CN101827790A - 用于蒸馏塔中除水的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

通过在分离到其中含油水被分离成水相和油相的外部分离器中期间从分离塔提取含油水而从在塔运行期间产生的含油水除水。然后将油相加热到有效产生驱动油相回到运行的塔的密度差的温度。

Description

用于蒸馏塔中除水的装置和方法
优先权
本申请要求我们在2007年8月29日提交的序号为60/968622的同时待审的美国临时申请的优先权。
技术领域
本发明的领域涉及从含油水除水，且特别涉及从来自天然气和精炼分馏装备中的蒸馏塔的含油水除水。
背景技术
从含油水中分离油和水是许多烃处理设施中的常见事项，且本领域中已知多种此类分离的方式。例如，美国专利NO.4,088,578描述了一种系统，在其中基于水和油的特定比重采用沉降方案来分离油和水。作为备选，如美国专利No.4,359,386中示例性地描述，使用多个过滤器来将水与油分离。在又一种已知方法中，可如美国专利No.5,368,700中所述采用旋风汽提器组合装置。典型地以降低的压力进行蒸馏已在美国专利No.5,980,694中公开。类似的是，美国专利No.4,089,662教导了一种联接在塔上以从塔中产生的含油水中分离水相的蒸发器。在又一种已知方法中，美国专利No.5,100,546教导了采用化学吸附剂，而美国专利No.5,188,742公开了在其中燃烧从含油水中分离出的油的处理。
虽然大多数此类系统对于它们的预期目的而言至少在一定程度上有效，但是当用于从塔中产生的含油水在线(on-line)分离水时，这些方法即使不是全部也大部分具有突出的缺点。应当注意：在精炼和天然气装备输送气体中溶解和夹杂的水经常引起分馏困难，特别是在其中水趋于变得被堵住并且导致过量的内部回流和产品损耗的脱乙烷塔中。此外，来自塔的含油水通常不适合排出到下水道或环境中，因为这种水由于含硫化合物(例如，硫醇和H2S)、重质烃(例如，苯和甲苯)和/或其它不希望的组分而受到污染。
为了解决与分离塔中过量水相关的困难，通常增加塔底温度以将水分驱动到塔顶。虽然这种方法在概念上相对简单并且通常从塔中除去了大量的水，但仍存在突出的运行缺点。例如，对于这种运行而言通常要求较高的再沸器负荷，这增加了溢流和蒸汽需求。此外，较高的底部温度还通常导致产品损耗。例如，在脱乙烷塔中将底部温度从220°F增加到240°F通常证明有10％到20％的丙烷损耗。已证实其它已知的除水方法同样是低效和昂贵的。例如，烟囱式塔盘可结合充足的滞留时间来进行水、油分离。然而，即使并非不可能，分馏塔内部很少存在用于分离相所需的稳定区(例如，由于紊流环境)，导致此类备选方案也通常是低效的。
因此，虽然本领域中已知各种油水分离装置和方法，但其全部或几乎全部都有一个或多个缺点，特别是在对于稳定的塔运行而言需要分离含油水的情况下。因此，仍然需要改进的特别是用于分离塔的油水分离的构造和方法。
发明内容
本发明涉及通过在分离期间从分离塔提取含油水而优选地从在塔的运行期间产生的含油水中在线除水的构造和方法。这样提取的含油水然后在外部分离器中分离成水相和油相，且然后加热油相以产生有效驱动油相回到运行的塔中的密度差。
在本发明主题的一方面，用于在分离塔中除水的除水设备具有分离器，该分离器流体地并且从外部联接在分离塔上，并且进一步地构造成用以允许从含油水中分离水以便由此形成(最通常地通过被动的相分离)水相和油相。输送管线流体地联接在分离器和塔上以将含油水提供给分离器，而返回管线流体地联接在分离器和塔上以使来自油相的油回到塔。在最优选的方面，热控制单元热联接在返回管线上并且构造成用以升高返回管线中的油的温度，以促使油从分离器经返回管线受密度驱动流回塔。
最通常的是，分离器具有关于在塔中产生流动而选择的容积，用以允许含油水在分离器中的有效允许各相进行重力分离的滞留时间(例如，至少15分钟)。通常还优选的是，塔和分离器构造成以大致相同的压力运行(即，压力差不大于10磅/平方英寸(psi))。在通常的示例性装置和方法中，分离器构造成以100psi到500psi之间的压力运行。通常还优选的是，热控制单元包括电加热器或蒸汽加热器，其中电加热器或蒸汽加热器构造成用以允许相对于含油水中的油的温度以至少5°F的量(更通常为10-15°F，或甚至更高)升高返回管线中的油的温度。热控制单元还可包括从返回管线中的油接收温度信息和流量数据的控制回路。在希望的情况下，该设备还可包括联接在分离器上的油-水界面水平传感器，和/或聚结元件或其它装置用以协助相分离。
