CN104629794B - 一种耦合油气洗涤的油水初步分离方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种耦合油气洗涤的油水初步分离方法及装置。首先，含0.5～6％合成水的轻油在入口段与含烃组份气体进入管式混合器洗涤回收气体中烃类组份，之后通过T型液气分离器实现液体分离。其次，含水油自左至右依次通过整流分布器、水滴粗粒化、CPI快速脱水模块处理，脱出水进入水包；含油0.05～0.5％的污水从右侧封头进入，自由向左流动依次通过油滴粗粒化、CPI快速除油模块进行除油。最后，水包中的水、隔板右侧除油后的水依靠油水界位控制器进行排水；隔板右侧分离出的油从隔板上部与左侧油联通，依靠液位控制器的作用进行外排。本发明耦合了油脱水、水脱油及油气洗涤回收的功能，占地面积小，分离迅速高效，弥补了现有技术的不足。

Description

一种耦合油气洗涤的油水初步分离方法及装置

技术领域

本发明涉及石油炼制或者煤化工领域，涉及一种费托合成工艺中耦合油气洗涤的油水初步分离方法。

背景技术

费托合成(Fischer-Tropsch synthesis)是煤间接液化技术之一，可简称为FT反应，它以合成气(CO和H₂)为原料在催化剂(主要是铁系)和适当反应条件下合成以石蜡烃为主的液体燃料的工艺过程。费托合成煤制油的产品主要有汽油、柴油、煤油及航空燃料、润滑油和石蜡等。费托合成煤间接液化产品为油水混合物，油水的高效分离对降低产品成本有着重要影响。

目前在费托合成中重要采用重力沉降的方法进行分离(费托合成工艺油水分离器的工艺设计，化工设计，2010，20(1))自反应器出来后经高压分离器的沉降作用分出含水油及含油水，进入卧式油水分离器进行进一步沉降分离，分离后再进入大罐沉降分离，由于费托合成的操作条件，油水乳化现象比较严重，因重力沉降分离只能有效分离粒径大于50μm游离态的油滴或者水滴，因此一般经初步油水分离后采用大罐静置沉降分离设计时间超过8小时。设备占地面积大、材料耗费大且效率低。此外经工艺流程中低压分离后排出的气相组分中也含有少量烃类，一般单独设洗涤装置洗涤回收，需配套操作控制系统，造价高且比较复杂。因此需要采用型高效的油水分离方法对目前技术进行优化。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提供一种费托合成工艺中耦合油气洗涤的油水初步分离方法及装置，其结合费托合成油水特性，利用合材料特性及流场调控两方面进行油水的强化分离，且耦合了油脱水、水脱油及油气洗涤回收的功能，占地面积小，分离迅速高效，弥补了现有重力沉降分离方法的不足。

具体的技术方案为：

一种耦合油气洗涤的油水初步分离方法，包括以下步骤：

步骤1：将含0.5～6％合成水的轻油(流速为1～3m/s)与含0.1～2.6％微量烃的低分气在混合洗涤段中混合洗涤后，其中进入微量烃的轻油送入初步分离器的左侧封头，含油0.05～0.5％的污水则送入所述初步分离器的右侧封头；所述初步分离器的操作压力为0.3～4.5MPa，温度为20～60℃，所述混合洗涤段的长度为直径的2.5～4倍；

步骤2：步骤1的各组分进入所述初步分离器后首先在T型液气分离器中实现快速液气分离，分离出的净化气经气体脱液器后从所述初步分离器的顶部排出；

含水轻油以流速0.005～0.02m/s从所述初步分离器的左侧封头向右流动，依次通过整流分布器、亲水性粗粒化模块、CPI快速脱水模块进行快速脱水处理，分离出粒径大于30μm的水滴，分离后轻油中含水0.05～0.5％，分离出的污水进入水包通过油水界位控制器排出，脱水后的油分流动到隔板左侧；

含油污水以流速0.01～0.03m/s从所述初步分离器的右侧封头向左流动，依次通过入口分布器、亲油性粗粒化模块、CPI快速除油模块进行快速除油，分离出粒径大于25μm的油滴，分离后污水中含油0.03～0.6％并继续流动到隔板的右侧通过通过油水界位器排出，分离出的油分与上述隔板左侧的脱水后的油分在隔板上部混合，然后在液位控制器的作用下控制外排；

