CN102994140B - 一种原油电脱盐脱水装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种原油电脱盐脱水装置与方法，以解决现有原油电脱盐脱水技术所存在的二级水用量较大、电脱盐脱水效果不好的问题。本发明的原油电脱盐脱水装置，罐体(1)的底部设有入口管(2)、顶部设有出油管(3)，电极板(6)为垂直电极板。喷水器(8)设于电极板的上方，设有进水管(81)、主管(82)和支管(83)，支管的下部设有喷嘴(84)。进水管的出口与主管相连，支管与主管相连通。主管和支管水平设置，支管分布于主管的两侧。在主管的每一侧，对应于所有相邻两层电极板之间的空间分别设置一根支管。本发明还公开了采用上述原油电脱盐脱水装置进行电脱盐脱水的方法。本发明主要用于原油的电脱盐脱水。

Description

一种原油电脱盐脱水装置与方法

技术领域

本发明涉及石油加工行业使用的一种用于脱除原油中盐和水的原油电脱盐脱水装置，以及一种原油电脱盐脱水方法。

背景技术

原油在炼油厂深度加工前须先经过原油电脱盐脱水装置脱除其所含的盐和水，以减轻对后续设备的腐蚀、延长催化剂的使用寿命。原油电脱盐脱水装置多为卧式设备，电极板的设置方式主要有水平和垂直两种。原油的电脱盐脱水过程一般是这样进行的：将一定量的一级水和破乳剂加入到含盐的原油中，经混合器混合后盐溶于水滴。这些水滴无规则地分散在油相中，形成油水混合物，进入电脱盐脱水罐。当油水混合物流经电极板所形成的交流电场或直流电场时，其中的微小水滴被电场感应极化并沿电力线方向定向排列。相邻水滴之间同性相斥异性相吸，微小水滴凝聚为大水滴。大水滴产生沉降从而与原油分离，溶于水中的盐也一并被分离出去。

为提高原油的电脱盐脱水率，有一些电脱盐脱水装置在罐体内设置了喷水器，喷出二级水对原油进行二次洗涤。中国专利CN2311493Y公开了一种多级分散聚结原油电脱盐脱水设备，在卧式电脱盐脱水罐内安装有水平电极板、分别安装在水平电极板上下方的挡流板和悬挂安装在挡流板上方的可变场强电极板，水平电极板之间装有进油分配器。在上挡流板之上和可变场强电极板之下、向上油流的通道处安装有若干根逆向注水管(即喷水器)，逆向注水管上开设有若干喷嘴。操作过程中，逆向注水管通过喷嘴喷水(二级水)，对上升的原油进行二次洗涤，以提高脱盐率(注：含盐含水的原油，实际上是油水混合物)。存在的问题是：①经水平电极板一次脱盐脱水处理后的原油向上流动。由于逆向注水管设于可变场强电极板的下方且逆向(向下)喷水，在喷出的水滴中，一部分较大的水滴不与原油混合、不随原油向上流动而进入可变场强电极板之间的电场，而是直接向下沉降至上挡流板上(最后沉降至罐底水层并排出)；因此，这部分大水滴不能起到稀释原油中的含盐水以及溶解原油中盐的作用。这就使一部分二级水被浪费掉，造成二级水的利用率较低。另外，二级水主要是用于对原油进行二次洗涤，稀释原油中的含盐水以及溶解原油中的盐。由于以上原因，使二级水的用量较大，一般为待处理原油(指含盐原油)重量流量的2％～3％。②水平电极板的上、下方安装有挡流板，进入到水平电极板之间的原油只能向前后左右水平流动。由于流速较快且流动不均匀，会影响电脱盐脱水效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种原油电脱盐脱水装置与方法，以解决现有原油电脱盐脱水技术所存在的二级水用量较大、电脱盐脱水效果不好的问题。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：一种原油电脱盐脱水装置，设有卧式罐体、变压器，罐体的底部设有入口管、排水管，顶部设有出油管，罐体内设有电极板、喷水器，其特征在于：出油管位于罐体轴向长度的中部，电极板为垂直电极板，喷水器设于电极板的上方，喷水器设有进水管、主管和支管，支管的下部设有喷嘴，进水管的出口与主管相连，支管与主管相连通，主管和支管水平设置，支管分布于主管的两侧，在主管的每一侧，对应于所有相邻两层电极板之间的空间分别设置一根支管。

