1/16,石油化工过程系统概论,12,在油中表面活性物质（如环烷酸、胶质、沥青质等）分散在水滴的表面，使水滴稳定地分散在油中，从而阻止了水滴的聚集。因此，脱水的关键是破坏乳化剂的作用，使油水不能形成乳化液，细小的水滴就可以相互聚集成大的颗粒、沉降，最终达到油水分离的目的。原油中的盐类大部分是溶于所含的水中，所以，脱盐脱水是同时进行的。,2019/1/16,石油化工过程系统概论,13,三、破乳的方法： 1.化
9、学破乳法：针对乳状液的性质，加入相应的化学破乳剂，可将稳定的乳状液转化为不稳定的状态，从而达到脱盐脱水的目的。破乳剂本身也是表面活性物质，但它的性质与乳化剂相反，它是水包油型表面活性剂。破乳剂的破乳作用是在油水界面进行的。它能迅速浓集于界面，与乳化剂相竞争，夺取界面位置而被吸附。原有的比较牢固的吸附膜被削弱甚至破坏，小水滴就比较容易聚结，进而沉降分离出来。 2.电破乳法：加适当的破乳剂和高压电场联合作用的方法,2019/1/16,石油化工过程系统概论,14,四、原油电脱盐的工艺流程,2019/1/16,石油化工过程系统概论,15,思考：在电脱盐过程中，注水的目的是什么？,2019/1/16,石
10、油化工过程系统概论,16,二级电脱盐流程框图,2019/1/16,石油化工过程系统概论,17,The main procedure of Crude oil electrical desalting,2019/1/16,石油化工过程系统概论,18,原油经过二级电脱盐、脱水，其含盐含水量一般都能达到规定指标，然后送往后面的蒸馏装置。国内几个炼厂的脱盐脱水效果见下表,2019/1/16,石油化工过程系统概论,19,technical process of Crude oil electrical desalting,2019/1/16,石油化工过程系统概论,20,第二节 原油电脱盐的工作原理,一、
11、原油电脱盐的工作原理：在高压交流电场内，原油中的微小水滴受到电场极化作用聚集成大水滴，在油水密度差的作用，水滴在油中沉降分离，原油中的盐溶解于水，随水脱除。沉降到下部水中的固体杂质也随水排出或沉积在罐底部。,2019/1/16,石油化工过程系统概论,21,二、水微滴间的聚结力F,两个球形水微滴之间的聚结力F可用下式计算 F6RE2r2(rd)4 (N)式中 R油的介电常数，Fm；E电场强度，Vm；r水滴半径，m； d水滴间的中心距离，m 从上式可以看出，聚集力F同r2成正比。若r由0.25m增大到2.5mm，聚结力F将增大108倍。因而在电场中一旦发生聚结后，随着水滴直径的不断变大，水滴间的聚
12、结力也越来越大。,2019/1/16,石油化工过程系统概论,22,2019/1/16,石油化工过程系统概论,23,F6RE2r2(rd)4 (N)F与(r/d)4 成正比，而(r/d)值取决于原油含水率的大小。若原油含水率趋于零， (r/d)和F也趋于零。这说明原油含水率很低时，偶极聚结脱水效果变差。一般认为，原油含水率小于0.1%时，d将是水滴直径的8倍以上，偶极聚结将不起作用。 电场强度E越大，F越大。但提高E有一定限度。当E等于或大于电场临界分散强度时，水滴受电分散作用，使已聚集的较大水滴又开始分散。 国外文献介绍水滴的电场临界梯度为470 kV/cm。工业上实际采用的电场梯度远低于电场
13、临界强度。我国现时各炼油厂采用的实际强电场梯度为5001000 V/cm,弱电场梯度为150300V/cm。,2019/1/16,石油化工过程系统概论,24,三、水滴在原油中的沉降速度VK,按照斯托克斯定律，水滴在原油中的沉降速度VK可用下式近似计算： VK=Kg(w-0)D2/0 式中 VK静止油中水滴的沉降速度，ms； K常数；G重力加速度，ms2w水的密度，kgm3； 0油的密度，kgm3；D水滴的直径，m；0油的粘度系数，Pas。,2019/1/16,石油化工过程系统概论,25,VK=Kg(w-0)D2/0由上式可见，增大两相间的密度差，减小原油粘度，均可增加沉降速度。 通过加热，可以
14、降低原油粘度，促进水滴聚结，增大水滴直径；同时水的密度W随温度升高而下降的幅度比原油密度0变化小，即W - 0增大，因此加热原油有利于油水分离，此即为常用的加热沉降脱水法。 加热沉降脱水时，温度不能过高，否则原油中轻组分和水会气化，脱盐罐需采用很高压力才能正常操作，因此一般加热温度为100120左右，重油脱盐可选用125148 。,2019/1/16,石油化工过程系统概论,26,VK=Kg(w-0)D2/0 这些因素中，沉降速度与水滴直径的平方成正比，所以增大水滴直径可以大大加快沉降速度，在原油脱盐脱水过程中，关键的是促进水滴聚结，增大水滴直径。 在电脱盐罐中水滴的下降与原油的上升运动是同时进
15、行的，当水滴直径小到使其下降速度小于原油上升速度时，水滴就不能下沉，而随油上浮，达不到沉降分离的目的。,2019/1/16,石油化工过程系统概论,27,四、电脱盐的电耗,电脱盐的电耗可用下式近似计算： P=10-3Gi ri Ei2 式中 P每吨原油耗电量，Ws； Gi原油乳化液在不同电场中的等值电导，S； ri不同电场中原油的停留时间，s； Ei各个电场的电场强度，Vm； i电场个数，包括强电场和弱电场。,2019/1/16,石油化工过程系统概论,28,五、最大水滴直径及最大临界电场强度,超过某一临界电场强度后，水滴被分散成小滴。最大水滴直径dmax及最大临界电场强度Emax为： dmaxC