所述CPI快速脱水模块的长度为分离装置壳体直径的0.1～0.25倍，所述CPI快速除油模块的长度为分离装置壳体直径的0.05～0.15倍；

步骤1的轻油与低分气混合方式为逆流或顺流，注入段后设置常规气液混合器。

步骤2所述的T型液气分离器入口段的混合液流速为3～6m/s。

步骤2中所述水包处于所述亲水性粗粒化模块和CPI快速脱水模块之间，所述CPI快速除油模块与所述亲油性粗粒化模块连接设置。

步骤2所述的亲水性粗粒化模块、CPI快速脱水模块和所述CPI快速除油模块采用改性的特氟龙、聚丙烯或者不锈钢材料。

一种上述任一方法的初步分离装置，所述初步分离装置包括壳体、进口管、依次设置在所述进口管上的含水油入口、含烃气体入口、内置于所述进口管的管式气液混合单元以及嵌在所述进口管上且处于所述壳体内部的T型液气分离器，所述T型液气分离器的右方依次设置有整流分布器、亲水性粗粒化模块、CPI快速脱水模块以及隔板；

所述隔板的右方依次设置有CPI快速除油模块、亲油性粗粒化模块；

所述壳体的右端部设有含油污水进口，以及与所述含油污水进口相连且处于所述壳体内部的入口分布器；

所述壳体靠近上方处设有气体脱液器，所述壳体顶部设有气相出口。

所述所述亲水性粗粒化模块和CPI快速脱水模块之间设有水包，所述水包处于所述壳体的底部，且所述水包上设置有油水界位控制器、底部设有水相出口。

靠近所述隔板的左右两边分别设有液位控制器和油水界位控制器，与所述液位控制器相对的壳体底部具有油相出口，与所述油水界位控制器相对的壳体底部具有水相出口。

所述壳体为卧式或立式。

本发明的有益效果在于：

(1)采用管道混合方法，利用含水油对含烃气体进行洗涤净化且回收气体中的烃类组份，其次采用T型液气分离技术，对洗涤后的气体通过T型管液体旋转的离心力实现快速的液体脱气，结构简单且分离效率高于重力沉降分离；另一方面，在控制T型管入口流速为3～6m/s时，气液两相在离心力的作用下，由于密度差的作用液相在径向截面向外迁移，气相向中心迁移，有二次洗涤的作用，结合和混合与分离两个过程的洗涤作用，洗涤效果好；

(2)根据费托合成工艺的特性，将含水油及含油水设置在一个设备进行分离，减少一个设备，所需配套的配管、控制、阀门及占地都减少，起到降低投资的作用。

(3)如图1所示，根据费托合成油水特性，将CPI、粗粒化技术进行了组合集成，首先采用油水粗粒化模块的亲油或亲水性质将分散相油滴、水滴进行聚结长大，之后采用CPI波纹板之间快速流动过程中的浅池原理，实现油水两相的快速分离，分离时间短，且分离效率提高，设备占地减小，下个过程处理难度降低。

本发明采用的方法具有简单、高效及适应性宽的特点，在功能上满足了目前费托合成的油水分离的初步要求，且集成了洗涤回收气体中烃类组份的功能，也可应用于煤化工同类过程的油水分离。