采用上述原油电脱盐脱水装置进行原油电脱盐脱水的方法，待处理原油与一级水和破乳剂经混合器混合后形成油水混合物，由入口管进入罐体内进行电脱盐脱水，其特征在于：油水混合物在罐体内自下而上流动，经进水管向喷水器通入二级水，二级水流经主管和支管，由喷嘴向下喷出，喷嘴喷出细微的二级水水滴，喷入相邻两层电极板之间形成的电场中。

采用本发明，具有如下的有益效果：(1)喷水器设于电极板的上方，喷嘴向下喷出二级水水滴。由于油水混合物在罐体内自下而上流动，因此全部二级水水滴都可以与电场中向上流动的油水混合物混合，不会造成二级水的浪费，提高了二级水的利用率。本发明，喷嘴喷出的二级水的水滴直径一般为50～500微米，能起到一定的二次洗涤的作用，但主要是起到凝聚中心的作用。在现有原油电脱盐脱水装置的操作过程中，油水混合物中的一部分微小水滴未能凝聚成较大的水滴；这是因为，当油水混合物进入电场后，其中一些靠得较近的微小水滴迅速凝聚为较大的微水滴，这些较大的微水滴成为进一步凝聚的中心。距凝聚中心较近的微小水滴被不断地吸引到这些凝聚中心上，使其不断增大、成为大水滴，从油水混合物中沉降分离出来。而距凝聚中心较远的微小水滴，由于没有凝聚中心，彼此间也没有足够的吸引力使之凝聚，这些微小水滴就会被上升的油流带出罐体外而没有得到分离，降低了电脱盐脱水率。本发明通过喷水器喷嘴喷出二级水水滴的主要目的，是给处于电场中的油水混合物人为地添加更多的凝聚中心；这些凝聚中心(二级水水滴)分散于油水混合物中，可以吸引更多的微小水滴并凝聚成大水滴、从油水混合物中沉降分离出来，防止了大量微小水滴被上升的油流带出罐体外，从而有利于提高电脱盐脱水率。总之，由于本发明二级水的利用率较高并且二级水主要是用于形成凝聚中心，所以在一级水用量与现有原油电脱盐脱水装置保持相同的情况下，二级水的用量较少；喷水器的喷嘴喷出的二级水的重量流量，一般为待处理原油重量流量的0.5％～1.5％。(2)本发明的原油电脱盐脱水装置使用垂直电极板，电极板的上、下方没有安装挡流板。进入到罐体内的油水混合物在罐体内自下而上流动，流速较慢且流动均匀，提高了电脱盐脱水效果。

采用本发明的原油电脱盐脱水装置与原油电脱盐脱水方法，有利于使电脱盐脱水后的净化原油达到含水量不大于0.3w％、含盐量不大于3毫克/升的指标。由于二级水的用量较少，所以可以降低用水成本，提高经济效益。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。附图和具体实施方式并不限制本发明要求保护的范围。

附图说明

图1是本发明第一种原油电脱盐脱水装置的结构示意图。

图2是图1中的A-A剖视图(放大)。

图3是喷水器支管的横截面图，支管下部沿支管的轴向设置1列喷嘴。

图4是喷水器支管的横截面图，支管下部沿支管的轴向设置2列喷嘴。

图5是喷水器支管的横截面图，支管下部沿支管的轴向设置3列喷嘴。

图6是支管通过连接管与主管相连通的喷水器的局部结构示意图。

图7是图6所示喷水器的仰视图(局部)。

图8是图1所示本发明第一种原油电脱盐脱水装置中喷水器的仰视图(放大)。

图9是图10所示本发明第二种原油电脱盐脱水装置中喷水器的仰视图(放大)。

图10是本发明第二种原油电脱盐脱水装置的结构示意图。

图11是图10中的B-B剖视图(放大)。

图1至图11中，相同附图标记表示相同的技术特征。

具体实施方式

参见图1至图11，本发明的原油电脱盐脱水装置，设有卧式罐体1、变压器5。罐体1的底部设有入口管2、排水管4，顶部设有出油管3，罐体1内设有电极板6、喷水器8。出油管3位于罐体1轴向长度的中部(最好是位于罐体1轴向长度的中点)，电极板6为垂直电极板。入口管2最好也是设于罐体1轴向长度的中部，入口管2顶部出口的上方设有分配器7；分配器7是常用的，沿罐体1的轴向设于罐体1内的下部，其上可开设或不开设分配孔。变压器5可以使用常用的交流变压器、直流变压器或脉冲变压器，输出电压一般为10～40千伏。