16、/E (m) EmaxK(/r)y (Vm) 式中 K、C、Y均为常数； 油水界面张力，N； r水滴半径，m； E电场强度，Vm,2019/1/16,石油化工过程系统概论,29,1.3 The Processing Parameter influencing the Crude Oil Electrical Desalting,2019/1/16,石油化工过程系统概论,30,1.The processing capacity of the crude oil,The processing capacity of the crude oil determines the production c
17、apacity per unit of the electrical desalting tank. If the processing capacity exceeds the designing ability, the dehydration rate will be reduced during the desalting process. The designing ability determines the structural type of the tank, the quality of the processed crude oil and the desalting t
18、emperature.,2019/1/16,石油化工过程系统概论,31,2.the injection capacity of the washing water,The suitable water content in the crude oil is the essential condition for the electrochemical coalescence of the tiny water drops. The experiment indicates that the desalting rate will be improved relatively high when
19、 the first injection capacity is 46% of the processing crude oil. Generally, the injection capacity in 5% is the most suitable. The second injection capacity in 4% is relatively reasonable. Over injection will cause the electric field unstable.,2019/1/16,石油化工过程系统概论,32,3.The mixing intensity of the c
20、rude oil and the water,The mixing intensity means the mixing degree of the crude oil, the washing water and the demulsifiers. A certain mixing intensity should be ensured to improve the desalting effect. The scale of the mixing intensity is represented by the differential pressure of the mixing valv
21、e P. The mixing of the crude oil and the washing water is usually processed by the crude oil pump, the jet pump, the mixing column（混合柱）, the mixing valve and/or static mixer. If the mixing and the salt washing are not processed well enough, the salt content after desalting will be too much. Over-mix
22、ing may produce the emulsion（乳化液） which is uneasy to be damaged by the electric field.,2019/1/16,石油化工过程系统概论,33,4.The injection capacity and the type of the demulsifiers,The injection capacity and the type of the demulsifiers have an obvious effect on the separation between the oil and the water. The
23、 injection capacity and the type of the demulsifiers are determined by the quality of the processed crude oil and the pre-processed degree of the crude oil. The injection capacity and the type of the demulsifiers suitable for each crude oil are assessed through the experiment.,2019/1/16,石油化工过程系统概论,3
