[科普中國]-電化學精制

背景

原油蒸餾得到的直餾汽油、噴氣燃料、柴油，以及二次加工過程特別是焦化、催化裂化過程得到的汽油和柴油，不同程度地含有硫化物、氮化物以及有機酸、酚、膠質(zhì)和烯烴、二烯烴等，造成油品性質(zhì)不安定、質(zhì)量差，需要進行精制，將這些有害物質(zhì)不同程度地從燃料中除去。早期應(yīng)用的化學精制方法主要是酸堿洗滌精制，這種精制方法工藝簡單、設(shè)備投資和操作費用較低，但由于排放的酸渣、堿渣污染環(huán)境，已逐步限制使用，特別是油品的酸洗精制在煉油廠已完全被淘汰。目前在我國煉油廠中采用的電化學精制就是堿洗精制方法的改進，它是將堿洗精制與高壓電場加速沉降分離相結(jié)合的方法。1

原理1.堿洗

在堿洗過程中用質(zhì)量分數(shù)為10%一30%的氫氧化鈉水溶液與油品混合，堿液與油品中的烴類幾乎不起作用，它只與酸性的非烴類化合物起反應(yīng)，生成相應(yīng)的鹽類。這些鹽類大部分溶于堿液而從油品中除去。因此，堿洗可以除去油品中的含氧化合物（如環(huán)烷酸、酚類等）和某些含硫化合物（如硫化氫、低分子硫醇等）。

當堿用量大時生成Na2S，用量小時生成NaHS，Na2S及NaHS均溶于水中，因此H2S可以用堿洗除去。

環(huán)烷酸、酚及低分子硫醇等與堿液的反應(yīng)是可逆反應(yīng)，生成的鹽類可在很大程度上發(fā)生水解反應(yīng)。隨著它們相對分子質(zhì)量的增大，其鹽類的水解程度也加大，而它們本身在油品中的溶解度則相對地增加，在水中的溶解度相對地減小。因此用堿洗的辦法，并不能將它們完

全從油品中清洗除去。

2.高壓電場的作用

在堿洗精制時，若加以高壓電場，則電場起著兩個主要作用：一是促進油堿均勻混合；

二是達到快速分渣。這兩個作用改變了傳統(tǒng)堿洗精制存在的缺點。

堿液在油品中分散成適當直徑的微粒，在高電壓（15000V-25000V）的直流（或交流）電場的作用下，加速了導電微粒在油品中的運動，使油品中各種雜質(zhì)與堿充分接觸，強化了油品中的酸性硫化物、氧化物等與堿的反應(yīng)。同時加速了反應(yīng)產(chǎn)物顆粒間的相互碰撞，促進了堿渣的聚集和沉降作用，達到有效的分離。1

工藝流程右圖為油品堿洗精制一電沉降分離過程的工藝流程。原料（需精制的油品）首先與堿液在靜態(tài)混合器中進行混合、反應(yīng)，混合物進人電精制罐（即堿洗沉降罐）中。電精制罐內(nèi)設(shè)有電極板，通以20000V左右的高壓直流電，形成高壓靜電場，使油中的堿微粒產(chǎn)生偶極性，加快了它在電場中的運動，促進了堿液與酸性化合物之間的反應(yīng)，同時促使堿渣在高壓電場下進行凝聚、分離。精制后油品從罐頂流出，堿清自電精制罐的底部排出。1

操作條件的選擇影響電化學精制產(chǎn)品質(zhì)量的因素較多，正確合理地選擇精制操作條件，才能保證精制產(chǎn)品的質(zhì)量，提高產(chǎn)品收率。主要控制的條件有：精制溫度，堿濃度及用量，接觸時間，電場梯度，混合方式等。

1.精制溫度

精制溫度一般由原料油的溫度控制。在堿洗精制時，由于堿只能與油品中的酸性物質(zhì)、膠質(zhì)等反應(yīng)，而引起其他烴類例如芳香烴、不飽和烴的副反應(yīng)少，為了更有利于油堿兩相的混合，通常精制溫度稍高一些。但若溫度過高，由于原料油自身受熱而使得某些烴類不穩(wěn)定發(fā)生縮合等反應(yīng)，也會導致精制產(chǎn)品質(zhì)量變差，所以精制溫度一般控制為50~60℃。而酸洗精制由于不飽和烴的疊合等副反應(yīng)多，會導致產(chǎn)品收率低，故一般在20~35℃的常溫下進行。

2.堿濃度及用量

在堿洗過程中，為了增加液體體積、提高混合程度和減少鈉離子帶出，一般采用10~30%的低濃度堿液。堿用量一般為原料重量的0.02%~0.2%。

3.接觸時間

從堿液加入油品后至混合液到達電精制器之前的這段時間為接觸時間，混合液在電精制器內(nèi)的時間稱為電場停留時間。若接觸時間過短，就會使反應(yīng)不完全，達不到精制的目的，同時也降低了堿的利用率。一般接觸時間為數(shù)秒到數(shù)分鐘。適當?shù)匮娱L油品在電場中的停留時間有利于堿渣的沉降分離，從而保證產(chǎn)品的精制效果，油品在電場內(nèi)的停留時間一般為1 0min左右。

4.電場梯度

電場梯度一般為1600~3000v/cm。電場梯度過低，起不到均勻及快速分離的作用，但過高也不利于堿渣的沉聚?？筛鶕?jù)不同的原料油及堿液濃度情況，選擇不同的電場梯度。

5.混合方式

電化學精制一般采用的混合方式有文氏管混合、靜態(tài)混合器混合等多種。由于靜態(tài)混合器混合效果好，接觸時間短，目前較多采用。1

特點電化學精制過程雖有技術(shù)簡單、設(shè)備投資少和容易建設(shè)等特點，但由于需要消耗大量的堿液，產(chǎn)生的堿渣不易處理，會嚴重污染環(huán)境，所以該精制方法正在不斷改進或被其他的精制手段所代替。美國Merichem公司開發(fā)的纖維膜接觸器堿洗技術(shù)以及中國石油大學開發(fā)的固體堿精制技術(shù)都已經(jīng)在煉油廠得到應(yīng)用，對減少廢堿液的排放起到了很好的作用。1