喷水器8设于电极板6的上方。喷水器8设有进水管81、主管82和支管83，支管83的下部设有喷嘴84。进水管81的出口与主管82相连，支管83与主管82相连通。进水管81垂直设置，主管82和支管83水平设置；支管83分布于主管82的两侧，垂直于主管82。在主管82的每一侧，对应于所有相邻两层电极板6之间的空间分别设置一根支管83。

参见图3和图6，支管83的轴心线至电极板6顶部的垂直距离t一般为0～300毫米。参见图2、图10以及图6，主管82的底部至电极板6的顶部应留出足够的垂直距离k，以避免发生短路；k一般不少于100毫米。当t值较大时，如果k值能够得到保证，则可以将喷水器8的支管83直接连接于主管82的两侧；图1、图2、图8、图9、图10和图11所示的喷水器8即是如此。

参见图6和图7，当t值较小或为0毫米时，为保证得到所述的k值，可以在喷水器8的主管82的底部垂直设置连接管85，支管83通过连接管85与主管82相连通。如图6和图7所示，每一根连接管85的两侧分别与一根支管83直接相连。采用上述结构的喷水器8的整体示意图省略。

一个喷水器8通常是设置一根进水管81和一根主管82。主管82两侧的支管83相对于主管82对称分布，等间距成对排列。

喷水器8的每根支管83的下部沿支管83的轴向一般设置1～3列喷嘴84，喷嘴84的轴心线一般是沿着支管83的径向。图3所示，支管83下部沿支管83的轴向设置1列喷嘴84，该列喷嘴84设于支管83的正下方。图4所示，支管83下部沿支管83的轴向设置2列喷嘴84，2列喷嘴84相对于通过支管83轴心线的垂直平面对称分布，之间的夹角α一般为30～90度。图5所示，支管83下部沿支管83的轴向设置3列喷嘴84；其中，1列喷嘴84设于支管83的正下方；另外2列喷嘴84相对于通过支管83轴心线的垂直平面对称分布，之间的夹角β一般为30～90度。支管83下部设置喷嘴的位置称为喷嘴设置点；支管83下部设置1列、2列或3列喷嘴84时，通常是在每个喷嘴设置点相应地设置1个、2个或3个喷嘴84。一个喷嘴设置点设置2个或3个喷嘴84时，这2个或3个喷嘴84最好是位于同一个垂直于支管83轴心线的平面内。参见图8和图9，支管83下部沿支管83的轴向设置2列喷嘴84，每根支管83上在每个喷嘴设置点设置2个喷嘴84，相邻两个喷嘴设置点之间的距离s一般为300～600毫米。支管83下部设置1列或3列喷嘴84时，每个喷嘴设置点相应地设置1个或3个喷嘴84，相邻两个喷嘴设置点之间的距离也均为300～600毫米。各根支管83上相邻两个喷嘴设置点之间的距离，一般取相同的数值。

上述喷嘴84的列数以及夹角α、β(还有支管83的轴心线至电极板6顶部的垂直距离t等参数)的选择，应保证每根支管83上的喷嘴84向下喷出的二级水水滴能够将支管83所对应的相邻两层电极板6之间的空间在宽度上覆盖；相邻两层电极板6之间的空间在变压器5通过变压器输出端51向与变压器输出端51相连的电极板6通电后形成电场。本发明要求喷嘴84在本发明原油电脱盐脱水装置的操作条件下，喷出的二级水水滴(微球形)的直径为50～500微米，并将二级水水滴喷至相邻两层电极板6之间所形成电场的上部。可以根据上述要求，选用现有的各种喷嘴并进行设置。例如，可以使用美国BETE公司的P系列和MW系列的喷嘴，在支管83的下部沿支管83的轴向设置2列，2列喷嘴之间的夹角α设为90度。

