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YL-2010复配型原油破乳剂的研究与应用

吴宇峰 罗先桃 张林 杜荥熙
(中国石化武汉石油化工厂设备监测防护中心,湖北武汉430082
     随着油田开采的不断深入和各种提高采油收率方法的应用,对原油的破乳脱水造成了一定困难,使采出原油的相状态不只限于W/O型,还有O/W 型以及多重乳状液,从而增加了脱水的难度 ;另一方面,炼油厂对使用破乳剂的要求愈来愈高,特别需要“一剂多能”的破乳剂,即不仅对原油能在较低温度下实现破乳、以降低能耗,而且具有缓蚀作用。因此高效破乳剂必须具备较高的表面活性,良好的润湿性能,足够的絮凝能力和优良的聚结效果。从以上几个方面来看,目前常用的单一聚醚破乳剂往往达不到预期效果,且很难同时满足这些要求。
     利用破乳剂之间的协同效应,将两种或两种以上破乳剂进行复配,可明显地提高破乳效果,从而满足用户对不同原油乳液快速破乳及其它特殊功能的需要。目前,国内外研究的破乳剂从化学类型上看,主要是以非离子的聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段聚合物为主,在传统破乳剂的基础上进行改性,其研究的主要方法有:“改头、换尾、加骨、扩链、接枝、复配”等。
     近几年来,国内外研究工作者对破乳剂的复配研究比较多,而且在室内试验和现场应用都取得了很好的效果。
     针对鲁宁管输原油破乳化难的状况,武汉石油化工厂进行了破乳剂单剂筛选,研究了这几种破乳剂的复配效应,制得了一种高效复配型破乳剂YL一2010,其破乳能力优于曾用过的ZC3185A,SH9101和HR—PR03等破乳剂。
1 试验部分
1.1 原油性质
     因为“鲁宁管输原油+其它轻质原油”的混合原油相对于鲁宁管输原油而言,更容易破乳脱水,所以试验所用原油均采用鲁宁管输原油,其性质见表1。
 
1.2 破乳剂单剂种类
所用破乳剂单剂均为工业品,共20多个样品,来自5个生产厂家,分类如下:
(1)以高碳醇为起始剂的聚氧乙烯聚氧丙烯高分子聚合物:SP-169等;
(2)以丙二醇、丙三醇为起始剂的嵌段聚氧乙烯聚氧丙烯醚:PA-1,BP-5545,FA-1113和Qc-2000等;
(3)酚醛树脂或烷基酚树脂聚氧乙烯聚氧丙烯醚:ZCR/302,ZCR/201和AF~M22等;
(4)以乙二胺或多乙烯多胺为起始剂的嵌段共聚物及其改性产品:AE一9901,AE-8051和AP-134等;
(5)聚氧乙烯聚氧丙烯酚胺树脂:ZCR/303,BS-2821和BZW -11等;
(6)聚氧乙烯聚氧丙烯甲基硅油:SAE以及SAC等;
(7)以脂肪酸为起始剂的聚氧乙烯聚氧丙烯醚:ZC/3185,ZC/3185A和HD-6等;
(8)以咪唑啉为起始剂的聚氧乙烯聚氧丙烯醚:SL-2和PB-2等。
1.3 溶解性能测试
(1)醇溶性:将破乳剂单剂配成45% 的甲醇溶液,室温下放置一周,观察溶解情况。
(2)与脱硫净化水的相容性:用从装置现采的脱硫净化水将破乳剂单剂配成2.0% 的水溶液,室温下放置24小时,观察水溶液是否澄清透明。
1.4 脱水性能评定
将原油与水在一定强度下搅拌混合,加入破乳
剂,在一定温度、电场条件下对原油进行破乳脱水,
根据脱水率评价该破乳剂的破乳脱水效果。
(1)试验仪器:DPY一Ⅱ型破乳剂及电脱水性
能测定仪(姜堰分析仪器厂);
搅拌杯:BLENDER VA—w15Y;
水浴锅:温度可控制在80℃ ;
破乳剂评选专用摇架。
(2)试验步骤:将原油和脱硫净化水分别在70℃水浴中恒温30分钟,然后将原油和5%的脱硫净化水倒入搅拌杯中搅拌一定时间,再准确量取lOOmL试样到评选瓶中,且使每个评选瓶中含水相同;加入破乳剂,将评选瓶的瓶盖拧紧,放置在专用混合架上,2分钟内摇50转,使破乳剂充分混合;在2.7kV的高压、98±1℃下破乳脱水,在破乳开始后15,30,45分钟时取出评选瓶观察脱出水量及出水的清澈程度,45分钟后取出评选瓶,冷却至50℃左右,取出电极,静置5分钟,记录脱水量,同时做空白样。
(3)脱水率的计算:
脱水率(%)=(V1-Vo/(V—Vo)×100
式中: V1-加破乳剂试验去电极脱水量,mL;
Vo-空白试验去电极脱水量,mL;
V-总含水量,mL。
1.5 缓蚀性能
     采用挂片静态失重法进行评定。试片为A3碳钢,规格:40mm×13mm×2.0mm,介质为脱硫净化水,温度80℃,时间12小时,试验在30OmL的锥形瓶中密闭进行。
2 结果与讨论
2.1 单剂与脱硫净化水的相容性
    由于生产装置是用脱硫净化水配制破乳剂和作为电脱盐的注水,所以与脱硫净化水不相容的单剂不能选用,在脱硫净化水中溶解性差的单剂不能直接使用。试验见表2。
 
