CN104556513B - 污油脱水工艺及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于化工领域，具体涉及一种污油脱水工艺及装置。采用旋流分离将油污中游离的水分离出来，再添加破乳剂、超声处理脱水后分层，上层为含水量低的污油，中下部油水界面层污油再加热蒸馏脱水处理。解决了现有技术在污油脱水方面的不足，对污油乳化严重、含水高、杂质多等问题，采用综合措施，使污油总的含水率小于10%，满足掺炼回用的要求。本发明工艺过程简单，应用前景广阔。在原油价位日益高涨的今天，经济效益可观。并提供其装置，处理量大，效率高，设计合理，实用性强。

Description

污油脱水工艺及装置
技术领域
本发明属于化工领域，具体涉及一种污油脱水工艺及装置。
背景技术
油田在采油集输过程中会产生部分污油,含水量较高回收利用困难。在石油炼制过程中,由于原油自身性质和加工工艺所限，也会产生大量的污油。一个炼油能力10Mt/a的炼油厂，每年产生约15kt的污油，且随着原油重质化、劣质化越来越严重，污油产生的数量会越来越多。
炼油厂的污油一般来自常减压中的原油脱盐脱水单元、污水处理场隔油池单元。原油罐或成品油罐清扫、设备或管线检维修中也产生少量污油。污油来源不同，组成复杂，性质不稳定，经分析其主要成分由油、泥砂、有机污泥、表面活性物质和大量的水组成。这些从不同单元汇集在一起的污油，因为含有胶质、沥青质和其它一些杂质等，具有乳化能力强，老化程度严重，乳状液结构稳定的特点，在常温下一般是以W/O（水包油）或O/W/O（油包水）乳化形态存在，也存在部分游离态水。油相的密度与水相相近，微小水珠难以集结，因此脱水困难。污油经重力沉降初步脱水后含水量依然较高，通常大于10％。炼油厂对污油回用方法是；对污油进行脱水处理后，再将污油以一定比例进常减压车间同原油一起掺炼，对乳化严重含泥沙较多的进焦化塔掺炼。
目前，国内外常用的污油脱水方法主要两种类型，工艺脱水技术和设备脱水技术。工艺脱水技术有热重力沉降法。设备脱水技术有超声波法、离心法、电场脱水法等。
热重力脱水法，是目前各大炼油厂处理污油的主要方法。污油从各单元汇集到污油中间罐，经过换热升温后,加入破乳剂进入污油储罐沉降，污油罐底部会沉降出部分水，定期将脱出水切除，余下的即是脱水污油。该方法缺点是：由于污油来源不同,成分复杂,大量的乳化污油不能有效脱水,挤占着有限的储罐。
设备污油脱水技术的缺点：单一设备处理量小，效率低，分离效果差且易损坏，国内外仅有这方面的专利，实际处理污油中案例较少。
专利CN102839012介绍一种污油脱水装置，污油罐为立式结构，进油管和排水管均设置在罐体底部，出油管设置在罐体顶部，电极下部设置有超声波发生器。其缺点是：立式结构的罐体积小，处理量低。进油管和排水管设在底部，沉降水容易搅混。由于污油含水量高，水的导电性强，上部电极不能正常充电。超声波沿罐体径向分布，作用区域小，作用时间短， 发出的波沿径向叠加后，强度不匀，效果差。
专利CN201320420介绍的离心法脱水技术，由于污油与水的密度较为接近，油泥混杂，单纯靠密度在旋转中离心力不同的原理，只能分离游离态水，污油中乳化水难以分离。其次，分离后污油含水大，不能回炼加工。脱出水含油量大，无法有效生化处理。
发明内容
本发明的目的是提供一种污油脱水工艺，对污油乳化严重、含水高、杂质多等问题，采用综合措施，使污油总的含水率小于10%，满足掺炼回用的要求，并提供其装置，处理量大，效率高，设计合理，实用性强。