24、4,5.The controlling position of oil-water interface level,The oil-water interface level in the desalting tank should be kept at a certain position lower than the electrode board but should not be too low. Otherwise, the oil carried with the water will be increased. If the water interface level or th
25、e emulsion layer is enhanced to the electrode zone, the electrode short circuit or the unstable voltage and current would be caused.,2019/1/16,石油化工过程系统概论,35,6.The operating temperature of desalting,The general desalting temperature suitable for the crude oil is 100120. The desalting temperature suit
26、able for crude oil with heavy quality can choose 125148.,2019/1/16,石油化工过程系统概论,36,7.The pressure of the desalting tank,Adjust the back pressure valve of the system to keep the pressure higher than the steam pressure of the mixture of the oil and the water in the desalting tank, so as to prevent the g
27、asifying（气化） and expansion of the oil and water and the gas produced in the tank. If the gas discharging phenomenon（放气现象） happens in the tank, the unstable voltage and current would be caused and the electric arc（电弧） in the electrode zone would happen, which would influence the desalting and dehydra
28、tion effect.,2019/1/16,石油化工过程系统概论,37,8.The electric field intensity,The intensity degree of the electric field is required to distribute reasonably according to the crude oil quality and the water content to achieve high coalescence effects. The strong electric field intensity required by most of th
29、e desalting of the crude oil is 610V/m. Question： Which phenomenon may be occur if the intensity degree of the electric field is too high or too low?,2019/1/16,石油化工过程系统概论,38,9.The residence time of the crude oil in the strong electric field,The residence time of the crude oil in the strong electric
30、field can be determined according to the rising speed of the crude oil in the tank and the distance between the electrodes(电极）. Generally, The residence time of the crude oil in the strong electric field is 23 minutes, and it may be prolonged to more than 3 minutes for the crude oil with heavy quali
31、ty.,2019/1/16,石油化工过程系统概论,39,10.water quality,(1). The Chloride Ion concentration should be less than 200mg/L, and fresh hot water should be employed instead of hard water which should be avoided. (Why?) (2). The overall amount of the Sulfate and the Carbonate content in water should be less than 300
32、mg/L. (3). The Hydrogen Sulfide content in water should be less than 20mg/L. (4). The Ammonia content in water should be less than 40ppm. (5). The pH value of the discharging water should be controlled within 68.,2019/1/16,石油化工过程系统概论,40,第四节 原油电脱盐的主要设备 Main equipment of crude oil electrical desalting
