现代炼油工业生产中乳状液种类众多，其中原油乳状液、污油、浮渣等处理量最大且处理难度较大。随着油田进入二、三次采油，进炼厂原油乳化稳定性增强，相应的污油、浮渣成分更复杂，给原油脱水脱盐、污油与浮渣的回收等过程带来了极大的困难与挑战。随着国家对环保、节能降耗要求的提高，石油加工企业需要对炼油技术进行了大量的改进。本文以炼厂典型的原油预处理过程、污油与浮渣的脱水过程作为选题和工业应用背景。对炼厂油水乳液性质及目前的处理方式进行了分析，通过实验研究了声学参数及乳液物性等因素对破乳分离过程的影响，选择了超声波破乳分离技术强化原油预处理过程，并将该技术应用于污油和浮渣的脱水过程。　　 在理论基础与实验方法研究中，探讨了超声凝聚基本原理与主要实验参数的测量方法。分别采用替代法与驻波法测量了原油中的声速，这两种方法误差均低于2.5％。分别采用水听器法与压差法测量了声强，两种方法误差相近(10％以内)，以水听器法更加方便。由于密度与粘度对破乳分离过程影响较大，论文测定了原油密度、粘度随温度的变化情况。温度升高，原油密度略降，但变化缓慢；原油粘度的对数与温度成线性关系，温度升高，粘度迅速下降。　　 针对几种不同的炼厂乳液，分别进行了超声破乳分离的静态实验。还进行了原油超声联合电脱盐过程的动态实验，提出了强化原油电脱盐处理的方法。分析了破乳过程中的声学及其它主要工艺参数的影响。实验结果表明在工厂动态原油预处理过程，注水量与电脱盐罐的电场强度的选择具有重要影响。　　 结果显示超声辐照20min，原油粘度迅速下降(40℃，从194mPa·s下降到150mPa·s)。超声对原油的降粘作用与凝聚效应共同促进了原油破乳脱水分离。对原油预处理过程中不同声场类型、声强、破乳剂浓度、油水混合强度、注水量、超声辐照时间以及热沉降时间等进行了单因素分析。对于初始盐含量为30.4-42.7mg·L-1的鲁宁管输原油，在注水5％(v/v)、破乳剂20μg·g-1经锚式搅拌桨400rpm下混合20min，再经10kHz驻波场(0.38W·cm-2)辐照5min，75℃下热沉降90min后，原油单次预处理效果最佳，脱后水含量0.37％(脱水率92.6％)，盐含量3.85mg·L-1(脱盐率87.9％)。实验还对原油预处理前后的总盐进行了衡算，表明实验误差在合理范围，同时指出注水量偏少时原油脱盐率低的原因是油水混合不充分。考察了二级预处理原油脱盐脱水的效果，最终水含量0.45％，盐含量1.14mg·L-1，脱盐率比一级预处理提高了9.7％。　　 采用正交设计法对污油破乳脱水过程进行了实验研究，确定温度、声强是最重要因素，热沉降时间及超声辐照时间次之。在优化操作条件下(70℃、0.7W·cm-2、驻波声场)对添加NS-21破乳剂375μg·g-1、含水5-6％(v/v)的污油辐照10min，沉降3h后脱后含水量0.4％(脱水率92.59％)。对于含水75％的镇海炼化难破乳重污油，经超声处理的最终脱水率高达86.7％，体积减少65％以上。　　 采用单因素分析法对浮渣超声强化脱水分离技术进行了研究，对于来自扬子石化的含油浮渣最佳脱水工艺为：调节pH至7.1，超声(20kHz、500W·m-2)辐照5min，加入絮凝剂聚丙烯酰胺0.075g·L-1，100kPa下抽滤脱水30 min。初始含水为95％-99.5％的含油浮渣脱水率在86.2±1.5％，最高脱水率达到88％。　　 对原油预处理过程，结合超声-电脱盐工艺进行了一级连续动态实验研究。进行单因素分析实验，获得了该工艺的最佳操作参数：注水量约5％(v/v)，混合压差0.4MPa，声频率10 kHz，声功率150W(声强0.32 W·cm-2)，辐照3-5min，电脱盐罐沉降温度85-89℃。原油脱后水含量<0.3％；盐含量<5.0 mgNaCl·L-1，脱盐率>90％，破乳剂量降为15μg.g-1。该工艺技术的操作温度不必高达120-140℃，100℃足以满足生产要求。对于800万吨/年加工能力的炼厂预期回收周期为3.6年(节约破乳剂费用计算)，同时脱盐率的提高降低了设备的腐蚀，可产生相当高的技术经济效益。　　 本文还进行了驻波声场中乳液粒子的受力分析，推导了粒子的运动方向。根据物理学碰撞几率的定义，推导了最佳超声频率的计算方法，与连续相粘度成正比，与粒子的统计平均粒径平方成反比。对于原油脱水过程中的乳液体系，初始最佳声频率约20.2kHz，随着乳液的不断凝聚，最佳声频率下降，解释了实验研究的结果10 kHz效果优于20 kHz的原因。　　 超声凝聚破乳技术是一种高效、低能耗破乳分离技术，是未来炼厂乳液分离技术的发展方向，特别是原油脱盐预处理工艺的强化手段，能确保生产的稳定与安全。本文推导、提出的最佳声凝聚频率的计算方法可应用于超声破乳分离工业装置的设计与过程的优化。