本发明所述的污油脱水工艺，采用旋流分离将油污中游离的水分离出来，再添加破乳剂、超声处理脱水后分层，上层为含水量低的污油，中下部油水界面层污油再加热蒸馏脱水处理。
具体包括以下步骤
（1）采用旋流分离将油污中游离的水分离出来；
（2）加入破乳剂混合，然后经加热和超声处理，出现油水分层，上层的污油送常减压掺炼，底部的水层放出；
（3）将中下部油水界面层污油加热蒸馏进一步除水，得到的污油送焦化掺炼。
步骤（2）中超声频率为20kHz～25kHz，声能密度为0.3kW/m3～0.8kW/m3。其中：超声波的频率范围为2x104～108Hz，频率为20kHz～25kHz的超声波属于低频超声波，低频超声使介质加速度大、振幅小、质点高，便于乳化污油水珠破裂。声能密度是单位体积内分布的超声波功率，太小对介质作用有限，如果太大消耗的功率大，能耗高，对于污油破乳起到想反的作用，经过试验认为0.3kW/m3～0.8kW/m3声能密度最好。步骤（2）中加热温度为80-90℃。
步骤（2）中破乳剂是一种表面活性较强的化学混合物，主要组分是烷基酚醛树脂、环氧乙烷和环氧丙烷的共聚物。破乳原理就是利用破乳剂相对于污油中的乳化剂的表面活性更强、表面张力更小的特点，使其能够破坏原有乳化液牢固的吸附膜，将水分夺过来，形成新的、不稳定的乳化液。加入破乳剂的目的是打破污油的乳化状态。
本发明是对油田和炼厂产生的含水污油进行脱水处理的工艺。由于原油质量的下降，产生的污油量大，含水量高，不能完全回炼，出现了库存积压现象。通过本发明就会使污油含水量由10％～50％下降到10％以下，满足污油进常减压装置掺炼或进焦化加工的要求，避免污油积压。
本发明还提供一种污油脱水装置，通过管道依次连接污油罐、离心泵和旋流分离器上部 一侧，旋流分离器的顶部连通扩张管的底部，扩张管的中部一侧连通计量泵，扩张管的顶部通连通混合槽，混合槽的底部垂直设置分配管，分配管的底部直接与沉降槽一端的污油进口管连接，沉降槽内部污油进口管的上方设置污油出口管，沉降槽另一端从上到下依次设置污油出口、油水界面层出口和水层出口，污油出口管与污油出口相连，油水界面层出口通过管道依次与泵和油水分离塔相连。
沉降槽内部从下到上设置加热盘管和超声波作用器。
污油进口管和污油出口管上设置侧管，起到防止污油扰动的作用。
污油出口连通常减压装置，油水分离塔的顶部连通油水混合物罐，油水分离塔的下部连通焦化装置。
旋流分离器的下部和水层出口均连通脱出水罐。
从污油罐中将含水污油经过离心泵的输送进入旋流分离器，旋流分离器依靠油水比重差将污油中游离的水分离出来。污油进一步处理，与计量泵来的破乳剂进入扩张管初步混合，再进入混合槽，在混合槽中，通过搅拌桨的缓慢搅动进一步的进行油剂混合，污油从混合槽底部通过分配管进入污油进口管，沉降槽内部从下到上设置加热盘管和并列的多个超声波作用器，经过超声和热作用后，污油中油水进一步分离，油中大部分乳化水通过水层出口脱出进入出水罐中；脱水后的污油上浮，经污油出口管从污油出口流出，可以进常减压掺炼装置进行常减压掺炼加工，经处理约有3/4污油可以进常减压掺炼；此时在污油中下部即油水界面层污油含水量依然较高，大约占污油总体积的20％～30％，为了进一步处理，在泵的作用下，油水界面层污油通过油水界面层出口进入油水分离塔，油水分离塔底部有加热装置，将其加热到100℃，乳化水和少量的轻质油沸腾从污油中蒸发出来，进入油水混合物罐，继续处理，经过一段时间蒸发后，污油含水量将降到10％以下，由于该污油杂质含量高，一般送入焦化装置进行掺炼。通过在污油进口管和污油出口管上设置侧管，防止污油扰动。
