CN111686950A - 一种高温高压下油水快速分离的方法及装置 - Google Patents

一种高温高压下油水快速分离的方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高温高压下油水快速分离的方法及装置。本发明装置包括上壳体和下壳体两部分；上壳体内设置水力旋流器，用于一级分离；下壳体设置聚结器，用于二级分离；上壳体上设置溢流液出口和底流液出口可分别通过管道与下壳体顶部上设有溢流液回流口和底流液回流口相连接。本发明根据分离介质组成变化，通过改变上壳体和下壳体的外部接口的连接位置，能提高水力旋流器耐高温耐高压性能，实现在一个设备内完成油水的快速分离，且能提高分离效率。

Description

一种高温高压下油水快速分离的方法及装置
技术领域
本发明涉及一种高温高压下油水快速分离的方法及装置，属于物料分离技术领域。
背景技术
能源是国家工业、经济和社会运行的动力源泉，也是现代人类生存和社会发展的基础。煤间接液化是以煤炭为原料，经气化、水煤气变换、净化等工艺将煤转化为合成气，再经费托合成工艺将合成气转化为洁净的中间油品，通过对中间油品的精细加工，形成清洁费托蜡、柴油、汽油、LPG、LNG等产品及高附加值化学品。
在费托合成中间油品处理工艺中，油水分离是该工艺的重要处理过程。例如反应后的高温油气经逐级换热分离后得到费托蜡、重质油、轻质油和水。目前油水分离的主要方式为重力分离、聚结分离、旋流分离。重力分离成本较低，但分离效率不佳，设备尺寸大，停留时间长；聚结分离利用油水对聚结材料亲和力的不同进行分离，分离效率较高，但成本也高，同时聚结材料易堵塞，不适用于含固的介质；旋流分离通过旋流产生离心力，可使油水极短时间内实现分离，但因在高温高压下，旋流分离器结构应力问题，导致旋流分离在高温高压下的应用较少。
费托油/蜡中含有微量固体颗粒污染物，需要添加水相流体将亲水固体从油中洗出，再通过油水分离将油蜡产品分离出来。这些过程都涉及到油水分离；油水分离设备及分离性能决定油水混合物的分离效果，对油水分离过程非常重要，而简单有效快速地分离油水混合物是降低产品生产成本的重要因素之一。
专利CN1829787B公开一种费托烃物流酸处理方法中，用含酸水溶液将固体污染物从油中洗出；由于费托重质产物分子量分布较宽，同一条件下，不同产品存在相态不同，常温条件下，可能出现液液和/或固液等不同混合状态，因此萃取温度可为93-316℃，为了使水在此温度下不沸腾，需要足够高的操作压力，这也导致下游分离设备需满足高温高压要求。
水力旋流器是井下油水分离系统的核心部件，专利CN101793138A中描述的是水力旋流器和螺杆泵配合井下油水分离的方法，通过螺杆泵和水力旋流器协作实现，油水混合物通过旋流器分离后，再将采出水回注注入层，高含水采出液可在井下得到较好的油水分离，实现高含水井的经济有效的采出。专利CN204041049U中描述的是一种带旋转浆液的水力旋流器，其技术特征是将油水直接在井下分离后，将水重新注入井下，节约水量，提高经济效益，并可降低分离水暴氧杂菌感染风险。专利CN103104240A提供一种多级并联水力旋流器井下油水分离装置，适用于海上或陆地具备大套管尺寸、高产液量的油井井下油水分离。
专利CN204474430U提供一种旋液波纹板聚合油水分离罐，用于污水处理，包括水力旋流器、波纹板聚结器，用于分离含油污水，提高油水分离效果，但对油水分离效率不能明显改善，未解决旋流器高温应力问题，无法在高温高压下使用。
专利CN105505447A针对费托合成过程中的油水分离，公开了一种快速分离费托合成油水的方法，但该方法分离后的费托合成水中存在大量表面活性剂，造成二次污染，对后续废水处理造成巨大压力，且该方法靠自然沉降进行油水产物分离，分离效果不佳，耗时较长。专利CN108499159A公开一种利用高压电场聚集的方式来分离费托合成产物中的油和水，但该方法施加电场造成能源消耗，增加投资及运行成本。专利CN202823105U公开一种分离设备，对水洗塔底腔增加隔板，使油水混合物静置分层进行油水分离，分离所需时间长。专利CN104673367A公开了一种耦合油气洗涤的混合油水分步分离方法，费托合成油水混合物在一个初步分离器中进行油初步脱水与水初步脱油后，分别进入深度脱水器和深度除油器三个容器耦合分离的方法虽然有助于提高分离效率，但是却增加了设备投资费用。
