CN103525454A - 一种串联的超声波罐式破乳的方法及装置 - Google Patents

一种串联的超声波罐式破乳的方法及装置 Download PDF

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一种串联的超声波罐式破乳的方法及装置，在油水乳化物待处理罐（7）中间管道上或油水乳化物进罐前的管道上，串联安装至少一个超声波破乳罐，超声波破乳罐设置单组超声波换能分布装置（4），通过串联式超声波破乳罐的超声波破乳作用，实现油水乳化物的脱水目的。该方法可延长破乳时间或实现逐级破乳且装置便于安装，内部结构简单，适用于油田或炼油厂罐式破乳脱水的场合，尤其适用于逐级的油田或炼油厂罐式破乳脱水的场合。

Description

一种串联的超声波罐式破乳的方法及装置
技术领域
一种串联的超声波罐式破乳的方法及装置，属于石油化工技术设备领域。
背景技术
近年来，随着石油资源逐渐减少和人们对石油产品需求的不断增加，促使油田企业采取多种增产措施，动用了过去难以开采的原油储量，广泛应用三次采油技术，如聚合物驱、多元复合驱、表面活性驱、碱驱、二氧化碳驱、稠油热采等技术的大量应用，导致重质化劣质化的原油的乳化加剧，乳化结构稳定，采用传统的热化学手段很难快速达到有效的油水分离的目的。
原油中的水、表面活性剂、三采助剂及天然极性物质，在机械作用下，形成了油包水（w/o）、水包油（o/w）、多重嵌套式（w/o/w与o/w/o）等多种形式的稳定乳化结构，进行油水分离的关键是怎样使油水乳化物结构改变而破乳。多年来，原油破乳技术的研究大多只限于化学破乳剂的研究上，对不同种类的原油有较大的局限性，而且破乳剂的应用具有诸多的生产与环保问题：导致生产成本上升，造成排水的含油量和COD值上升，直接影响后续污水处理的正常进行和达标排放。目前，在油田或炼油厂，常常采用含水的乳化原油在待处理罐中加热或加注破乳剂的方式破乳，进行沉降脱水。超声波是近年来发展迅速的物理破乳手段，具有投资小、运行成本低、性能可靠、寿命长、节能、环保等特点。对于工业适用的可靠稳定的超声波发生器与换能器，最大的输出功率只能达到5KW左右，实际应用中，能长周期稳定运行的额定功率只有3KW左右。超声波破乳功率小不能满足大处理量的生产要求，采用大功率超声波则辐射面小，局部过大易于引起乳化。对于乳化程度高、破乳难度大的油水乳化物的破乳，一方面，生产中需要采用依次逐级的多级破乳，才能达到均匀有效的破乳效果；另一方面，超声波破乳需要在均匀声强的作用下，延长超声波的作用时间，才能达到长时间有效的破乳效果。
本申请人的授权公告号为CN201558576U的实用新型专利《一种超声波使油水乳化物破乳的装置》，及其同日申请发明专利申请号为CN200910180669.2《一种超声波使油水乳化物破乳的方法和装置》，发明了一种超声波罐式破乳的装置及方法，其特征在于：在原料储罐或沉降罐内在油水乳化物重力沉降方向上设置一个或多个超声波发生器。其装置直接对原料储罐或沉降罐进行改装，由于原料储罐或沉降罐的上封头为外凸式结构，其缺陷是超声波换能器伸入破乳罐中需要较长的变幅杆长度，直接影响了电声效率，超声波分布器产生的超声波不能有效的作用油水乳化物；该装置使用时需临时对原料储罐或沉降罐进行改装，以装入多个超声波发生器。超声波分布器直接作用于油水乳化物而产生死角或短路现象，设备结构复杂，检维修不方便，制造成本高，重复利用性差。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种可延长破乳时间或实现逐级破乳的一种串联超声波罐式破乳方法及装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该一种串联的超声波罐式破乳的方法，其特征在于：在油水乳化物储罐中间管道上或油水乳化物进入储罐前的管道上，串联安装至少一个超声波破乳罐，超声波破乳罐通过进料管路与沉降脱水罐联接，所述超声波破乳罐中心垂直向下安装有一组超声波换能分布装置，超声波换能分布装置通过功率线缆与超声波发生器相连接，油水乳化物经超声波作用破乳后，在沉降脱水罐沉降脱水，实现油水乳化物的破乳与脱水。