喷水器8的进水管81、主管82、支管83和连接管85，通常使用横截面为圆形的钢管(其中支管83的公称直径一般为20～80毫米)；在有关位置的连接，一般采用焊接。主管82的两端封闭，支管83不与主管82或连接管85相连的端部封闭。喷嘴84一般是用螺纹连接于支管83的下部，喷嘴84通常由支管83下部的外表面伸出约2～4厘米。喷水器8可以采用吊挂件吊挂于罐体1的上部(图略)。电极板6为常用的长方形垂直电极板，由横截面为圆形的钢管或钢棒组成；各电极板6用绝缘支撑及绝缘吊挂固定在罐体1的内壁上(图略)。

参见图1、图2和图8，本发明的第一种原油电脱盐脱水装置，电极板6平行于罐体1的轴心线，喷水器8的主管82垂直于罐体1的轴心线。电极板6的高度h为400～1000毫米，电极板6高度的中点位于通过罐体1轴心线的水平面上。电极板6的高度h，按相当于罐体1内直径的五分之一至三分之一选取。在一组电极板中，电极板6的层数为单数(图2所示为13层)，相邻的两层电极板6一个接地，一个与变压器输出端51相连；位于两侧的电极板6与变压器输出端51相连。罐体1接地。图2中，未接地的电极板6与变压器输出端51相连，图2中未示出。在一组电极板中，相邻两层电极板6之间的距离a一般为200～250毫米，两侧的电极板6同与其相对的罐体1的内侧壁之间的距离b一般也为200～250毫米。

罐体1内可以沿罐体1的轴向设置1～5组所述的电极板(图1所示设置的是3组电极板)。每组电极板各用一个变压器5供电，每组电极板的上方分别设置一个喷水器8。每组电极板中，电极板6的长度L一般为2～8米，设于每组电极板上方的单个喷水器8的宽度基本上与L相同。(注：单个喷水器8的长度大致为主管82的长度，宽度为主管82两侧一对支管83封闭端部之间的尺寸。)各组电极板及其所设的变压器5、喷水器8基本相同。

现有的设置平行于罐体轴心线的垂直电极板的原油电脱盐脱水装置(例如CN1482212A、CN1604808A所述)，电极板的高度较高，基本上占满了罐体的有效横截面区域，以期形成更多的电场、提高罐体空间利用率。但是，这对于提高原油的电脱盐脱水率并没有明显效果，因为在其它条件满足要求时，油水混合物在电场中停留1～2秒即可达到所需的电脱盐脱水率；在这种情况下，电极板占满罐体的有效横截面区域并形成更多的电场就是不必要的。上述方案因电极板的高度太高，造成了电极板材料的浪费。而本发明的第一种原油电脱盐脱水装置，由于电极板6的高度h较低，所以可以避免电极板材料的浪费。同样是由于电极板6的高度h较低，一组电极板中位于两侧的电极板6同与其相对的罐体1内侧壁之间的距离b可以较小，所述电极板6与罐体1内侧壁之间可以形成具有足够电场强度的电场。上述电场和相邻两层电极板6之间形成的电场横贯罐体1横截面的中部区域，连续、没有缝隙。这样，油水混合物在罐体1内自下而上流动时都会受到电场的作用，有利于提高原油的电脱盐脱水率。

参见图10、图11和图9，本发明的第二种原油电脱盐脱水装置，电极板6垂直于罐体1的轴心线，喷水器8的主管82平行于罐体1的轴心线。相邻的两层电极板6一个接地，一个与变压器输出端51相连(图略)，罐体1接地。相邻两层电极板6之间的距离a一般为200～250毫米。电极板6沿罐体1的轴向设置，不分组，用一个变压器5供电。电极板6的上方设置一个喷水器8，该喷水器8的结构与第一种原油电脱盐脱水装置所用的喷水器8相同，只是以进水管81为轴旋转了90度，而且长度和宽度发生了变化(参见图9和图8)。如图11所示，第二种原油电脱盐脱水装置，喷水器8的宽度基本上与电极板6的宽度相同。第二种原油电脱盐脱水装置所设的每一层与变压器输出端51相连的电极板6的四个角部，与罐体1内壁之间的最短距离都应足够大(一般为150～250毫米)，以防止短路。本发明第二种原油电脱盐脱水装置其余未提及的部件、结构和结构参数，与本发明第一种原油电脱盐脱水装置的相同，详细说明从略。