因此，在运行分离塔的同时从分离塔中产生的含油水除水的方法包括步骤：从塔提取含油水并且在处于塔外部的分离器中分离含油水，从而形成水相和油相。在另一步骤中，将油相的至少一部分加热到有效产生足以使加热的油相移回至塔的密度差的温度。
最优选的是，分离器具有关于在塔中产生流动的容积，从而允许含油水在分离器中的有效用于各相进行重力分离的滞留时间(例如，至少15分钟)，和/或塔和分离器以大致相同的压力运行。在本发明主题的优选方面，分离器以100psi到500psi之间的压力运行。通常还优选的是，使用电加热器或蒸汽加热器在返回管线中加热油相的至少一部分，并且加热器相对于含油水中的油相的温度以至少5°F的量升高返回管线中的油相的温度。在希望的情况下，可包括从返回管线中的油相接收温度信息和流量数据的控制回路，和/或可包括油-水界面水平传感器。此外还构思出的是，可采用多种方式来分离含油水。然而，特别优选的是，分离采用密度沉降和可选的聚结元件。
根据以下对本发明的优选实施例的详细描述，本发明的各种目的、特征、方面和优点将变得更加明显。
附图说明
图1是根据本发明主题的用于在蒸馏塔中对含油水除水的示例性构造。
具体实施方式
本发明涉及用于对来自蒸馏塔的含油水流进行外部水分离的装置和方法。优选而言，分离是在线进行的，并且分离的油被送回至塔，同时从系统除去的水具有足以允许在设施中对水进行处理或重复利用的纯度。
在一个特别优选的方面，所构思的装置包括将来自塔的含油水提供给含油水分离器的含油水输送管线。分离器还包括出水管线以及构造成用以将油送回蒸馏塔的油返回管线。最通常的是，分离器还包括聚结元件，用以进一步增强水/油分离。在特别优选的构造和方法中，加热器(例如，电阻加热元件)热联接在油返回管线和/或分离器上，以允许将油的温度升高到一定程度，有效地通过在返回管线中的分离的油与进入管线中的输送的含油水之间的密度差来引起返回油流。
图1中示出了一个示例性构造，其中，通过降液管12从蒸馏塔11的侧抽出喷嘴除去含油水流1。虽然图1仅示出单个喷嘴，但应当理解的是，可采用两个并且最优选为三个或更多个侧抽出喷嘴以确保从蒸馏塔完全除去水。同样，虽然图1仅示出在该水平除去含油水的单个水平，但是也构思出的是在多个水平处除去含油水。在这种情形中，各水平可将含油水输送到相同或不同的外部分离器。因此，也可清楚地构思出多个输送和返回管线。通常以200磅/平方英寸(psig)和100°F的流1流到分离器13。分离器13优选地构造成使得分离器中的含油水具有充足的滞留时间(例如，15分钟或更多)，以允许含油水通过重力分离成水相和油相。作为备选，或另外，聚结元件19可用于改善的和/或更快的分离。
在特别优选的方面，经由流2从分离器13除去来自油相的油而不使用泵或其它机械装置，并且最优选的是通过使用热机构，通过该热机构升高油返回管线中的油温，从而形成流体密度差。随着加热的油上升，油被送回至塔。用于油加热的热源可为电示踪元件和/或低压蒸汽，最优选的是以使得流2中的油温与输送流1相比增加约5°F到约15°F(或更高)的量。在一个典型的实施例中，来自温度控制器18和流量控制器17的处理信号被传送到在需要希望的循环时调节热输入的加热控制回路和/或热源16。此外，通常优选的是，分离器13使用界面水平传感器和控制器15，其使用界面控制阀14通过从分离器除去作为流3的水来将分离器13中的水位保持在预定水平。
因此，应当理解的是，用于在分离塔中除水的除水装置将通常包括外部分离器，该外部分离器流体地联接在分离塔上并且允许将来自含油水的水分离成水相和油相。该分离器通常经由输送管线联接在塔上，以将含油水提供给分离器，并经由返回管线联接在塔上，以将来自油相的油送回至塔。在油最优选地通过热能移动时，热控制单元将热联接在返回管线上以将返回管线中的油的温度升高到足够高，用以促使油经返回管线以密度驱动的方式从分离器流到塔。