旋流分离器：内部结构为圆锥形长管，在现有技术的基础上，在长管内设置一螺带式稳定器，椎管两端由两块固定隔板固定于圆筒容器内，污油从椎管大端部切线方向进，沿椎管壁高速螺旋旋转流动，流向越来越细的小端，高速旋转产生离心力，且离心力是随越来越快的旋转运动而越来越大。由于油和水的密度不一样，存在一个密度差，密度小的油被离心反力压向中央，且离心力是从进口到出口越来越大，油受到的向心力也随之越来越大，中心油柱从小端压向大端，脱水油从大端顶部被挤出旋流分离器，脱出水从小端排出。在长管内设置一螺带式稳定器，使离心效果更好。
污油通过泵高速进旋流分离器，沿椎管壁螺旋旋转，将密度大的游离态水和密度小的污 油进行分离。油从侧面进，从大端出，分离出的游离水从小端出。
扩张管：为两端封堵的筒体，直径比污油输送管大2～3倍，管中心有一喇叭状扩张口，为破乳剂进口。由于破乳剂用量较少，一般采用与污油并入法不利于油剂混合，扩张管的用途是将破乳剂均匀的扩散到污油中。
破乳剂从扩张管中部进入污油管的中心位置，端部可为单管、亦可喇叭口形式，外部为比污油输送管截面积大2～3倍的管子，两端用变径与输油管相连。
混合槽：为长方形容器，配用电动搅拌系统，目的是进一步将破乳剂与污油混合。混合槽可采用方形，圆筒形，内部可安装条形挡板。搅拌浆可采用浆式、框式、锚式，螺带式，搅拌转速在30～60rpm。
分配管：采用中间主管，侧面分若干分支管，分支管开N个直径不小于6mm圆孔，方向为水平方向。
沉降槽：沉降槽外部形状为长方形，为了超声波有效作用，槽宽度不大于6m，深度不大于5m，底部为倾斜形斜坡，以利于脱出水及时排除。底部有加热盘管，加热盘管上端有污油进口管，在中下部两侧均匀分布多个超声波作用器。超声波作用器的发射头为梭形发射头。现有的超声波发射头采用平盘式，超声波沿平盘方向水平发射，缺点是超声波只能朝一个方向发射。本发明采用梭形发射头，超声波沿四周向各方向发射，效果更好。且在沉降槽两侧对称排列，目的是防止超声波在有限的空间内过度衰减。最顶部是污油管出口，污油管出口与进口均为主管上连接若干侧管的结构，目的防止污油扰动。加热盘管离沉降槽底部300～500mm，公程直径为DN25～DN50，以S型布局。加热介质可为水蒸汽或导热油。材料可采用钢板或混凝土，为防止超声波穿透材料损失能量，保持超声波遇壁较好反射，钢板厚度不小于10mm，表面粗糙度不大于50um，焊缝处磨平抛光。混凝土厚度不小于200mm，表面粗糙度不大于100um。通过沉降槽内测温点，控制加热盘管介质流量，调节槽内温度。沉降槽将超声，加热、沉降于一体。
油水分离塔：底部有加热管或加热夹套，上端为蒸发段，蒸发段有一小端填料，防止液沫夹带。该分离塔目的是将沉降槽内脱水不达标的污油进行蒸发处理，污油加热至沸腾状态，污油浓缩，含水量降低从底部排除，蒸发的水和少量的油从顶部排出。油水分离塔是将在沉降槽内不能有效脱水的污油依靠蒸发原理脱水，其底部带有加热装置，上部装有小段填料的装置，通过加热100℃使水分和部分轻油蒸发出来，冷凝后分离，余在底部的污油进行回炼加工。
污油含水量一般在10％～50％左右，由于油来源不同，轻质的污油密度相对较轻，质量 较好，乳化程度不高，脱水效果能达到6％以下。重质的污油密度相对较大，乳化程度高，脱水效果能达到10％以下。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