本发明附图所示的第一种和第二种原油电脱盐脱水装置，根据具体使用情况，都可以采用图6和图7所示结构的喷水器8。

下面参照图1、图2和图8，说明采用本发明第一种原油电脱盐脱水装置进行原油电脱盐脱水的方法。待处理原油与一级水和破乳剂经混合器(图略)混合后形成油水混合物(待处理原油中的一部分盐溶解到水中)，由入口管2并经分配器7均匀分配后进入罐体1内。由于入口管2设于罐体1的底部、出油管3设于罐体1的顶部且位于罐体1轴向长度的中部，因此油水混合物在罐体1内自下而上流动；流经每组电极板相邻两层电极板6之间形成的电场和位于两侧的电极板6同与其相对的罐体1内侧壁之间形成的电场，进行电脱盐脱水。经3个喷水器8的进水管81分别向3个喷水器8通入二级水，二级水流经主管82和支管83，由喷嘴84向下喷出。喷嘴84喷出细微的二级水水滴，喷入每组电极板相邻两层电极板6之间形成的电场中(电场上部)，与电场中向上流动的油水混合物混合。喷嘴84喷出的二级水水滴能起到一定的二次洗涤作用，但主要是起到凝聚中心的作用。这些凝聚中心(二级水水滴)向下流动并分散于油水混合物中，可以吸引向上流动的油水混合物中更多的微小水滴并凝聚成大水滴、从油水混合物中沉降分离出来。大水滴向下沉降至油水界面9下面的罐底水层，最后由排水管4排出。在各电场中电脱盐脱水后的净化原油向上流入喷水器8上方的罐体1的空间，最后由出油管3抽出。

在上述的操作过程中，主要的操作条件是：一级水和二级水一般使用新鲜水，喷水器8的喷嘴84喷出的二级水的重量流量一般为待处理原油重量流量的0.5％～1.5％。上述二级水的重量流量，在设置1个喷水器8时，为该喷水器8的喷嘴84喷出的二级水的重量流量；在设置2个以上的喷水器8时，为所有喷水器8的喷嘴84喷出的二级水的重量流量之和。设置2个以上的喷水器8时，各喷水器8的喷嘴84喷出的二级水的重量流量一般相等。喷嘴84喷出的二级水水滴呈微球形，直径为50～500微米；这种直径的水滴，在没有电场作用的情况下也可以在油水混合物中自由沉降，在电场中能够起到吸引油水混合物中的微小水滴并凝聚成大水滴的凝聚中心的作用。

罐体1内的压力(表压)一般为0.5～2MPa，操作温度一般为80～140℃。进入各喷水器8内的二级水的温度一般为20～100℃，压力(表压)一般比罐体5内的压力高出0.1～3MPa。一组电极板中相邻两层电极板6之间所形成电场的电场强度以及两侧的电极板6同与其相对的罐体1的内侧壁之间所形成电场的电场强度，按该组电极板所使用的变压器5的输出电压以及相邻两层电极板6之间的距离a、两侧的电极板6同与其相对的罐体1的内侧壁之间的距离b计算。

油水混合物在罐体1内的停留时间一般为30～45分钟。一级水的重量流量一般为待处理原油重量流量的3％左右。一级水和破乳剂的用量和使用方法，以及本发明第一种原油电脱盐脱水装置其它未说明的操作条件，与现有设置垂直电极板的原油电脱盐脱水装置基本相同，详细说明从略。

图10、图11和图9所示本发明第二种原油电脱盐脱水装置的操作过程和操作条件，与第一种原油电脱盐脱水装置基本相同，详细说明从略。第二种原油电脱盐脱水装置只使用一个变压器5和一个喷水器8，并且只存在相邻两层电极板6之间所形成的电场。

本发明附图所示的第一种和第二种原油电脱盐脱水装置采用图6和图7所示结构的喷水器8时，经进水管81通入喷水器8内的二级水，流经主管82、连接管85和支管83，由喷嘴84向下喷出二级水水滴。

