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一.原油预处理原理、方法及主要设备
原油的预处理是指对原油进行脱盐脱水的过程。自地下采出的石油一般都含有水份，这些水中都溶解有NaCl、CaCl2、MgCl2等盐类。一般在油田上都先采取沉降法除去部分水和固体杂质（泥沙、固体盐类等），外输原油含水量控制小于0.5%，含盐小于50mg/L。我国主要原油进厂时含盐含水量见表2—5。 自动加油泵
由于原油在油田的脱盐、脱水效果很不稳定，含盐量及含水量仍不能满足石油加工过程对原油含水和盐的要求。必须在原油加工之前进一步脱盐脱水。
1. 原油含盐、含水的危害及脱水要求
1）原油含盐、含水的危害
①增加能量消耗
原油在加工中要经历汽化、冷凝的相变化，水的汽化潜热（2255kJ／kg）较烃类（300kJ／kg左右）大的多，若水与原油一起发生相变时，必然要消耗大量的燃料和冷却水，增加加工过程能耗。如原油含水增加1%，由于水气化吸热，可使原油换热温度下降10℃，相当于加热炉负荷增加5%左右。而且原油在通过换热器、加热炉时，因所含水分随温度升高而蒸发，溶解于水中的盐类将析出而在管壁上形成盐垢，不仅降低了传热效率，也会减小管内流通面积而增大流动阻力，水汽化之后体积明显增大也造成系统压力上升，这些都会使原油泵出口压力增大，动力消耗增大。
②影响蒸馏塔的平稳操作
水的相对分子质量（18）比油（平均相对分子质量为100～1000）小得多，水汽化后使塔内气相负荷增大，含水量的波动必然会打乱塔内的正常操作，轻则影响产品分高质量，重则因水的“爆沸”而造成冲塔事故。
③腐蚀设备声源定位
氯化物，尤其是氯化钙和氯化镁，在加热并有水存在时，可发生水解反应放出HCl，后者在有液相水存在时即成盐酸，造成蒸馏塔项部低温部位的腐蚀。
CaC12＋2H2O→Ca（OH）2＋2HCl
MgC12＋2H2O→Mg（OH）2＋2HCl
当加工含硫原油时，虽然生成的FeS能附着在金属表面上起保护作用，可是，当有HCl存在时，FeS对金属的保护作用不但被破坏，而且还加剧了腐蚀。
Fe十H2S→FeS十H2
FeS＋2HCl→FeC12＋H2S
④影响二次加工原料的质量潮湿1V2
原油中所含的盐类在蒸馏之后会集中于减压渣油中，对渣油进一步深度加工，无论是催化
裂化还是加氢脱硫都要控制原料中钠离子的含量，否则将使催化剂中毒。含盐量高的渣油作为延迟焦化的原料时，加热炉管内因盐垢而结焦，产物石油焦也会因灰分含量高而降低等级。
2）脱水要求
为了减少原油含盐、含水对加工的危害，目前对设有重油催化裂化装置的炼油厂提出了深度电脱盐的要求：脱后原油含盐量要小于3mg／L，含水量小于0.2％；对不设重油催化裂化的炼油厂，仅为满足设备不被腐蚀时可以放宽要求，脱后原油含盐量应小于5mg/L，含水量小于0.3％。
2. 原油脱盐、脱水原理及方法
原油脱盐脱水是根据原油中水和盐的存在形式选择相应的方法。
1）水的存在形态
①游离水
由于水在原油及油品种溶解度很小，相对密度又较原油大。因此，绝大部分水以游离分层的形态存在于原油底层。这部分水采用静置沉降或机械沉降方法就能容易除去，油田中大部分水采用此方法。
②溶解水
尽管水在油中溶解度很小，但还是有一定溶解度。因此，有少量水溶解于油中，由于这部分水量很小，且又难除去。工业上一般不考虑除去溶解水。
③乳化水
由于原油中含有一些天然乳化剂，使一部分水以乳化形态存在于油中，由于乳化水颗粒较小、表面强度又大，使乳化水不易聚集和沉降，分散于原油层中。这部分水采用加破乳化剂及加载高压电场的方法可除去。