附图说明

图1是CPI快速除油或脱水(下部开孔)原理示意；

图2是实施例1的装置结构示意图。

符号说明

1含烃气入口；2含水油入口；3气液混合单元；4T型液气分离器；

5整流分布器；6亲水性粗粒化模块；7CPI快速脱水模块；

8气体脱液器；9气相出口；10CPI快速除油模块；

11亲油性粗粒化模块；12含油污水进口；13入口分布器；

14-1、14-2油水界位控制器；15水相出口；16隔板；

17油相出口；18水相出口；19液位控制器；20外壳。

具体实施方式

以下通过实施例对本发明的方法及其装置进行具体描述，但实施例只用于对本发明进一步说明，并不限制本发明的保护范围。

对比例1

某煤化工厂费托合成装置经高压分离器后轻油流量为50t/h，含油废水流量7t/h，其中轻油中含水约3～4％，含油废水中含油约2～3％，产生富烃气约4t/h，目前采用以下方法进行油水分离：高压分离器分离出来的含水约3～4％的轻油进入初步油水分离器进行沉降脱水，此过程设计沉降时间为0.5小时，沉降后达到含水约0.5～1.5％送入脱水罐进行长时间脱水，此过程脱水时间不小于8个小时后达到含水约0.1％以下后送到油品储罐；而高压分离器1底部分离出的含油合成水进入污水缓冲罐，与初步油水分离器沉降出的水在污水缓冲罐进行混合缓冲，之后由泵送到隔油罐进行长时间沉降除油，此过程隔油时间为24小时以上，隔油后污水含油约0.05左右后送到污水处理厂，而隔油罐顶部回收的污油送往地下污油罐进行回收，处理后回用。由于脱水罐、隔油罐占地面积大，因此该两个设备放到核心生产装置之外进行，中间采用泵通过管道将油、水输送过去。

该流程中油水初步分离设备采用重力沉降分离的方法，分离效率低且设备占地面积大，设计沉降0.5小时不能降30微米以上分三相水滴进行充分分离，油中水含量经常超过10000ppm，且流程中还设置的水相缓冲罐不起到水除油的作用，水中油含量达5000～20000ppm，在目前运行中存在问题，需进行优化改造。

改造总体要求：出口油中含水量小于2000ppm，水中含油量小于1000ppm，降低目前运行能耗，优化后续新建装置处理方法流程。

实施例1

鉴于对比例1的问题，本实施例对其方法及装置进行了改进。改进后工艺条件如下：

(1)工艺参数：隔板左侧油脱水过程，油脱水按照液体流速0.02m/s，平均液位高度50％，停留时间180s，水包按照分离出污水间隔0.5小时停留设计；隔板右侧油脱水过程，油脱水按照液体流速0.025m/s，平均液位高度40％，停留时间120s设计。

(2)内构件形式：管式液气混合器的长度为管道直径的2.2倍，入口采用T型液气分离器，入口流速控制为4.2m/s，满足气体快速洗涤且混合液气快速分离的要求；左侧水滴粗粒化模块6采用316L不锈钢折流板进行水滴粗粒化，长度为外壳直径的0.15倍，CPI快速脱水模块7采用改性PP波纹板，板间距控制为10mm，凹处开孔率为3％，长度为外壳直径的0.2倍，满足水滴聚结后的快速沉降；右侧油滴粗粒化模块11采用特氟龙材质的折流板进行水滴粗粒化，长度为外壳直径的0.15倍，CPI快速除油模块10采用改性PP波纹板，板间距控制为15mm，凸处开孔率为53％，长度为外壳直径的0.2倍，满足油滴聚结后的快速上浮；

(3)排水排油控制：排水采用油水界位控制器控制外排，排油采用液面控制器控制外排。

具体实施过程如图2所示，高压分离器分离出来的含水约3～4％的轻油首先通过含水油入口2与含烃气入口1进来的富烃气通过管式气液混合单元3进行顺流洗涤，气液混合单元3的长度为入口管直径的2.2倍，洗涤后再进入初步油水分离器左侧入口处的T型液气分离器4进行液气分离，并完成2次洗涤脱烃处理，净化后的气体经气体脱液器8脱液后从气相出口9排出；含水轻油经整流分布器5整流后经过亲水性粗粒化模块6将油中夹带的水滴进行聚结长大，此过程完成30μm以上游离水的粗粒化长大，控制此过程的液相流动速度不大于0.02m/s，之后进入CPI快速脱水模块7进行快速脱水，脱出水进入水包，油流动到隔板16左侧，油中水含量小于2000ppm；含油约2～3％的废水从初步分离器的右侧进入，首先经过入口分布器13的分布作用后依次通过亲油性粗粒化模块11、CPI快速除油模块10进行快速除油后流动到隔板16的右侧，形成油水界位，水中油含量小于1000ppm；之后隔板16左侧排水通过设置在水包上的油水界位控制器14-2控制外排，隔板16右侧排水通过设置在隔板16右侧的油水界位控制器14-1控制外排，排油则通过设置在隔板16左侧的液位控制器19控制外排。

