CN101191076B

CN101191076B - 一种组合电极电脱盐、脱水器

Info

Publication number: CN101191076B
Application number: CN 200610134529
Authority: CN
Inventors: 娄世松; 范洪波; 赵德智
Original assignee: Liaoning Shihua University
Current assignee: Liaoning Shihua University
Priority date: 2006-12-06
Filing date: 2006-12-06
Publication date: 2010-12-22
Anticipated expiration: 2026-12-06
Also published as: CN101191076A

Abstract

本发明公开了一种高效组合电极电脱盐、脱水器。其电极组合件由至少2层横断面呈弓形的组合电极组成，形成多个组合电场。相邻两层电极之间的间距可以从顶部到底部逐渐增大，使上部的环形电场的电场强度从顶部到底部的电场逐渐减弱。本发明能使罐内有效电场的空间增大，且电场强度的分布能适应罐体内各区域对电场强度变化的要求。同现有的电脱水盐器相比，本发明具有处理量大、分离效率高、界位稳定的特点。

Description

一种组合电极电脱盐、脱水器

技术领域

本发明涉及原油预处理的盐和水分离技术，具体地说是一种用于含水油料脱水脱盐的高效组合电极电脱盐、脱水器。

背景技术

原油在炼厂加工之前需进行预处理以脱除其所含的盐和水。原油中的盐大部分溶于所含的水中，所以脱盐和脱水是同时进行的。长期以来，国内外油田及炼油厂使用的电脱水脱盐器，主要有两种类型。一种是采用卧式水平电极，另一种是采用卧式垂直悬挂电极。这两种形式的电脱水脱盐器中，油和水的混合物料均是从罐体下部进入，上部出油、下部排水，在水滴下降过程中与油发生混合，影响分离效率。美国专利US4209374公开了一种电脱水脱盐器，其特征是油水分布器在电极之间，而且用泵强制循环，避免了物料对下降的水滴的阻滞作用；但其缺点是有效电场空间较小。中国专利ZL93216713.6(授权公告号CN2159533Y)公开了一种静电油水分离器，其特征是电极为直管、圆锥体和空心圆柱体构成的组合电极，电极中心与罐体同心，电场在罐体横截面上均匀分布，而且中心和罐体均接地。这种结构虽然提高了分离效率，但因其电极为单层，不适合于大直径的电脱水脱盐器，处理量受到限制，而且横截面上电场均匀分布，不够合理。中国专利ZL93216713.6(授权公告号CN2159533Y)公开了一种油水分离器，其电极采用多层环形，下部与油水界位形成的电场不均匀，水中油的上浮时间过短，造成排水带油严重。

发明内容

本发明的目的在于提供一种有效电场空间大、罐内电场利用率高的电脱水脱盐器。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种组合电极电脱盐、脱水器，用于含水油料的脱水、脱盐，主要包括罐体和设于其内的电极组合件，以及与电极组合件电连接的高压电引入装置，沿罐体的轴向由入口端至出口端设有电极组合件，电极组合件由2层或2层以上电极由内向外组合而成，它们支撑固定在罐体的内部，并与内壁间留有空隙；各层电极的轴心线均位于罐体轴心线之上，任意相邻两层电极之间的间距从顶部到底部逐渐增大；电极的横断面呈弓形并以罐体的轴线安装于水油界面与罐体之间，即电极的横断面为下部带有环缺的圆环形或椭圆形，电极组合件每相邻两层电极之间形成空间为上部环形空间和下部梯形空间；电极组合件中相邻两层电极所形成的组合电场的电场强度从顶部的最大值逐渐减小到底部的最小值。

沿罐体的轴向由入口端至出口端设有2、3或4个电极组合件，电极组合件由入口端至出口端各电极组合件所形成的环形电场强度相应依次增加；电极组合件由2、3、4或5层电极组成；电极组合件的各层电极为笼形。

所述罐体的下端设置有入口管，在入口管与电极组合件间沿罐体的径向设置有分布器，分布器为一开有方孔或圆孔的钢板；在罐体的另一端上部设置有出口管；所述分布器开孔位于罐体入口端电极组合件的电极层间中心位置，油水界位以下不开孔。

所述电极组合件与高压电引入装置的连接有两种方式；

第一种是罐体接地方式，罐体和从一端数双数的电极层以及高压供电装置的一个输出端均接地；单数的电极层通过高压电引入装置与高压供电装置的另一个输出端相连；通过引入高压电和零线，在相邻两层电极之间形成环形电场；所用高压供电装置有一个输出端，另一端接地；