具体的，在油水乳化物储罐中间管道上或油水乳化物进入储罐前的管道上，串联安装2~4个超声波破乳罐，油水乳化物通过原油泵泵送入串联的超声波破乳罐内进行逐级破乳。
具体的，所述超声波破乳罐内超声波作用频率为40~200kHz，超声波强度为0.05~0.4w/cm2，所述装置中的操作温度为20~100℃。
具体的，所述超声波破乳罐为立式压力罐，油水乳化物由罐下部进入，由上部流出。
一种串联的超声波罐式破乳的装置，其特征在于：由至少一个超声波破乳罐与沉降脱水罐串联组成，所述超声波破乳罐上部设有破乳罐顶盖，破乳罐顶盖中心向下固定有单组超声波换能分布装置，超声波换能分布装置通过功率线缆与超声波发生器相连接。
优选的，所述破乳罐顶盖为内凹式封头，所述超声波换能分布装置向下固定在破乳罐顶盖中心上；超声波破乳罐罐口上设置有防雨盖板。
可选的，所述破乳罐顶盖为平板式封头，所述超声波换能分布装置向下固定在破乳罐顶盖中心上。
具体的，所述的超声波换能分布装置包括超声波换能器和超声波分布器，超声波分布器通过法兰固定压紧在超声波换能器的下端，超声波换能器与超声波分布器之间采用非金属材料隔离。
所述的超声波分布器外表面为曲面。
所述的油水乳化物为含水原油或高含水污油。
所述串联安装的超声波破乳罐为上一级超声波破乳罐顶部出料口以管道连接下一级超声波破乳罐的底部进料口，各级超声波破乳罐以单线管路依次连接，一级超声波破乳罐的进料口为总进料口，最后一级超声波破乳罐的顶部出料口以管路连接沉降脱水罐。
所述的超声波分布器下部采用3~10mm厚的薄钢板冲压成球面形，超声波分布器上部采用13~25mm厚的平面钢板；上、下部焊接形成密封中空结构，其间充满均匀的液体。
所述单组超声波分布器安装在超声波破乳罐顶端，超声波作用方向向下。
所述的超声波发生器均安装在防爆控制柜内。
各破乳罐在同一超声波作用强度下，延长了超声波对油水乳化物的作用时间，适用于乳化情况较均匀，但含水较多、乳化较严重需要在一定的超声波作用强度下，延长超声波的作用时间的场合。
各破乳罐在不同超声波强度达到逐级破乳的效果，适用于含有不同乳化的稳定程度的油水乳化物，来满足不同程度的破乳脱水的要求。
从待处理罐中导出油水乳化物的这种倒罐的方式，比较适合于长期存放不能破乳的老化油、污油等难处理的油水乳化物破乳脱水与脱水。
本发明的串联的超声波罐式破乳的方法，设置至少一个串联式连接的超声波破乳罐与待处理罐和沉降脱水罐相连接，通过超声波破乳罐的乳化原油或污油可加速破乳，然后，在沉降脱水罐中沉降脱水，提高脱水效率或脱水率，串联式连接至少一个超声波破乳罐，用来满足不同处理量的生产要求，实现不同场合的超声波罐式破乳装置的应用。
随着油水乳化物乳化的稳定程度加大，破乳难度增加，可设置多级超声波罐式破乳串联，实现延长破乳时间的效果，用来满足不同程度的破乳和脱水要求。
随着油水乳化物乳化的稳定程度的不同，破乳条件的不同，可设置多级超声波罐式破乳串联，达到逐级破乳的作用，用来满足不同程度的破乳和脱水要求。
设置串联超声波罐式破乳的个数，依据原油的乳化程度与破乳脱水的要求而定。
该发明的装置及方法便于安装，内部结构简单，可用于不同处理量、不同乳化程度油水乳化物破乳的场合，适用于油田或炼油厂罐式破乳脱水的场合。
所述的超声波破乳罐的横截面积设计满足超声波声强0.01～0.5 w/cm2的参数要求。
与现有技术相比，本发明的一种串联超声波罐式破乳方法及装置所具有的有益效果是：与现有的技术相比，本发明的串联超声波罐式破乳装置及方法可以在一定的超声波作用强度下，延长超声波的作用时间。也可以在不同的超声波强度破乳，实现逐级超声波作用的破乳的场合。本发明可用于炼厂污油、老化油的脱水的过程中，也可用于油田高乳化原油的罐式脱水工艺中。该发明的装置及方法便于安装，内部结构简单，可用于不同处理量、不同乳化程度油水乳化物破乳的场合。经本发明破乳后的油水乳化物能有效降低原油的水含量与盐含量，有利于后序原油加工，有效减轻后序加工装置的设备腐蚀及催化剂中毒。
附图说明
图1是本发明一种串联的超声波罐式破乳的装置的二级串联超声波罐式破乳装置示意图。
图2是本发明一种串联的超声波罐式破乳的装置的三级串联超声波罐式破乳装置示意图。