对于分离器而言，通常优选的是，分离器在塔外部并且分离器流体地联接在塔上以接收含油水并使从含油水分离的油返回。在希望的情况下，应当注意的是，可使用多于一个的分离器，其中，另外的分离器可以相同或不同的水平从塔接收含油水。此外，构思出的是，至少两个分离器可采用串联或并联方式彼此流体地联接。不论分离器的数量如何，均构思出的是，选择分离器的容积以便能进行在线分离。从不同的角度看，并且紧跟在来自塔的含油水的容积之后，分离方式将至少部分地决定分离器的容积。在一个优选构造中，分离器具有关于在塔中产生流动的容积，用以允许含油水在分离器中的有效通过重力沉降从油相分离水相的滞留时间。
作为备选，或者另外，可在分离器中采用(或结合使用)一种或多种非重力沉降的分离方法，以进一步缩小分离器的尺寸。适当的分离方法包括各种物理方法，并且特别是使用一个或多个聚结元件、离心分离器(例如，水涡流)、过滤等。类似的是，许多化学分离方法认为也是适合的，并且其中包括脱乳化法等。再进一步构思出的备选或另外的分离方法包括热分离法，且具体为蒸发法和蒸馏法。因此，应当注意的是，适当的分离时间将因此截然不同并且将通常在1到30分钟之间的范围内，以及甚至更长。
分离器通常以与塔大致相同的压力(即，以不超过15％的压力差)运行，并且在大多数情形中，典型的压力在20psi到1000psi的范围内，并且甚至更通常地在100psi到500psi之间。虽然并未限制本发明的主题，但大于大气压的压力通常优于部分真空。
在本发明主题的进一步特别优选的方面，使用非机械机构将油送回至塔，用以减少或甚至排除能源利用和/或维护需求。例如，适当的非机械机构包括这些机构：即在其中将油加热用以降低密度并因此驱动油回到塔。在其它适合的方式中，可采用加热器(例如，通过电、蒸汽、来自其它处理的热交换流体进行加热)，用以加热返回管线中的油相和/或油。然而，最优选的是，在返回管线中加热油，从而促使油流回塔。在其它实例中，分离器可定位在含油水从该水平抽出的水平上方并且可利用压力梯度来使含油水移动到分离器中。然后可利用基于比重的压力来使油移回至塔。作为备选，或另外，也可利用泵或其它构件(例如，引射器等)来使油移动。
不论驱动油回到塔的方式如何，都优选采用控制回路来控制油流回塔的速度。例如，在使用电加热机构使油移动的情况下，通常优选使用温度传感器来测量油返回管线中的油温。控制回路然后调节通向油返回管线上的电(例如，电阻)加热元件的电流，以便由此调节油的密度并随即调节回到塔中的油的流率。最典型的是，含油水中的油与返回管线中的油之间的温差可相对适中，用以实现密度差并随即实现油回到塔的运动。例如，构思出的是，电加热器或蒸汽加热器构造成用以允许相对于含油水中的油的温度以至少5°F(通常在5°F到100°F之间，更通常在10°F到80°F之间，以及最通常在15°F到50°F之间)的量升高返回管线中的油的温度。
在希望的情况下，控制回路还可接收来自测量油返回管线中的油流量的流量传感器的信号，从而保持希望的油流量。当然，应当注意的是，可将控制器功能集成到单个单元中，或者可采用分离的(可选为互相连接的)控制回路。另外，分离器也可联接到油水界面水平检测器，该检测器检测油/水界面以允许控制从分离器排水(例如，通过使用在功能上联接到水平传感器上的控制阀)。就适合的塔而言，通常构思出的是，所有分离塔都适合在此处使用，然而，特别构思出的是，分离塔包括在其中分离烃的那些分离塔。例如，适合的塔特别包括脱乙烷塔。
因此，发明人还构思出在运行分离塔的同时从分离塔中产生的含油水除水的方法。在特别优选的方法中，从塔提取含油水并将其在处于塔外部的分离器中进行分离，以形成水相和油相。然后在塔运行时将油相的至少一部分加热到有效产生足以使加热的油相移回至塔的密度差的温度。就塔、分离器和控制单元而言，适用与以上所提供相同的考虑因素。在各种其它优点中，应当理解的是，所构思的装置和方法允许油再循环到蒸馏塔，以增加产品回收同时减少或甚至消除与含油水的处理相关的问题。再者，应当注意的是，所构思的系统和方法允许以显著降低的操作复杂性和能源需求进行在线操作。
因此，已经公开了从蒸馏塔中的含油水除水的具体实施例和应用。然而，对本领域技术人员而言应当清楚的是，除了那些已经描述的实施例，在不脱离本发明的概念的情形下，许多改变是可行的。因此，除所附权利要求的精神以外，本发明的主题不应受到限制。此外，在解释说明书和权利要求书二者时，应当以符合上下文的可能的最宽泛的方式来解释所有用语。具体而言，用语“包括”和“包含”应当解释为以非排它的方式指明元件、构件或步骤，表示所指明的元件、构件或步骤可以与其它没有被特别指明的元件、构件或步骤一起存在或利用或结合。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种用于在分离塔中除水的除水设备，包括：