第二种是罐体不接地的连接方式，电极组合件中任意相邻两层电极分别与两个高压电引入装置相连，即每个电极组合件中从最内层电极到最外层电极交替通过高压电引入装置与高压供电装置的二个输出端相连；所用高压供电装置有二个输出端，从一端数单数的电极层通过一个高压电引入装置与高压供电装置的一个输出端相连，双数的电极层通过另一个高压电引入装置与高压供电装置的另一个输出端相连；通过在各层电极引入不同相位的高压电，使相邻两层电极之间形成上部环形电场和下部梯形电场。

每个电极组合件所形成的组合电场的电场强度从靠近罐体壁的顶部的300—1500伏/厘米逐渐减小(如20—60伏/厘米减小)到最内层电极的底部的200—600伏/厘米；并且从罐体入口端至出口端电极组合件所形成的环形电场强度相应依次增加。

所述罐体的底部设有水包，其数量及位置根据油料含水量来确定，可以有一个或一个以上，也可以不设。

本发明具有如下优点：

1.由于电极组合件由至少2层横截面为弓环形的电极组成，所以可以形成多层环形电场(上部)和梯形电场(下部)，能使有效电场的空间增大，且可消除电场死角，使罐内电场利用率提高。下部采用梯形电场，使下部电场强度区域均匀，使水位上移，从而提高了水中油的上浮时间，降低了水中含油。

2.本发明，油水混合物料在电脱水脱盐器内水平流动，电场中下降的水滴沿油料流动方向呈水平抛物线轨迹下降，减轻了油料与下降水滴之间的返混效应。

综上所述，本发明电脱水脱盐器的处理量和分离效率得到提高；处理量和分离效率较现有装置可提高50—100％，降低了水中含油。

在一具体操作过程中，用本发明装置处理含水5％(重量)、含盐25毫克/升的原油，操作温度110℃。脱水脱盐后的原油含水量降至0.25％(重量)，含盐量降至1.2毫克/升。用本发明单级电脱盐装置可代替现有二级电脱盐装置；同时在罐体积相同的情况下，处理量较现有装置可提高60％。本发明适用于原油、成品油以及人造石油的脱盐、脱水；可用于原油预处理，也可用于油品精制。

