CN102021020A - 基于介电泳破乳机理的新型原油电脱水、脱盐方法和设备 - Google Patents

基于介电泳破乳机理的新型原油电脱水、脱盐方法和设备 Download PDF

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Abstract

一种基于介电泳破乳机理的新型原油电脱水、脱盐方法和设备，其核心部分为电极组件，电极组件可以采用竖直悬挂的波纹板状电极，安装时两相邻电极的波峰与波谷分别一一对应，也可以采用波纹板状电极与平面板状电极交替组合竖直排列的方式，在每个电极表面均覆盖有致密绝缘层。当向电极组件施加高压交流电后，在电极板间产生水平非均匀交流电场，引起原油乳化液中的分散相水颗粒发生介电泳聚结。本发明的方法和设备能适应不同含水率原油乳化液的脱水或脱盐要求，特别适用于炼油厂原油乳化液中分散相小水颗粒的聚结长大及其精细脱水脱盐，并且可以大幅度减少化学破乳剂的用量，降低总体运行成本，进而提高炼油厂的经济效益。

Description

基于介电泳破乳机理的新型原油电脱水、脱盐方法和设备
技术领域
本发明属于石油化工原油电脱水、脱盐技术领域，涉及一种基于介电泳破乳机理的新型原油电脱水、脱盐的方法和设备，适用于炼油厂原油乳化液中分散相小水颗粒的聚结长大及其脱水、脱盐，也可用于油气田开发工程中对井口原油进行脱水、脱盐处理，甚至可以用于W/O型乳化液液膜分离技术等场合。
背景技术
原油在炼油厂进蒸馏装置前需要进行脱水、脱盐处理而使其含水率降低为0.1％～0.2％，并使盐的质量浓度小于5mg/L。原油中的盐类主要以碱金属和碱土金属盐的形式存在，且大部分都溶于原油所含的水中，而水与油形成了稳定的油包水(W/O)型乳状液。因此，原油脱盐关键在于脱水，脱水关键在于破乳，脱盐和脱水可以同步进行。原油脱水(脱盐)的方法有静电聚结法、沉降法、过滤法、膜分离法、微波辐射法、声化学法等，但真正在炼油厂生产流程中得到广泛应用者首推静电聚结法，相应的设备有电脱水器和电脱盐器两大类。目前典型的电脱水(脱盐)器大都是卧式罐结构，电场由电极板外加高电压形成。外加电压有直流、交流、交直流3种类型，其中交流电压应用最为广泛。
交流电场作用下的静电聚结破乳机理主要有电泳聚结、偶极聚结和介电泳聚结。电泳聚结是指带有极性电荷的单个水颗粒在向相反极性电极移动过程中，受到周围连续油相的阻力而被拉长变形，从而削弱油水界面膜的强度，最终导致水颗粒之间发生碰撞聚结，主要适用于DC电场。
对于不带极性电荷的中性水颗粒而言，会受电场感应影响而形成诱导偶极子，每个诱导偶极子两端带等量的异性电荷，当两个诱导偶极子非常靠近时，若其相邻端带相反电荷，就会相互吸引而发生偶极聚结；若作用在诱导偶极子两端的电场强度不相等，就会产生一个朝着强电场梯度区域的净作用力，亦即水颗粒有向电场强度最大位置处移动的趋势，在此过程中发生碰撞聚结，这种现象称为介电泳聚结。显然，在常规高压AC电场中以偶极聚结为主，而在非均匀AC电场中则产生介电泳聚结。
迄今为止的商业电脱水(脱盐)器都围绕电泳聚结和偶极聚结破乳机理进行设计，如美国专利US 4804453公开的多电场原油乳化液处理用电脱水器和中国专利ZL 02203973.2(授权公告号CN 2518865Y)公开的竖挂电极原油电脱水器，其电极结构均为平面板状，施加高压后产生均匀电场。很多人都认为介电泳聚结在静电聚结作用中的贡献小于电泳聚结，未能对其给予足够重视。然而应该强调指出的是，偶极聚结实际上是介电泳聚结的一种具体表现形式，因为当两个诱导偶极子非常接近时，可以认为每个偶极子都努力到达二者间电场强度最大的位置。而在分散相水颗粒不可能受电极影响而带电时，例如当采用AC电场或绝缘电极时，介电泳现象对静电聚结作用具有重要价值。
鉴于上述原因，有必要发明新型的原油电脱水(脱盐)设备，以充分利用介电泳聚结机理，大幅度提高原油乳化液的电脱水(脱盐)效率。
发明内容
根据背景技术所述，本发明的目的在于提供一种基于介电泳破乳机理的新型原油电脱水、脱盐方法和设备。