2）盐的存在形态
原油中盐一般有两种存在形态，及大部分盐溶解于水中；少量未溶解的盐以颗粒形态存在
于油中，颗粒盐采用加水使其溶解于水中。这样这样只要除去水，溶解于水中盐也一并除去。
3）脱盐脱水方法
在脱盐、脱水之前向原油中注入一定量不含盐的清水，充分混合，使颗粒盐溶于水中，然后在破乳剂和高压电场的作用下，使微小水滴聚集成较大水滴，借重力从油中分离，达到脱盐、脱水的目的，这通常称为电化学脱盐、脱水过程。 3. 原油电脱盐工艺流程
原油的二级脱盐、脱水工艺原理流程示意图如图2.2.1所示。
二氧化碳吸附剂
图2.2.1 原油二级脱盐脱水工艺原理流程图
一级脱盐罐脱盐率在 90％～95％之间，在进入二级脱盐罐之前，仍需注入淡水，一级注水是为了溶解悬浮的盐粒；二级注水是为了增大原油中的水量，以增大水滴的偶极聚结力。
原油进装置后，注入5～40 mg/kg（占原油比例）浓度为1%的破乳剂，由原油泵抽出，分
成三路换热，换热温度达120～145℃，然后注入≤10%（占原油比例）软化水（净化水）最后经混合阀使原油、水、破乳剂、杂质充分进行混合，进入电脱盐罐，电脱盐罐压力控制在0.8～1.2MPa左右，电脱盐罐内设有金属电极板，在电极板之间形成高压电场，在破乳剂和高压电场作用下，发生破乳和水滴极化，小水滴聚成大水滴，具有一定的质量后，由于油水密度差，水穿过油层落于罐底，由于水是导电的，这样的下层接电极板与水层之间又形成一弱电场，促使油水进一步分离，从而达到脱除水和溶解于水中盐的目的，罐底的水通过自动控制连续地自动排出，脱盐后油从罐顶集合管流出，进入脱盐后原油换热部分。
4. 影响脱盐、脱水的因素
针对不同原油的性质、含盐量多少和盐的种类，合理地选用不同的电脱盐工艺参数。
1）温度
温度升高可降低原油的粘度和密度以及乳化液的稳定性，水的沉降速度增加。若温度过高（＞140℃）， 油与水的密度差反而减小，同样不利于脱水。同时，原油的导电率随温度
的升高而增大，所以温度太高不但不会提高脱水、脱盐的效果，反而会因脱盐罐电流过大而跳闸，影响正常送电。因此，原油脱盐温度一般选在105～140℃。
2）压力
脱盐罐需在一定压力下进行，以避免原油中的轻组分汽化，引起油层搅动，影响水的沉降分离。操作压力视原油中轻馏分含量和加热温度而定，一般为0.8～2MPa。
3）注水量及注水的水质
在脱盐过程中，注入一定量的水与原油混合，将增加水滴的密度使之更易聚结，同时注水还可以破坏原油乳化液的稳定性，对脱盐有利。同时，二级注水量对脱后含盐量影响极大，这是因为一级电脱盐罐主要脱除悬浮于原油中及大部分存在于油包水型乳化液中的原油盐，二级电脱盐罐主要脱除存在于乳化液中的原油盐。注水量一般为5％～7％。
4）破乳剂和脱金属剂
破乳剂是影响脱盐率的最关键的因素之一。近年来随着新油井开发，原油中杂质变化很大，
而石油炼制工业对馏分油质量的要求也越来越高。针对这一情况，许多新型广谱多功能破乳剂问世，一般都是二元以上组分构成的复合型破乳剂。破乳剂的用量一般是 10～30μg/g。
为了将原油电脱盐功能扩大，近年来开发了一种新型脱金属剂，它进入原油后能与某些金属离子发生螯合作用，使其从油相转入水相再加以脱除。这种脱金属剂对原油中的 Ca2+、Mg2+及Fe2+的脱除率可分别达到85.9％、87.5％和74.l％，脱后原油含钙可达到 3 µ g/g以下，能满足重油加氢裂化对原料油含钙量的要求。由于减少了原油中的导电离子，降低了原油的电导率，也使脱盐的耗电量有所降低。
高压水冲5）电场梯度