33、原油电脱盐的主要设备包括： 电脱盐罐、混合器、变压器、油水界面控制仪,2019/1/16,石油化工过程系统概论,41,一、电脱盐罐 Electrical desalting tank,电脱盐罐是电脱盐的主要设备之一，它有卧式、立式和球形等几种形式，国内外炼油厂一般都采用卧式罐。下图为卧式脱盐罐的示意图,2019/1/16,石油化工过程系统概论,42,卧式电脱盐罐主要由外壳、电极板、原油分配器、集合管（槽）、排水收集管等组成。 1.外壳 直径为34米左右，长度视处理量而定，有的可长达2030米。 2.电极板 电极板可由圆钢(或钢管）和扁钢组合而成。 脱盐罐内的电极板一般为两层或三层，电极板层数过
34、多和间距过小，不仅脱盐效果不好，而且容易短路跳闸，电耗率也高。,2019/1/16,石油化工过程系统概论,43,3.原油分配器 原油分配器的作用是使原油从罐底进入后能均匀垂直地向上流动，从而提高脱盐脱水效果 有两种型式的分配器： （1）是由带小孔的分配管组成，这种分配器在原油处理量变化较大时，喷出原油不均匀，并有孔小易堵塞的缺点。 （2）是低速倒槽型分配器。底部敞开，大滴水和部分杂质可直接下沉，不会堵塞,2019/1/16,石油化工过程系统概论,44,4.集合管或集合槽 设在罐的上方，将脱后原油收集送出电脱盐罐。 5排水收集管 设在罐底部，将沉积在罐底部的水收集派出罐外。,2019/1/16,
35、石油化工过程系统概论,45,二、混合器mixer,油、水、破乳剂在进脱盐罐前需借混合设施充分混合，使水和破乳剂在原油中尽量分散。分散得细，脱盐率高。但有一限度，如分散过细，形成稳定乳化液，脱盐率反而下降，故混合强度要适度。常用的混合器有两种： （1）静态混合器(static mixer) ； （2）混合阀(Mixing valve).,2019/1/16,石油化工过程系统概论,46,静态混合器是一种没有运动部件的高效混合设备。通过固定在管内的混合单元内件，使二股或多股流体产生切割、剪切、旋转和重新混合，达到流体之间良好分散和充分混合的目的。 静态混合器具有流程简单、能耗小、投资少、操作弹性大、
36、安装维修简便、混合性能好等优点。,2019/1/16,石油化工过程系统概论,47,2019/1/16,石油化工过程系统概论,48,混合阀可以是普通双座调节阀，套筒阀，低噪音笼型阀，也可采用V型球阀。 新建电脱盐设施多采用可调差压的混合阀，利用它可根据脱盐脱水情况来调节混合强度。 有的厂混合设施采用静态混合器。静态混合器混合强度虽好，但不能调节。故如用在电脱盐中最好与可调差压混合阀串联使用。,2019/1/16,石油化工过程系统概论,49,三、变压器Transformer,变压器是电脱盐设施中最关键的设备，与电脱盐的正常操作和保证脱盐效果有直接关系。 给电脱盐供电的变压器可分为三种： （1）普通
37、电力变压器； （2）可控硅自动调压的变压器； （3）防爆高阻抗变压器。 考虑到生产环境的安全生产要求，国内外多采用第三种变压器。,2019/1/16,石油化工过程系统概论,50,四、油水界面控制仪water-oil interface control meter,脱盐罐内保持油水界面的相对稳定是电脱盐操作好坏的关键因素之一。油水界面稳定，能保持电场强度稳定。其次是，界面稳定能保证脱盐水在罐内所需的停留时间，保证排放水含油达到规定要求。 油水界面控制仪可分为六种：电阻式界面仪、电容式界面仪、外浮筒式界面仪、内浮筒式界面仪、差压式界面仪和短波吸收法界面仪。,2019/1/16,石油化工过程系统概论
38、,51,作业,1.写出二级电脱盐的流程框图（英文），并写出各设备的作用 2. 影响原油电脱盐的主要因素有哪些？ 3.写出下列装置的英文名称。 原油电脱盐罐 混合器 变压器 碱金属 破乳 脱水 无机盐 有机酸盐,2019/1/16,石油化工过程系统概论,52,2019/1/16,石油化工过程系统概论,53,2019/1/16,石油化工过程系统概论,54,电脱盐罐结构示意图,2019/1/16,石油化工过程系统概论,55,2019/1/16,石油化工过程系统概论,56,2019/1/16,石油化工过程系统概论,57,二级电脱盐流程框图,the mixing valve,crude oil pump
39、,washing water demulsifier,preheater,crude oil,the primary electrical desalting tank,the secondary electrical desalting tank,the discharging water,2019/1/16,石油化工过程系统概论,58,原油电脱盐罐 :the crude oil electrical desalting tank 混合器:mixer 变压器: transformer 碱金属alkali metal,2019/1/16,石油化工过程系统概论,59,破乳: break emulsify; demulsification 脱水:dehydration 无机盐:inorganic salt 有机酸盐:organic sour salt,2019/1/16,石油化工过程系统概论,60,注水的作用,1.原油中通常含有一些固体盐类，需要加水予以溶解 2.适当增加原油含水量，可减弱乳化剂的作用，有利于水滴的聚集，从而提高脱盐率。,