分离器，其流体地且从外部联接在所述分离塔上并且构造成用以从所述分离塔接收含油水和用以允许将来自所述含油水的水分离成水相和油相；
输送管线，其流体地联接在所述分离器和所述塔上使得所述输送管线将所述含油水提供给所述分离器；
返回管线，其流体地联接在所述分离器和所述塔上使得所述返回管线将来自所述油相的油提供给所述塔；以及
热控制单元，其热联接在所述返回管线上并且构造成以有效促使所述油受密度驱动经所述返回管线从所述分离器流至所述塔的量升高所述返回管线中的油的温度。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述分离器具有关于在所述塔中产生流动的容积，从而允许所述含油水在所述分离器中的有效通过重力沉降将所述油相与所述水相分离的滞留时间。
3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述塔和所述分离器构造成用以允许以大致相同的压力运行。
4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述分离器构造成用以允许以100psi到500psi之间的压力运行。
5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述热控制单元包括电加热器或蒸汽加热器，且其中，所述电加热器或所述蒸汽加热器构造成用以允许相对于所述含油水中的油的温度以至少5°F的量升高所述返回管线中的油的温度。
6.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述热控单元还包括控制回路，所述控制回路构造成用以接收所述返回管线中的油的温度信息和流量数据。
7.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备还包括联接在所述分离器上的油-水界面水平传感器。
8.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备还包括聚结元件。
9.一种在运行分离塔时从所述分离塔中产生的含油水除水的方法，包括如下步骤：
从所述塔提取含油水并在处于所述塔外部的分离器中分离所述含油水，从而形成水相和油相；以及
在所述塔运行时将所述油相的至少一部分加热到有效产生足以使加热的油相移回至所述塔的密度差的温度。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述分离器具有关于在所述塔中产生流动的容积，从而允许所述含油水在所述分离器中的有效通过重力沉降将所述油相与所述水相分离的滞留时间。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述塔和所述分离器以大致相同的压力运行。
12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述分离器以100psi到500psi之间的压力运行。
13.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，使用电加热器或蒸汽加热器在返回管线中加热所述油相的至少一部分。
14.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述电加热器或所述蒸汽加热器相对于所述含油水中的所述油相的温度以至少5°F的量升高所述返回管线中的所述油相的温度。
15.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括从所述返回管线中的所述油相接收温度信息和流量数据的控制回路。
16.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括使用联接在所述分离器上的水平传感器测量油-水界面的步骤。
17.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，分离所述含油水的步骤包括使用聚结元件。