其中，1、一级超声波破乳罐， 2、二级超声波破乳罐， 3、三级超声波破乳罐， 4、超声波换能分布装置， 5、超声波发生器， 6、沉降脱水罐， 7、待处理罐， 8超声波换能器， 9超声波分布器， 10破乳罐顶盖。
图1~2是本发明一种串联的超声波罐式破乳的方法及装置的最佳实施例，下面结合附图1~2对本发明做进一步说明。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明一种超声波罐式破乳的方法及装置作进一步说明，其中实施例1为最佳实施例。
实施例1
如图1所示本装置的一级超声波破乳罐1的顶部出料口与二级超声波破乳罐2的进料口通过管道实现串联连接。二级超声波破乳罐2的出料口通过管道连接沉降脱水罐6。一级超声波破乳罐1的进料口通过管道连接待处理罐7。一级超声波破乳罐1和二级超声波破乳罐2均在灌顶安装单组超声波换能分布装置4。超声波换能器均通过线缆连接防爆控制柜内各自的超声波发生器5。
所述超声波破乳罐罐口内部设有破乳罐顶盖10，破乳罐顶盖10为内凹式封头，所述超声波换能分布装置4向下固定在破乳罐顶盖10中心上；超声波破乳罐罐口上设置有防雨盖板。
所述的超声波换能分布装置4包括超声波换能器8和超声波分布器9，超声波分布器9通过法兰固定压紧在超声波换能器8的下端，超声波换能器8与超声波分布器9之间采用非金属材料隔离。
所述的超声波分布器9下部采用3~10mm厚的薄钢板冲压成球面形，超声波分布器9上部采用13~25mm厚的平面钢板；上、下部焊接形成密封中空结构，其间充满均匀的液体。
将储存在待处理罐7中含水6.8%的污油通过上述二级串联超声波罐式破乳装置，进行高含水原油超声波罐式逐级破乳。破乳罐内温度控制在65℃，采用超声波频率120Khz，一级超声波声强0.4w/cm2，二级超声波声强0.2w/cm2。含水原油通过总进料口的速度为2m3/min。经二级串联超声波罐式破乳后原油在沉降脱水罐中沉降48h后含水0.29%。
实施例2
如图2所示在二级串联的基础上再从二级超声波破乳罐2的顶部出料口通过管道连接三级超声波破乳罐3的底部进料口实现三级串联，从三级超声波破乳罐3的出料口以管路连接沉降脱水罐6。
将储存在待处理罐中含水达8.1%的老化油通过上述三级串联超声波罐式破乳装置，进行高含水原油超声波罐式逐级破乳。破乳罐内温度控制在100℃，采用超声波频率200Khz，一级超声波声强0.4w/cm2，二级超声波声强0.3w/cm2，三级超声波强度0.15 w/cm2。含水原油通过总进料口的速度为2m3/min。经三级串联超声波罐式破乳后原油在沉降脱水罐中沉降48h后含水0.34%。
实施例3
采用实施例1所述的装置，不同的是进料口直接连接原油管路。
将含水1.1%的原油通过上述二级串联超声波罐式破乳装置，进行高含水原油超声波罐式逐级破乳。破乳罐内温度控制在20℃，采用超声波频率120Khz，一级超声波声强0.2w/cm2，二级超声波声强0.05w/cm2。含水原油通过总进料口的速度为2m3/min。经二级串联超声波罐式破乳后原油在沉降脱水罐中沉降48h后含水0.25%。
实施例4
采用实施例1所述的装置，不同的是进料口直接连接原油管路。
将含水1.3%的原油通过上述二级串联超声波罐式破乳装置，进行高含水原油超声波罐式逐级破乳。破乳罐内温度控制在20℃，采用超声波频率180Khz，一级超声波声强0.25w/cm2，二级超声波声强0.1w/cm2。含水原油通过总进料口的速度为2m3/min。经二级串联超声波罐式破乳后原油在沉降脱水罐中沉降48h后含水0.24%。
实施例5
采用实施例2所述装置，不同的是进料口直接连接原油管路。
在原油进罐前，在原油管道上安装上述串联的超声波破乳装置，其中原油含水1.1%，温度50℃，采用超声波频率80Khz，各超声波破乳罐设置超声波声强均为0.3w/cm2。含水原油通过总进料口的速度为2m3/min。经三级串联超声波罐式破乳后，原油沉降48h含水0.26%。
实施例6
采用实施例2所述装置，不同的是进料口直接连接原油管路。
在原油进罐前，在原油管道上安装上述串联的超声波破乳装置，其中原油含水1.1%，温度100℃，采用超声波频率20Khz，各超声波破乳罐设置超声波声强均为0.4w/cm2。含水原油通过总进料口的速度为2m3/min。经三级串联超声波罐式破乳后，原油沉降48h含水0.26%。