本发明图1、图2、图10和图11中，未注明附图标记的箭头表示各种介质的流动方向。本发明用w％表示重量百分数。

本发明主要用于原油的电脱盐脱水。

Claims (9)

1.一种原油电脱盐脱水装置，设有卧式罐体(1)、变压器(5)，罐体(1)的底部设有入口管(2)、排水管(4)，顶部设有出油管(3)，罐体(1)内设有电极板(6)、喷水器(8)，电极板(6)为垂直电极板，喷水器(8)设于电极板(6)的上方，喷水器(8)设有进水管(81)、主管(82)和支管(83)，进水管(81)的出口与主管(82)相连，支管(83)与主管(82)相连通，主管(82)和支管(83)水平设置，其特征在于：出油管(3)位于罐体(1)轴向长度的中部，支管(83)的下部设有喷嘴(84)，支管(83)分布于主管(82)的两侧，在主管(82)的每一侧，对应于所有相邻两层电极板(6)之间的空间分别设置一根支管(83)，支管(83)的轴心线至电极板(6)顶部的垂直距离t为0～300毫米，每根支管(83)上相邻两个喷嘴设置点之间的距离为300～600毫米，喷嘴(84)用于喷出直径为50～500微米的二级水水滴，并将二级水水滴喷至相邻两层电极板(6)之间所形成电场的上部。

2.根据权利要求1所述的原油电脱盐脱水装置，其特征在于：喷水器(8)的支管(83)直接连接于主管(82)的两侧。

3.根据权利要求1所述的原油电脱盐脱水装置，其特征在于：喷水器(8)的主管(82)的底部垂直设置有连接管(85)，支管(83)通过连接管(85)与主管(82)相连通。

4.根据权利要求1所述的原油电脱盐脱水装置，其特征在于：喷水器(8)的每根支管(83)的下部沿支管(83)的轴向设置1～3列喷嘴(84)。

5.根据权利要求1至4中任何一项所述的原油电脱盐脱水装置，其特征在于：电极板(6)平行于罐体(1)的轴心线，喷水器(8)的主管(82)垂直于罐体(1)的轴心线，电极板(6)的高度h为400～1000毫米，电极板(6)高度的中点位于通过罐体(1)轴心线的水平面上，电极板(6)的高度h按罐体(1)内直径的五分之一至三分之一选取，在一组电极板中，电极板(6)的层数为单数，相邻的两层电极板(6)一个接地，一个与变压器输出端(51)相连，位于两侧的电极板(6)与变压器输出端(51)相连，罐体(1)接地，在一组电极板中，相邻两层电极板(6)之间的距离a为200～250毫米，两侧的电极板(6)同与其相对的罐体(1)的内侧壁之间的距离b为200～250毫米。

6.根据权利要求5所述的原油电脱盐脱水装置，其特征在于：罐体(1)内沿罐体(1)的轴向设置1～5组电极板，每组电极板的上方分别设置一个喷水器(8)。

7.根据权利要求1至4中任何一项所述的原油电脱盐脱水装置，其特征在于：电极板(6)垂直于罐体(1)的轴心线，喷水器(8)的主管(82)平行于罐体(1)的轴心线，相邻的两层电极板(6)一个接地，一个与变压器输出端(51)相连，罐体(1)接地，相邻两层电极板(6)之间的距离a为200～250毫米。

8.一种采用权利要求1所述的原油电脱盐脱水装置进行原油电脱盐脱水的方法，待处理原油与一级水和破乳剂经混合器混合后形成油水混合物，由入口管(2)进入罐体(1)内进行电脱盐脱水，油水混合物在罐体(1)内自下而上流动，经进水管(81)向喷水器(8)通入二级水，二级水流经主管(82)和支管(83)，由喷嘴(84)向下喷出，喷嘴(84)喷出的二级水的水滴直径为50～500微米，喷至相邻两层电极板(6)之间所形成电场的上部。

9.根据权利要求8所述的原油电脱盐脱水方法，其特征在于：喷水器(8)的喷嘴(84)喷出的二级水的重量流量为待处理原油重量流量的0.5％～1.5％。