附图说明

图1为本发明电脱水脱盐器沿轴向的剖面结构示意图。

图2为图1的A—A剖面放大图。

图3为本发明鼠笼形结构电极的结构示意图。

图4为本发明电极组合件与高压供电装置以罐体接地方式相连接的示意图。

图5为本发明电极组合件与高压供电装置以罐体不接地方式相连接的示意图。

图6为本发明采用三个电极组合件的电脱水脱盐器的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。

图1和图2所示的本发明电脱水脱盐器，主要包括罐体1和设于其内的电极组合件4。罐体1上设有入口管2、分布器3、水包6、出口管7、高压电引入装置5。分布器3位于油水混合物料的入口端，为一开有方孔或圆孔的钢板。电极组合件4由横断面均为圆环形的第一层电极401、第二层电极402和第三层电极403由内向外组合而成，用绝缘支撑及吊挂8固定在罐体1的内壁上；绝缘支撑及吊挂8采用聚四氟乙烯棒或陶瓷棒。环形电极组合件4安装于油水界面9与罐体1的顶部之间，各层电极的轴心线均位于罐体轴心线之上，由图2电极组合件及其各层电极的相对位置及安装示意图可以更清楚地看到这一点。各层电极一般采用鼠笼形结构，由支撑圈及钢管组成(如图3所示)，油和水可以经空隙自由流动。第一层电极401在结构尺寸较小时也可采用圆钢(钢管或钢棒)。说明书三层电极中，任意相邻两层电极之间的间距从顶部到底部逐渐增大。例如第一层电极401与第二层电极402在顶部的间距最小，然后沿两层电极之间的环形空间逐渐增大，至底部间距达到最大。第二层电极402和第三层电极403之间的间距的变化与之相同(参见图2)。由于各层电极采用上述的布置方式，当电极组合件4通入高压电之后，相邻两层电极之间形成的环形电场的电场强度分布是不均匀的。电场强度随电极间距的增大而减小。两层电极顶部间距最小，因此此处的电场强度最大；底部间距最大，此处的电场强度最小。相邻两层电极所形成的环形电场的电场强度由顶部的最大值经环形区域逐渐降低到底部的最小值。根据不同工艺条件所要求的顶部和底部的电场强度，电极底部间距可以选择为上部间距的1.1一10倍。这样，各环形电场顶部的电场强度将是底部电场强度的1.1一10倍。应根据具体的操作选取适宜的数值；一般，较为常用的顶部电场强度为400一1000伏/厘米，底部电场强度为200—400伏/厘米。电极组合件4与高压供电装置的连接有两种方式。第一种是罐体接地方式，如图4所示。罐体1和第二层电极402以及高压供电装置的一个输出端均接地；第一层电极401和第三层电极403通过高压电引入装置5与高压供电装置的另一个输出端相连。通过引入高压电和零线，在相邻两层电极之间形成环形电场。所用高压供电装置有一个输出端(另一端接地)。第二种是罐体不接地的连接方式，如图5所示。所用高压供电装置有二个输出端。第一层电极401和第三层电极403通过一个高压电引入装置5与高压供电装置的一个输出端相连，第二层电极402通过另一个高压电引入装置5与高压供电装置的另一个输出端相连。通过在各层电极引入不同相位的高压电，使相邻两层电极之间形成环形电场(上部)和梯形电场(下部)。罐体不接地的连接方式主要用于海上原油脱水脱盐，例如用于海上浮式生产装置。但用海上浮式生产装置，罐底要另加防浪板。以上两种连接方式所述的高压供电装置可以是高压变压器；其输入端输入电压为380伏的交流电，输出端输出电压为13至45千伏的交流电。本实施例的操作情况是这样的：油水混合物料由入口管2进入罐体1，经分布器3进入电极组合件4，在电极组合件4的环形电场中脱水脱盐。在电场中，油水混合物料从入口端至出口端水平流动；下降的水滴沿油料流动方向呈水平抛物线轨迹下降，经各层电极的空隙，沉积于罐体1的底部及水包6内，再由水包6排出。脱水脱盐后的油料经由出口管7抽出。由于油料中可能含有固体杂质，因此可以在罐体1的底部、电极组合件4的下方设置水冲洗装置，不定期地进行不停工冲洗，冲洗掉罐体1底部的沉积物。这是现有技术所常用的。水包6的数量及位置根据油料含水量来确定，可以有一个或多个，也可以不设。油料含水量大则多设水包，含水量小则少设水包，也可以不设。以上以三层电极的电极组合件为例对本发明作了说明。本发明，根据罐体直径不同，电极组合件4可以设2层、3层、4层或5层电极。如罐体直径小于3米可设2层电极，罐体直径大于5米可设5层电极。当设置2层、4层或5层电极时，电极组合件4的布置以及各层电极与高压供电装置的连接与上述三层电极的电极组合件的情况是类同的。本发明，可沿罐体1的轴向由入口端至出口端布置多个电极组合件，其数量主要根据罐体1的长度加以确定。当油料含水量和含盐量比较高、脱水率和脱盐率要求比较高，或装置处理量较大，以及罐体内电场强度需要沿轴向增加的情况下，可布置多个电极组合件。电极组合件一般布置1个、2个或3个；如图6所示，布置了3个电极组合件4。布置多个电极组合件，各电极组合件电场强度的选取应考虑到罐体1内各区域油料含水量的变化。以图6为例加以说明。油料从入口管2至出口管7，其含水量是逐渐减小的，所以各电极组合件应按电场相应的电场强度依次增强来设计，即后一电极组合件环形电场顶部的最高电场强度和底部的最低电场强度均高于前一电极组合件。当然，每个电极组合件的电场强度仍然是由顶部至底部逐渐减小的；任意截面上的电场强度仍然是上部强、下部弱。例如，图6中，左面的第一电极组合件顶部的电场强度为400伏/厘米，底部电场强度为200伏/厘米；中间的第二电极组合件顶部电场强度为600伏/厘米，底部电场强度为300伏/厘米；右面的第三电极组合件顶部电场强度为800伏/厘米，底部电场强度为400伏/厘米。第二、第三电极组合件的顶部电场强度和底部电场强度均高于其各自的前一电极组合件相应的顶部电场强度和底部电场强度。沿罐体轴向设置的各电极组合件的电极直径和间距可以是不同的。通过改变各电极组合件各层弓环形电极的直径和各层电极之间的间距，以及各电极组合件高压供电装置的输出电压，可使各电极组合件电场相应的电场强度依次增强，以获得罐体内各区域不同含水量的油料脱水脱盐所适用的电场强度。

下面举例说明本发明的一个实际操作过程。

本发明用于一400万吨/年原油预处理装置上。罐体直径为3600毫米，长度为17500毫米(桶体)，壁厚为24毫米。采用一个两段三层电极的电极组合件，电说明书极顶部间距为350毫米，底部间距为650毫米。三层电极均为笼形结构。每隔一段时间(2小时)测量一次装置运行情况，共得到5组数据。各项工艺参数值及测量结果见表1。由表1可见，脱水脱盐后原油含水量降至o.3％(重量)以下，含盐量降至3毫克/升以下。处理量390吨/小时，高压供电装置输出电压35千伏，操作温度110℃，顶部电场强度100伏/厘米，底部电场强度450伏/厘米脱前含盐4-18.8毫克/升，脱后含盐1.21-3毫克/升，脱后含水小于0.3％(重量)，脱后排水含油小于12ppm(中国石油标准为200ppm)，电耗很低，处理每吨原油实际电耗仅0.05-0.06kW·h/t原油(石油行业平均电耗在0.5kW·h/t原油)。电脱盐装置于2005年2月投用，具体操作条件及效果如下：