实施例7
采用实施例2所述装置，不同的是进料口直接连接原油管路。
在原油进罐前，在原油管道上安装上述串联的超声波破乳装置，其中原油含水1.1%，温度20℃，采用超声波频率200Khz，各超声波破乳罐设置超声波声强均为0.05w/cm2。含水原油通过总进料口的速度为2m3/min。经三级串联超声波罐式破乳后，原油沉降48h含水0.26%。
实施例8
在原油进罐前，在原油管道上串联安装4个超声波破乳罐，其中原油含水1.5%，温度70℃，采用超声波频率70Khz，各超声波破乳罐设置超声波声强均为0.3w/cm2。含水原油通过总进料口的速度为2m3/min。经四级串联超声波罐式破乳后，原油沉降48h含水0.21%。
对比例1
对含水1.1%的原油采用化学破乳沉降。添加50ppm的化学破乳剂。保温60℃条件下沉降48h。化学破乳脱水后原油含水0.56%。
对比例2
对含水1.1%的原油进行自然沉降。保温60℃条件下自然沉降进行48h。自然沉降后原油含水0.85%。
对比例3
对含水1.1%的原油采用传统单罐三组的多组式换能器—分布器的超声波破乳，控制温度50℃，试验过程采用超声波频率80Khz， 设置超声波声强0.3w/cm2。沉降48h原油含水0.55%。
对比例4
含对水1.1%的原油采用传统单罐二组的多组式换能器—分布器的超声波破乳，控制温度50℃，试验过程采用超声波频率40Khz， 设置超声波声强0.3w/cm2。沉降48h原油含水0.70%。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (9)

1.一种串联的超声波罐式破乳的方法，其特征在于：在油水乳化物储罐中间管道上或油水乳化物进入储罐前的管道上，串联安装至少一个超声波破乳罐，超声波破乳罐通过进料管路与沉降脱水罐（6）联接，所述超声波破乳罐中心垂直向下安装有一组超声波换能分布装置（4），超声波换能分布装置（4）通过功率线缆与超声波发生器相连接，油水乳化物经超声波作用破乳后，在沉降脱水罐（6）沉降脱水，实现油水乳化物的破乳与脱水。
2.根据权利要求1所述的一种串联的超声波罐式破乳的方法，其特征在于：在油水乳化物储罐中间管道上或油水乳化物进入储罐前的管道上，串联安装2~4个超声波破乳罐，油水乳化物通过原油泵泵送入串联的超声波破乳罐内进行逐级破乳。
3.根据权利要求1所述的一种串联的超声波罐式破乳的方法，其特征在于：所述超声波破乳罐内超声波作用频率为40~200kHz，超声波强度为0.05~0.4w/cm2，所述装置中的操作温度为20~100℃。
4.根据权利要求1~3任一项所述的一种串联的超声波罐式破乳的方法，其特征在于：所述超声波破乳罐为立式压力罐，油水乳化物由罐下部进入，由上部流出。
5.一种用于权利要求1~4任一项所述的破乳方法的串联的超声波罐式破乳的装置，其特征在于：由至少一个超声波破乳罐与沉降脱水罐（6）串联组成，所述超声波破乳罐上部设有破乳罐顶盖（10），破乳罐顶盖（10）中心向下固定有单组超声波换能分布装置（4），超声波换能分布装置（4）通过功率线缆与超声波发生器相连接。
6.根据权利要求5所述的一种串联的超声波罐式破乳的装置，其特征在于：所述破乳罐顶盖（10）为内凹式封头，所述超声波换能分布装置（4）向下固定在破乳罐顶盖（10）中心上；超声波破乳罐罐口上设置有防雨盖板。
7.根据权利要求5所述的一种串联的超声波罐式破乳的装置，其特征在于：所述破乳罐顶盖（10）为平板式封头，所述超声波换能分布装置（4）向下固定在破乳罐顶盖（10）中心上。
8.根据权利要求5所述的一种串联的超声波罐式破乳的装置，其特征在于：所述的超声波换能分布装置（4）包括超声波换能器（8）和超声波分布器（9），超声波分布器（9）通过法兰固定压紧在超声波换能器（8）的下端，超声波换能器（8）与超声波分布器（9）之间采用非金属材料隔离。
9.根据权利要求8所述的一种串联的超声波罐式破乳的装置，其特征在于：所述的超声波分布器（9）外表面为曲面。
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