（1）解决了现有技术在污油脱水方面的不足，对污油乳化严重、含水高、杂质多等问题，采用综合措施，使污油总的含水率小于10%，满足掺炼回用的要求。
（2）本发明工艺过程简单，实用性强，应用前景广阔。在原油价位日益高涨的今天，经济效益可观。
（3）旋流分离器内部结构为圆锥形长管，在现有技术的基础上，在长管内设置一螺带式稳定器，使离心效果更好。
（4）超声波作用器的发射头为梭形发射头。超声波沿四周向各方向发射，效果更好。
（5）合理设计沉降槽的结构，防止超声波在有限的空间内过度衰减。
（6）本发明提供的污油脱水装置，处理量大，效率高，设计合理，实用性强。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图中：1-污油罐，2-旋流分离器，3-扩张管，4-混合槽，5-分配管，6-污油出口管，7-侧管，8-污油出口，9-常减压装置，10-油水混合物罐，11-焦化装置，12-脱出水罐，13-油水分离塔，14-泵，15-水层出口，16-油水界面层出口，17-超声波作用器，18-加热盘管，19-沉降槽，20-污油进口管，21-计量泵，22-离心泵。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
如图1所示，通过管道依次连接污油罐1、离心泵22和旋流分离器2上部一侧，旋流分离器2的顶部连通扩张管3的底部，扩张管3的中部一侧连通计量泵21，扩张管3的顶部通连通混合槽4，混合槽4的底部垂直设置分配管5，分配管5的底部直接与沉降槽19一端的污油进口管20连接，沉降槽19内部污油进口管20的上方设置污油出口管6，沉降槽19另一端从上到下依次设置污油出口8、油水界面层出口16和水层出口15，污油出口管6与污油出口8相连，油水界面层出口16通过管道依次与泵14和油水分离塔13相连。沉降槽19内部从下到上设置加热盘管18和超声波作用器17。污油出口8连通常减压装置9，油水分离塔13的顶部连通油水混合物罐10，油水分离塔13的下部连通焦化装置11。旋流分离器2的下 部和水层出口15均连通脱出水罐12。沉降槽19外部形状为长方形，槽宽度4.5m，深度3.5m，底部为倾斜形斜坡。
从污油罐1中将含水污油经过离心泵22的输送进入旋流分离器2，旋流分离器2依靠油水比重差将污油中游离的水分离出来。污油进一步处理，与计量泵21来的破乳剂进入扩张管3初步混合，再进入混合槽4，在混合槽4中，通过搅拌桨的缓慢搅动进一步的进行油剂混合，污油从混合槽4底部通过分配管5进入污油进口管20，沉降槽19内部从下到上设置加热盘管18和并列的多个超声波作用器17，经过超声和热作用后，污油中油水进一步分离，油中大部分乳化水通过水层出口15脱出进入出水罐12中；脱水后的污油上浮，经污油出口管6从污油出口8流出，可以进常减压掺炼装置9进行常减压掺炼加工，经处理约有3/4污油可以进常减压掺炼；此时在污油中下部即油水界面层污油含水量依然较高，大约占污油总体积的20％～30％，为了进一步处理，在泵14的作用下，油水界面层污油通过油水界面层出口16进入油水分离塔13，油水分离塔13底部有加热装置，将其加热到100℃，乳化水和少量的轻质油沸腾从污油中蒸发出来，进入油水混合物罐10，继续处理，经过一段时间蒸发后，污油含水量将降到10％以下，由于该污油杂质含量高，一般送入焦化装置11进行掺炼。