经调试稳定后电脱盐装置运行情况如下

取样日期	处理量t/h	输出电压KV	破乳剂量PPM	温度℃	注水量％	脱后油含水％	原油含盐mg/l	脱后油含盐mg/l	电耗kW·h/t原油	脱出水含油ppm
											3.4	390	35	13	110	1.5	0.2	6	-	0.06	14.8
3.3	390	35	13	110	2.5	0.27	15.06	1.27	0.06	11
											3.2	380	35	15	109	2.5	0.24	4.0	2.49	0.05	5.2
3.1	390	35	14	110	2.5	0.22	-	-	0.05	6.7

2.28	380	35	13.5	109	2.4	0.4	18.8	1.21	0.06	3.7
											2.27	395	35	15	108	2.5	0.18	-	-	-	3.2
2.26	375	35	16	110	2.5	0.3	-	-	-	3.86
											2.25	376	35	16	107	2.6	0.18	18.8	2.0	-	-
2.24	386	35	15	108	3	-	12.47	2.49	0.06	11.8

Claims

1.一种组合电极电脱盐、脱水器，用于含水油料的脱水、脱盐，主要包括罐体(1)和设于其内的电极组合件(4)，以及与电极组合件(4)电连接的高压电引入装置(5)，其特征在于：沿罐体(1)的轴向由入口端至出口端设有电极组合件(4)，电极组合件(4)由2层或2层以上电极由内向外组合而成，它们支撑固定在罐体(1)的内部，并与内壁间留有空隙；各层电极的轴心线均位于罐体轴心线之上，任意相邻两层电极之间的间距从顶部到底部逐渐增大；电极的横断面呈弓形并以罐体(1)的轴线安装于水油界面(9)与罐体(1)之间，即电极的横断面为下部带有环缺的圆环形或椭圆形，电极组合件(4)每相邻两层电极之间形成空间为上部环形空间和下部梯形空间；电极组合件(4)中相邻两层电极所形成的组合电场的电场强度从顶部的最大值逐渐减小到底部的最小值。

2.按照权利要求1所述组合电极电脱盐、脱水器，其特征在于：沿罐体(1)的轴向由入口端至出口端设有2、3或4个电极组合件(4)，电极组合件(4)由入口端至出口端各电极组合件所形成的环形电场强度相应依次增加；电极组合件(4)由2、3、4或5层电极组成；电极组合件(4)的各层电极为笼形。

3.按照权利要求1所述组合电极电脱盐、脱水器，其特征在于：所述罐体(1)的下端设置有入口管(2)，在入口管(2)与电极组合件(4)间沿罐体(1)的径向设置有分布器(3)，分布器(3)为一开有方孔或圆孔的钢板；在罐体(1)的另一端上部设置有出口管(7)。

4.按照权利要求3所述组合电极电脱盐、脱水器，其特征在于：所述分布器(3)开孔位于罐体(1)入口端电极组合件(4)的电极层间中心位置，油水界位以下不开孔。

5.按照权利要求1所述组合电极电脱盐、脱水器，其特征在于：所述电极组合件(4)与高压电引入装置(5)的连接有两种方式；

第一种是罐体接地方式，罐体(1)和从一端数双数的电极层以及高压供电装置的一个输出端均接地；单数的电极层通过高压电引入装置(5)与高压供电装置的另一个输出端相连；通过引入高压电和零线，在相邻两层电极之间形成环形电场；所用高压供电装置有一个输出端，另一端接地；

第二种是罐体不接地的连接方式，电极组合件(4)中任意相邻两层电极分别与两个高压电引入装置(5)相连，即每个电极组合件(4)中从最内层电极到最外层电极交替通过高压电引入装置(5)与高压供电装置的二个输出端相连；所用高压供电装置有二个输出端，从一端数单数的电极层通过一个高压电引入装置(5)与高压供电装置的一个输出端相连，双数的电极层通过另一个高压电引入装置(5)与高压供电装置的另一个输出端相连；通过在各层电极引入不同相位的高压电，使相邻两层电极之间形成上部环形电场和下部梯形电场。

6.按照权利要求1所述组合电极电脱盐、脱水器，其特征在于：每个电极组合件(4)所形成的组合电场的电场强度从靠近罐体(1)壁的顶部的300—1500伏/厘米逐渐减小到最内层电极的底部的200—600伏/厘米；并且从罐体(1)入口端至出口端电极组合件(4)所形成的环形电场强度相应依次增加。

7.按照权利要求1所述组合电极电脱盐、脱水器，其特征在于：所述罐体(1)的底部设有水包(6)，其数量及位置根据油料含水量来确定，可以有一个或一个以上，也可以不设。