实施效果：采用该实施例的方法进行改造后，对比例1的污水缓冲罐取消，初步油水分离器的体积只有原来1/4大小，分离效果由先前的油中含水10000ppm降低到2000ppm，水中油含量由先前的5000～20000ppm降低到1000ppm，满足后续深度精细分离的要求，设备占地减小，起到了一定的经济效益。

综上所述仅为发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应为本发明的技术范畴。

Claims (9)

1.一种耦合油气洗涤的油水初步分离方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：将含0.5～6％合成水的轻油与含0.1～2.6％微量烃的低分气在混合洗涤段中混合洗涤后，其中进入微量烃的轻油送入初步分离器的左侧封头，含油0.05～0.5％的污水则送入所述初步分离器的右侧封头；所述初步分离器的操作压力为0.3～4.5MPa，温度为20～60℃，所述混合洗涤段的长度为直径的2.5～4倍；

步骤2：步骤1的各组分进入所述初步分离器后首先在T型液气分离器中实现快速液气分离，分离出的净化气经气体脱液器后从所述初步分离器的顶部排出；

含水轻油以流速0.005～0.02m/s从所述初步分离器的左侧封头向右流动，依次通过整流分布器、亲水性粗粒化模块、CPI快速脱水模块进行快速脱水处理，分离出粒径大于30μm的水滴，分离后轻油中含水0.05～0.5％，分离出的污水进入水包通过油水界位控制器排出，脱水后的油分流到隔板左侧；

含油污水以流速0.01～0.03m/s从所述初步分离器的右侧封头向左流动，依次通过入口分布器、亲油性粗粒化模块、CPI快速除油模块进行快速除油，分离出粒径大于25μm的油滴，分离后污水中含油0.03～0.6％并继续流动到隔板的右侧通过油水界位器排出，分离出的油分与上述隔板左侧的脱水后的油分在隔板上部混合，然后在液位控制器的作用下控制外排；

所述CPI快速脱水模块的长度为分离装置壳体直径的0.1～0.25倍，所述CPI快速除油模块的长度为分离装置壳体直径的0.05～0.15倍。

2.根据权利要求1所述的油水初步分离方法，其特征在于，步骤1的轻油与低分气混合方式为逆流或顺流。

3.根据权利要求1所述的油水初步分离方法，其特征在于，步骤2所述的T型液气分离器入口段的混合液流速为3～6m/s。

4.根据权利要求1所述的油水初步分离方法，其特征在于，步骤2中所述水包处于所述亲水性粗粒化模块和CPI快速脱水模块之间，所述CPI快速除油模块与所述亲油性粗粒化模块连接设置。

5.根据权利要求1所述的油水初步分离方法，其特征在于，步骤2所述的亲水性粗粒化模块、CPI快速脱水模块和所述CPI快速除油模块采用改性的特氟龙、聚丙烯或者不锈钢材料。

6.一种实现权利要求1～5任一所述方法的初步分离装置，其特征在于，所述初步分离装置包括壳体、进口管、依次设置在所述进口管上的含水油入口、含烃气体入口、内置于所述进口管的管式气液混合单元以及嵌在所述进口管上且处于所述壳体内部的T型液气分离器，所述T型液气分离器的右方依次设置有整流分布器、亲水性粗粒化模块、CPI快速脱水模块以及隔板；

所述隔板的右方依次设置有CPI快速除油模块、亲油性粗粒化模块；

所述壳体的右端部设有含油污水进口，以及与所述含油污水进口相连且处于所述壳体内部的入口分布器；

所述壳体靠近上方处设有气体脱液器，所述壳体顶部设有气相出口。

7.根据权利要求6所述的初步分离装置，其特征在于，所述亲水性粗粒化模块和CPI快速脱水模块之间设有水包，所述水包处于所述壳体的底部，且所述水包上设置有油水界位控制器、底部设有水相出口。

8.根据权利要求6所述的初步分离装置，其特征在于，靠近所述隔板的左右两边分别设有液位控制器和油水界位控制器，与所述液位控制器相对的壳体底部具有油相出口，与所述油水界位控制器相对的壳体底部具有水相出口。

9.根据权利要求6～8任一所述的装置，其特征在于，所述壳体为卧式或立式。