基于介电泳破乳机理的新型原油电脱水、脱盐设备主要包括入口组件(18)、罐体(17)和电极组件(14)，其中：入口组件(18)由原油入口(1)、新鲜水入口(3)、流量计(4)、静态混合器(6)及阀门(2)、(5)组成；罐体(17)上设置有连接入口组件(18)的入口管(7)、分布器(8)、出水管(9)、出水口(10)，在罐体(17)的背部设置出油口(13)；高压绝缘导线(15)采用开孔接管的方式穿过罐体(17)，将高压防爆变压器(16)与电极组件(14)相连接。
所述的分布器(8)为一开有圆孔或方孔的钢板。
所述的电极组件(14)采用竖直悬挂的波纹板状电极，或采用波纹板状电极与平面板状电极交替组合竖直排列的型式，两相邻电极的波峰与波谷分别一一对应，电极表面覆盖致密绝缘层。
本发明所采用的方法是：来自上游的原油和注入的新鲜水通过静态混合器搅拌均匀后泵送入电脱水、脱盐装置中，干路的节流阀控制原油乳化液的流量，而新鲜水支路的流量计和节流阀则可以控制原油乳化液的含水率；原油乳化液进入电脱水、脱盐装置后，通过分布器均匀向上流动，经电极组件时，高压防爆变压器通过高压绝缘导线向罐内电极组件送入高压交流电，电极板间产生水平非均匀交流电场，引起分散相水颗粒的介电泳聚结，流过聚结部分后，分散相小水颗粒聚集成大水颗粒，由于油水两相的密度差，在重力作用下，大水颗粒向下沉降流入出水管，并通过出水口排出；而分离出的原油流入收油管内，并通过出油口进入原油集输管线。
由于采用上述技术方案，本发明具有以下优点和效果：
1、本发明能适应不同含水率原油乳化液的脱水、脱盐要求，且脱水、脱盐效果较好；
2、本发明波纹板状电极结构对小水颗粒的聚结效果较好，能显著减少后续重力沉降所需的时间；
3、本发明电脱水、脱盐装置的出入口能形成均匀的流动速度场，减少原油乳化液对电极板的冲刷，从而延长电极板的使用寿命；
4、本发明基于介电泳现象的破乳机理可以大幅度减少化学破乳剂的用量，降低总体运行成本，进而提高炼油厂的经济效益；
5、本发明除可用于炼油厂之外，也可用于油气田开发工程中对井口原油进行脱水、脱盐处理，甚至可以用于W/O型乳化液液膜分离技术等场合。
附图说明
图1为本发明结构总体示意图
图2为本发明的波纹板状电极结构立体示意图
图3为本发明另一实施例结构示意图
具体实施方式
下面结合附图作进一步详细的说明。
由图1可知，本发明设备主要包括入口组件18、罐体17和电极组件14，其中：入口组件18由原油入口1、新鲜水入口3、流量计4、静态混合器6及阀门2、5等组成；罐体17上设有连接入口组件18的入口管7，还设置有分布器8、出水管9、出水口10，并设有阀门，在罐体17的背部设置出油13；高压绝缘导线15穿过罐体17外壳，将高压防爆变压器16与电极组件相连；分布器8为一开有圆孔或方孔的钢板。
由图2示出电极细件14为波纹板状，波纹板状电极14竖直排列，两相邻电极的波峰与波谷分别一一对应，每个金属电极板除导线外的部分都覆盖致密绝缘层，以避免水滴在相邻的两个电极间造成短路或在水滴流经电极间时形成水阻。
由图3示出本发明另一实施例结构示意图，与图2的不同之处在于：电极细件14采用波纹板状电极与平面板状电极交替组合竖直排列的方式。
本发明的实际操作过程为：原油与注入的新鲜水通过静态混合器6搅拌均匀后形成原油乳化液，并泵送入电脱水、脱盐罐体中，其流量与含水率可以根据阀门2、5进行调节；入口端的乳液分布器8使流入电脱水、脱盐罐体的原油乳化液分布均匀，以避免流体对电极板4产生剧烈冲刷；原油乳化液流经电脱水(脱盐)罐内的电极组件时，高压防爆变压器16通过高压绝缘导线15向罐内电极组件送入高压交流电，由于采用波纹板状电极14，且相邻电极的波峰与波谷分别一一对应，便在电极板间产生水平非均匀交流电场，引起分散相水颗粒的介电泳聚结；分散相小水颗粒在介电泳力的作用下聚结成大水颗粒并向下沉降，分离出来的水流过出水管9，自罐体底部的出水口10排出电脱水、脱盐装置，溶解在水中的盐也一并排出；脱水、脱盐后达到标准的油经过收油管12聚集后，从罐体顶部的出油口13排出。