    由表2可知,大多数破乳剂单剂与脱硫净化水能相容,且水溶性好。含硅的破乳剂SAE,SAC与脱硫净化水有化学反应,不能作为复合破乳剂中的组分;SP-169,PA-1和BP-5545等高分子量破乳剂由于其水溶性较差,不能直接使用,需解决水溶性的问题。
2.2 单剂的醇溶性
    不同的破乳剂单剂是起始剂不同、分子量不同的聚氧乙烯聚氧丙烯化合物,具有凝固点较高的共性,室温下粘度高,甚至为固体,使用起来很不方便。一般而言,成品破乳剂均加入了甲醇作溶剂以降低凝点。所以单剂在甲醇溶液中的溶解性能也是一个较重要的因素。试验表明,单剂的醇溶性与分子量有关,分子量越高,醇溶性越差。上述21种破乳剂单剂中SP-169,PA-1和BP-5545等高分子量破乳剂在甲醇中的溶解度很小,其它品种醇溶性较好。
2.3 单剂的筛选
    19种单剂对鲁宁管输原油的破乳脱水性能见表3(破乳剂投加量13.5mg/L)。
    从表3可以看出,有6种单剂破乳性能较好,分别是:PA-1,SP-169,ZC3185A,BP-5545,BS-2821和PB-2。其它破乳剂对鲁宁管输原油的破乳脱水性能一般,在复配试验中不再使用。
    通过以上试验可以发现,分子量高的破乳剂在水和醇溶液中的溶解性较差,而其破乳性能普遍较好,如何解决高分子量单剂的溶解性是破乳剂复配
技术中的关键。
 
2.4 二元循坏复配
    将上述6种单剂进行二元循环复配破乳试验,复配比例为1:1,复配剂总投加量仍为13.5mg/L,试验结果见表4
 
    由表4可见:除PA一1与ZC3185A,BP一5545,BS2812和PB一2四种破乳剂存在协同增效作用外,其它破乳剂复配时不仅无协同效应,而且比单独使用时破乳性能更差,由此可以判断没有进行三元或多元复配的必要;PA一1与BS一2821及PB一2的复配效果突出,综合考虑各方面因素,选择PA-1与PB一2为复配型破乳剂的主剂。
2.5 正交复配试验
    PA-1与PB-2复配时脱水率高,脱出污水清,油水界面分明。由于PA一1在水和醇溶液中的溶解性较差,需要加入助溶添加剂改善其溶解性,经试验,一种含N低分子有机物NS可作为复配助溶添加剂。为选择两者复配的最佳条件,进行了正交试验,主要考察复配比例、添加剂量、使用量对复配破乳剂脱水率的影响,结果见表5。

    分析表5数据,PA一1与PB一2的复配比例是影响复合破乳剂脱水率的最主要因数,最优复配方案为:PA一1/PB一2=1/1—2,添加剂NS用量5%~ 1O% ,PA一1+PB一2的投力Ⅱ量=13.5—18mg/L。按最优的复配方案,把PA一1,PB一2,添加剂NS和溶剂复合到一起,得到一种浅黄色透明的粘稠液体,命名为YL一2010复配型原油破乳剂。
2.6 复配破乳剂的性能
(1)使用浓度与脱水率的关系:近期的研究表明,破乳剂的浓度在CMC浓度(临界胶束浓度)左右时破乳脱水效果最好。这是因为在较低浓度时(小于CMC),破乳剂分子以单体形式吸附在油水界面,吸附量与浓度成正比,这时油水界面张力随破乳剂浓度的增加而迅速下降,脱水率也逐渐增大。当破乳剂浓度接近CMC时,界面吸附也趋于平衡,界面张力不再下降,脱水率也达到最大。若再增加破乳剂浓度,破乳剂分子开始聚集成团形成胶束,反而使界面张力有所上升,脱水率下降 8。不同浓度的复配型YL一2010破乳剂对鲁宁管输原油的脱水率见表6所示。

     结果发现,当其使用浓度大于40mg/L后,脱水率增加不明显。因此,对鲁宁管输原油的破乳脱水而言,YL一2010的较佳使用浓度为30~40mg/L。
(2)与其它破乳剂的比较:YL一2010与曾用破乳剂HR—RY03和ZC3185A的比较结果,如表7所示。
(3)缓蚀性能:YL一2010具有一定的缓蚀性能,能减缓破乳剂注入管线及脱盐系统的腐蚀。试验结果如表8所示。

2.7 工业应用结果
    YL一2010破乳剂在武汉石油化工厂两套脱盐装置的应用情况见表9所示。应用期间,破乳剂使用浓度为25—30mg/L,原油品种为鲁宁管输原油(还有陕北重油、俄罗斯常压重油、印尼常压重油、文昌原油和阿曼原油等)。脱盐装置主要工艺参数控制如下:
原油脱盐温度/cI=: 109~126
注水量(相对原油)% : 一级:1.5~2.0
二级:1.4~2.0
混合阀压降/MPa: 一级:0.044~0.051
二级:0.043~0.048
油水界位(一级/二级)/mm: 700~800/
280~350
乳化层厚度(一级/--级)/mm: 150/15
脱盐罐送电电压/V: 5400/6400/6000
脱盐罐送电电流/A: 4.0/4.0/0.5

由表9可见,YL一2010破乳剂性能优良,广谱性好,对不同性质的原油脱盐脱水合格率、切水油含量合格率连续8个月均达100% 。
3 结论
(1)对优选出的6种破乳剂单剂进行二元等量复配,发现PA一1与PB一2复配协同效应突出。
(2)以PA一1和PB一2为主剂复配而成的破乳剂YL一2010,当使用浓度为30~40mg/L时,对鲁宁管输油的破乳脱水效果明显优于其它品种破乳剂,并且具有一定的缓蚀性能。
(3)在两套脱盐装置应用8个月以来,对10多个品种的原油脱盐、脱水及切水油含量合格率均达100%,说明YL一2010是一种高效、广谱的破乳剂。

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