原油乳化通过高压电场时，在分散相水滴上形成感应电荷，由于感应电荷按极性排列，因而水滴在电场中形成定向键，当两个靠近的水滴，电荷相等，极性相反，产生偶极聚结力，积聚成较大水滴。偶极聚结力可用下式计算：
式中 f—偶极聚结力，N；
K—原油介电常数,F／m；
E—电场梯度,V／cm；
r—微滴半径,cm；
l一两微滴问中心距，cm。
从上式可以看出，对偶极聚结力，影响最大的是r／l。即r越大，l越小。亦即分散相含量越大，f越大。其次是电场梯度E，E越大，f越大。但提高E有一定限度。当E大于或等于电场临界分散梯度时，水滴受电分散作用，使已聚集的较大水滴又开始分散，脱水、脱盐效果下降。我国现在各炼油厂采用的实际强电场梯度为500～l000V／cm，弱电场梯度为150～300V／cm。
5. 主要设备
1）电脱盐罐
工业用电脱盐罐及结构见图2.2.2。
图2.2.2 电脱盐罐结构图
1-电极板；2-出油口；3-变压器；4-油水界面控制器； 5-罐体；6-排水口；7-原油进口；8-分配器
电脱盐罐主要由罐体、电极板、油进出口、油水界面控制器、排水口、分配器等构成。
脱盐罐的大小尺寸是根据原油在强电场中合适的上升速度确定的。也就是说首先要考虑罐的轴向截面积及油和水的停留时间。我国炼油厂的电脱盐罐，其直径大多为3200 mm，也有直径为3600 mm的。一般认为轴向截面相同的两个罐在所用材料相近的条件下，直径大的优于直径小的。因为大直径罐界面上油层和界面下水层的容积均大于小直径罐的相应容积。容积大意味着停留时间长，有利于水滴的聚集和沉降分离。另外，采用较大直径的脱盐罐，对干扰的敏感性小，操作较稳定，对脱盐脱水均有利。
①原油分配器
原油从罐底进入后要求通过分配器均匀地垂直向上流动。常用有两种型式的分配器，一是由带小孔的分配管组成孙孔直径不等，距入口处越远，孔径越大，使流经各小孔的流量尽量相等。但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。另一种型式是低速倒槽型分配器(图2.2.2)。倒槽型分配器器位于油水界面以下，槽的侧面开两排小孔，乳化原油沿槽长每隔2～3 m处进入槽内。当原油进入倒槽后，槽内水面下降，出现油水界面，此界面与罐的油水界面有一位差，原油进入槽内后，借助水位差压，促使原油以低速均匀地从小孔进入罐内。倒槽的另一好处是底部敞开，大滴水和部分杂质可直接下沉，不会堵塞。
②电极板
脱盐罐内的电极板一般为两层或三层。如为两层，则下极板通电。上极板接地，如为三层，则中极板通电，上下极板接地。现在各炼油厂采用两层的较多。电极板可由圆钢(或钢管)和扁钢组合而成。每层极板一般分为三段以便于与三相电源连接。每段电极板又由许多预制单块极板组成。上层接地电极用圆钢悬吊在罐内上方支耳或横梁上，下层通电电极则用聚四氟乙烯棒挂在上层电极板下面。上下层极板之间为强电场，间距一般为200～300mm，可根据处理的原油导电性质预先作好调整。下层极板与油水界面之间为弱电场，间距约为600～700mm，视罐的直径不同而异。
③界面控制器
肥皂生产设备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。油水界面一般采用防爆内浮筒界面控制器控制。是利用油与水的密度差和界面的变化，通过界面变送器，产生直流电输出信号，再经电／气转换器，产生气动信号，经调节器输出至放水调节阀进行油界面的控制。
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