Claims (5)

1.一种基于介电泳破乳机理的新型原油电脱水、脱盐方法，其主要步骤是：将来自上游的原油与注入的新鲜水通过静态混合器搅拌均匀后成为原油乳化液，再泵送入电脱水、脱盐装置的罐体中，原油乳化液的流量通过干路节流阀进行调节，新鲜水支路的流量计和节流阀控制原油乳化液的含水率；原油乳化液进入电脱水、脱盐装置后，通过分布器均匀向上流动，经电极组件时，高压防爆变压器通过高压绝缘导线向罐内电极组件送入高压交流电，电极板间产生水平非均匀交流电场，引起分散相水颗粒的介电泳聚结，流过聚结部分后，分散相小水颗粒聚集成大水颗粒，在重力作用下，大水颗粒向下沉降流入出水管，并通过出水口排出；而分离出的原油流入收油管内，并通过出油口进入原油集输管线。
2.实现权力要求1所述方法的设备，包括入口组件(18)、罐体(17)和电极组件(14)，其特征在于：所述的入口组件(18)由原油入口(1)、新鲜水入口(3)、流量计(4)、静态混合器(6)及阀门(2)、(5)组成；罐体(17)上设置有连接入口组件(18)的入口管(7)、分布器(8)、出水管(9)、出水口(10)，在罐体(17)的背部设置出油口(13)；高压绝缘导线(15)采用开孔接管的方式穿过罐体(17)，将高压防爆变压器(16)与电极组件(14)相连接。
3.根据权利要求2所述的基于介电泳破乳机理的新型原油电脱水、脱盐设备，其特征在于：所述的分布器(8)为一开有圆孔或方孔的钢板。
4.根据权利要求2所述的基于介电泳破乳机理的新型原油电脱水、脱盐设备，其特征在于：所述的电极组件(14)采用竖直悬挂的波纹板状电极，两相邻电极的波峰与波谷分别一一对应，电极表面覆盖致密绝缘层。
5.根据权利要求2所述的基于介电泳破乳机理的新型原油电脱水、脱盐设备，其特征在于：所述的电极组件(14)采用波纹板状电极与平面板状电极交替组合竖直排列的型式，电极表面覆盖致密绝缘层。
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