工艺：将含水量为25％的污油，进旋流分离器，脱出部分游离态水后，加入150mg/L破乳剂，在混合槽内搅拌混合均匀后，污油入沉降槽中，盘管加热并保持污油温度80℃，恒温36小时，超声波以20kHz频率，声能密度为0.5kW/m3持续作用，出现油水分层，将其上部污油进行分析，其含水量为8％，可直接送常减压掺炼，底部水送入污水处理场。中下部油水界面层污油含水量高，不能直接掺炼，进油水分离塔，加热100℃使水和少量轻组分沸腾蒸发，冷凝分离，余下污油含水量6％，由于其杂质较多送焦化掺炼。
实施例2
在污油进口管20和污油出口管6上设置侧管7，沉降槽19外部形状为长方形，槽宽度5.9m，深度4.9m，底部为倾斜形斜坡。超声波作用器17发射头为梭形发射头，其它与实施例1相同。
从污油罐1中将含水污油经过离心泵22的输送进入旋流分离器2，旋流分离器2依靠油水比重差将污油中游离的水分离出来。污油进一步处理，与计量泵21来的破乳剂进入扩张管3初步混合，再进入混合槽4，在混合槽4中，通过搅拌桨的缓慢搅动进一步的进行油剂混合，污油从混合槽4底部通过分配管5进入污油进口管20，沉降槽19内部从下到上设置加热盘管18和并列的多个超声波作用器17，经过超声和热作用后，污油中油水进一步分离，油中大部分乳化水通过水层出口15脱出进入出水罐12中；脱水后的污油上浮，经污油出口管6 从污油出口8流出，可以进常减压掺炼装置9进行常减压掺炼加工，经处理约有3/4污油可以进常减压掺炼；此时在污油中下部即油水界面层污油含水量依然较高，大约占污油总体积的20％～30％，为了进一步处理，在泵14的作用下，油水界面层污油通过油水界面层出口16进入油水分离塔13，油水分离塔13底部有加热装置，将其加热到100℃，乳化水和少量的轻质油沸腾从污油中蒸发出来，进入油水混合物罐10，继续处理，经过一段时间蒸发后，污油含水量将降到10％以下，由于该污油杂质含量高，一般送入焦化装置11进行掺炼。通过在污油进口管20和污油出口管6上设置侧管7，防止污油扰动。
工艺：将含水量为18％的污油，进旋流分离器，脱出部分游离态水后，加入200mg/L破乳剂，进入混合槽内旋转混合，污油入沉降槽中，加热并保持污油温度85℃，超声波以25kHz频率，声能密度为0.8kW/m3持续作用，24小时后，油水分层，取其上部污油进行分析，其含水量为6.3％，从污油出口直接进常减压掺炼，沉降槽中下部污油含水量和杂质较高，进油水分离塔，将油水分离塔内污油加热100℃使水沸腾蒸发，余下污油含水量7％，由于其杂质较多送焦化掺炼。
实施例3
装置同实施例2。
工艺：将含水量为48％的污油，进旋流分离器，脱出部分游离态水后，加入200mg/L破乳剂，在混合槽内搅拌混合，通过污油排放管放入沉降槽中，加热并保持污油温度90℃，超声波以20kHz频率，声能密度为0.3kW/m3持续作用，保持48小时后，油水分层，取其上部污油进行分析，其含水量为9.7％，可将上部污油送入装置回炼，余下的沉降槽中下部污油含水量和杂质较高乳化依然严重，进油水分离塔，将其加热100℃使水沸腾蒸发，余下污油含水量6％，送焦化掺炼。
实施例4
装置同实施例2。
工艺：将含水量为35％的污油，进旋流分离器，脱出部分游离态水后，加入200mg/L破乳剂，在混合槽内搅拌均匀入沉降槽中，沉降槽内超声波以22kHz频率，声能密度为0.8kW/m3持续作用，盘管加热并保持污油温度85℃，恒温30小时后，油水分离，取其上部污油进行分析，其含水量为8％，可将其送入常减压掺炼。底部沉降水进污水处理场，中下部污油含水量依然较高，通过泵送入油水分离塔，加热100℃使水沸腾蒸发，塔底污油含水量6％，由于其杂质较多送焦化掺炼。