Claims (17)

1.一种用于在分离塔中除水的除水设备，包括：
分离器，其流体地且从外部联接在所述分离塔上并且构造成用以允许将来自含油水的水分离成水相和油相；
输送管线，其流体地联接在所述分离器和所述塔上使得所述输送管线将所述含油水提供给所述分离器；
返回管线，其流体地联接在所述分离器和所述塔上使得所述返回管线将来自所述油相的油提供给所述塔；以及
热控制单元，其热联接在所述返回管线上并且构造成以有效促使所述油受密度驱动经所述返回管线从所述分离器流至所述塔的量升高所述返回管线中的油的温度。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述分离器具有关于在所述塔中产生流动的容积，从而允许所述含油水在所述分离器中的有效通过重力沉降将所述油相与所述水相分离的滞留时间。
3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述塔和所述分离器构造成用以允许以大致相同的压力运行。
4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述分离器构造成用以允许以100psi到500psi之间的压力运行。
5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述热控制单元包括电加热器或蒸汽加热器，且其中，所述电加热器或所述蒸汽加热器构造成用以允许相对于所述含油水中的油的温度以至少5°F的量升高所述返回管线中的油的温度。
6.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述热控单元还包括控制回路，所述控制回路构造成用以接收所述返回管线中的油的温度信息和流量数据。
7.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备还包括联接在所述分离器上的油-水界面水平传感器。
8.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备还包括聚结元件。
9.一种在运行分离塔时从所述分离塔中产生的含油水除水的方法，包括：
从所述塔提取含油水并在处于所述塔外部的分离器中分离所述含油水，从而形成水相和油相；以及
在所述塔运行时将所述油相的至少一部分加热到有效产生足以使加热的油相移回至所述塔的密度差的温度。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述分离器具有关于在所述塔中产生流动的容积，从而允许所述含油水在所述分离器中的有效通过重力沉降将所述油相与所述水相分离的滞留时间。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述塔和所述分离器以大致相同的压力运行。
12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述分离器以100psi到500psi之间的压力运行。
13.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，使用电加热器或蒸汽加热器在返回管线中加热所述油相的至少一部分。
14.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述电加热器或所述蒸汽加热器相对于所述含油水中的所述油相的温度以至少5°F的量升高所述返回管线中的所述油相的温度。
15.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括从所述返回管线中的所述油相接收温度信息和流量数据的控制回路。
16.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括使用联接在所述分离器上的水平传感器测量油-水界面的步骤。
17.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，分离所述含油水的步骤包括使用聚结元件。
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