受开采工况恶化和采油工艺的影响,原油在开采过程中不可避免的含有一定的水分和盐类。原油中所含的盐类如果不进行脱除处理,会对炼油厂后续加工生产带来巨大的危害,不仅增加加工能耗、造成设备腐蚀或产品质量不合格等,甚至还会严重影响企业安全生产,带来安全隐患。由于受多种因素的不利影响,运输至炼油厂加工的原油日益重质化、劣质化;同时随着国家对环保的要求日益严格,炼油厂在原油加工过程中为满足经济效益的同时还需要符合环保要求,因此炼化企业不得不对原油进行深加工,这将对原油预处理工艺及设备提出了更为苛刻的要求。随着国内外油田分别开始进入第二、三次采油阶段,原油开始出现越来越稠、越来越重、盐含量和水含量都逐渐升高的趋势,增加了炼油厂后续加工过程中的难度:(1)造成原油预处理过程中电脱盐电流升高,电场波动,频繁跳闸,操作难度变大;(2)原油预处理过程中破乳剂和脱钙剂用量增大,增加原油预处理成本;(3)电脱盐技术处理后的切水含油量高,加大了污水处理难度且不利于环保。本课题所研究的纤维膜技术是利用油水两相在膜反应器内特殊的非分散式液膜之间的平面接触,可以很好的对原油实施脱盐脱水操作。该技术具有传质效率高,介质夹带少、结构紧凑,投资以及操作费用低的优点,适合中小型炼厂作为原油预处理的技术。为考察该技术,本课题着手于纤维膜技术在原油预处理的应用研究。作者在查阅大量文献资料基础上,结合企业生产实际,首先研究了原油预处理过程中各种脱盐脱水技术的特点及其工业应用做了简要分析。本文根据纤维膜对原油乳化液的作用机理以及其应用于脱盐脱水的工艺流程,开展了一系列的试验,通过对实验结果进行分析研究,并与传统的电脱盐工艺试验结果进行比较,发现采用多级纤维膜技术进行原油预处理时,其脱盐脱水效果优于多级电脱工艺。因此,作者依据膜分离理论提出了将纤维膜技术应用到原油预处理的技术方案,并依次开展了实验室小试和工业侧线试验。实验室小试结果表明:(1)采用多级纤维膜技术进行原油预处理时介质传质效果明显,脱盐效率高,原油预处理后含盐、含水完全满足后续常减压装置进料要求;(2)脱后原油中的油水含量指标均达到了设计目标,表明该方案在技术上是可行的。工业侧线试验结果表明:(1)2.0×103吨/年工业侧线试验进一步验证了原油纤维膜预处理技术的可靠性和对劣质原油具有良好的适应性。针对A原油,工业侧线试验获得较优化的工艺条件,即:原油空速30~40h-1,温度139~142℃,压力0.8~1.2MPa,总注水量14%~18%,油水沉降分离时间30min以上。(2)对于重质原油的工业侧线试验表明,经过三级纤维膜处理的原油,三级脱后盐含量与同期三级电脱盐工业装置相当,而油中水含量要优于工业装置三级电脱盐,总体效果要好于工业装置三级电脱盐。工业侧线试验总切水油含量最低6.8mg/L,最高93.8mg/L,平均36.9mg/L,波动较小,达到预期目标,与电脱盐装置相比,取消高压电场和破乳剂,切水油含量<100mg/L,大大降低了运行成本和污水处理成本,经济环保。(3)进行了一级电脱盐串联三级纤维膜的组合工艺试验,试验结果表明组合工艺效果与同期工业装置四级电脱盐效果相当,也进行了设备设计调整,经过调整后的三级纤维膜与同期工业装置四级电脱盐效果相当。在以上研究的基础上,文章将该技术与并行的电脱盐工业装置进行了对比,得出以下结论:(1)纤维膜技术在对某劣质原油的预处理时表现出了具有良好的适应性。(2)某原油经三级纤维膜预处理后,脱后盐含量小于并行的电脱盐三级脱后原油,且水含量≤0.2%。(3)与传统电脱盐脱水工艺相比,纤维膜技术在原油预处理过程中具有更好的脱盐脱水表现,而且无需额外添加破乳剂和提供高压电场,切水含油量低,具有显著的经济和社会效益。文章最后从系统温度、膜接触器高径比及放大效应等方面进行了总结分析,并优化了设计参数和工艺流程,为该技术的推广应用提供了实践经验和理论依据。纤维膜技术在原油预处理过程中所展现的节能效果也十分显著,符合节能减排产业政策,具有很好推广应用前景。