实施例5
装置同实施例2，工艺中各参数如表1所示，污油的初始含水量和破乳剂用量发生变化，其它同实施例2。
实施例6
装置同实施例2，工艺中各参数如表1所示，污油的初始含水量和破乳剂用量发生变化，其它同实施例2。
实施例7
装置同实施例2，工艺中各参数如表1所示，污油的初始含水量和破乳剂用量发生变化，其它同实施例2。
实施例8
装置同实施例2，工艺中各参数如表1所示，污油的初始含水量和破乳剂用量发生变化，其它同实施例2。
实施例9
装置同实施例2，工艺中各参数如表1所示，污油的初始含水量和破乳剂用量发生变化，其它同实施例2。
表1实施例1-9中各参数统计

Claims (9)

1.一种污油脱水工艺，其特征在于：采用旋流分离将油污中游离的水分离出来，再添加破乳剂、超声处理脱水后分层，上层为含水量低的污油，中下部油水界面层污油再加热蒸馏脱水处理；
实现所述的污油脱水工艺的装置，通过管道依次连接污油罐（1）、离心泵（22）和旋流分离器（2）上部一侧，旋流分离器（2）的顶部连通扩张管（3）的底部，扩张管（3）的中部一侧连通计量泵（21），扩张管（3）的顶部通连通混合槽（4），混合槽（4）的底部垂直设置分配管（5），分配管（5）的底部直接与沉降槽（19）一端的污油进口管（20）连接，沉降槽（19）内部污油进口管（20）的上方设置污油出口管（6），沉降槽（19）另一端从上到下依次设置污油出口（8）、油水界面层出口（16）和水层出口（15），污油出口管（6）与污油出口（8）相连，油水界面层出口（16）通过管道依次与泵（14）和油水分离塔（13）相连。
2.根据权利要求1所述的污油脱水工艺，其特征在于：包括以下步骤：
（1）采用旋流分离将油污中游离的水分离出来；
（2）加入破乳剂混合，然后经加热和超声处理，出现油水分层，上层的污油送常减压掺炼，底部的水层放出；
（3）将中下部油水界面层污油加热蒸馏进一步除水，得到的污油送焦化掺炼。
3.根据权利要求2所述的污油脱水工艺，其特征在于：步骤（2）中超声频率为20kHz～25kHz，声能密度为0.3kW/m3～0.8kW/m3。
4.根据权利要求1所述的污油脱水工艺，其特征在于：沉降槽（19）内部从下到上设置加热盘管（18）和超声波作用器（17）。
5.根据权利要求1所述的污油脱水工艺，其特征在于：污油进口管（20）和污油出口管（6）上设置侧管（7）。
6.根据权利要求1所述的污油脱水工艺，其特征在于：污油出口（8）连通常减压装置（9），油水分离塔（13）的顶部连通油水混合物罐（10），油水分离塔（13）的下部连通焦化装置（11），旋流分离器（2）的下部和水层出口（15）均连通脱出水罐（12）。
7.根据权利要求1所述的污油脱水工艺，其特征在于：旋流分离器（2）的内部结构为圆锥形长管，长管内有一螺带式稳定器。
8.根据权利要求1或4所述的污油脱水工艺，其特征在于：沉降槽（19）外部形状为长方形，槽宽度不大于6m，深度不大于5m，底部为倾斜形斜坡。
9.根据权利要求4所述的污油脱水工艺，其特征在于：超声波作用器（17）的发射头为梭形发射头（23）。
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