目前用于油水分离的旋流器基本为平顶板、切向矩形或者涡壳入口的筒体、溢流管、大锥体、小锥体加尾流管的结构，这种结构是油水高效分离的基本条件，但各结构部位存在多处连接焊缝，且切向矩形入口或者涡壳入口都会产生很高的局部应力和变形，导致旋流器不能承受较高的温度压力载荷；若仅依靠增加板材壁厚和加强筋提高压力温度的承载，将大幅增加了设备的制造难度和生产成本，且无法解决各结构部件的应力和变形问题。
进一步，目前专利中所述的油水分离方法主要是低含油的污水脱油处理、低含水的原油脱水净化或者油水质量比相当的油水预分的单一工艺，无法在一个装置内同时满足这三种条件的油水分离。
发明内容
本发明的目的是提供一种高温高压下油水快速分离的方法及装置，本发明根据分离介质组成变化，通过改变外部接口的连接位置，实现油水快速分离，克服现有费托合成油水混合物分离中存在的技术问题。
本发明提供的一种高温高压下油水快速分离装置，它包括上壳体和下壳体两部分；
所述上壳体内通过设置的上隔板和下隔板将其由上至下分为溢流液收集区、进料区和底流液收集区三部分，并于所述溢流液收集区处的所述上壳体顶部设有溢流液出口，分别在进料区和底流液收集区对应的所述上壳体侧壁上设有混合液进口和底流液出口；所述进料区内设置水力旋流器，用于一级分离；
所述水力旋流器包括由上至下的圆柱段、第一圆锥段和第二圆锥段部分组成；所述圆柱段部分的上部设有进料管，其顶部设有溢流管，所述溢流管与所述溢流液收集区相连通；所述第二圆锥段部分的底部设有底流出口管，其与所述底流液收集区相连通；
所述下壳体内通过在底部设置的聚结器和溢流堰分为二级分离进料区、沉降分离区和轻相收集区三部分；所述二级分离进料区的所述下壳体顶部上设有溢流液回流口和底流液回流口，分别通过管道与溢流液出口和底流液出口相连接，且其各自通过与之连接的溢流液回流进料管、底流液回流进料管分别伸入所述下壳体内的上部和下部；于所述沉降分离区和所述轻相收集区处的所述下壳体底部分别设置重相出口和轻相出口。
本发明中，所述的水力旋流器进行快速分离后，根据进料的特点及其组成，通过改变外部管道的连接位置，将所述溢流液出口和/或底流液出口的液体返回下壳体中进行二级分离，所述下壳体中安装已商业化的聚结器，根据介质特征可选用聚结板片、聚结滤芯等分离内件，通过选用不同的聚结器可以实现水脱油和/或油脱水。即进一步在所述的下壳体中，通过改变外部管道的连接位置，可调节一级分离后的油相/水相产品的脱水率/脱油率。具体而言，若提高油的脱水率，可降低所述水力旋流器溢流口流量，使部分油相和水相流体从水力旋流器底流口流出，进入下壳体进行二级分离，进而使油相和水相都满足分离要求；也可提高水的脱油率，降低水力旋流器底流口流量，使旋流器溢流口流量增大，并使部分水相和油相流体从水力旋流器溢流口流出，进入下壳体进行二级分离，进而使油相和水相都满足分离要求；若由于进料组成及介质特点的原因，水力旋流进行一级分离后，水相和油相都不满足分离要求，则可以让溢流液和底流液同时回流到下壳体的不同位置，并在下壳体中进行二级分离，进而使油相和水相的都满足分离要求。如上所述，水力旋流器溢流口和/或底流口的流量和流出方式的改变仅通过改变外部管道的连接位置即可实现。
上述的装置中，所述上壳体内设置一台或多台并联的所述水力旋流器，以提高处理量。
上述的装置中，在所述上壳体内设置一级或多级串联的所述水力旋流器，以提高分离效率。
上述的装置中，所述水力旋流器的高度为H，所述圆柱段直径为D，所述圆柱段高度H1，所述第一圆锥段的锥度为α，所述第二圆锥段的锥度为β，所述第一圆锥段和所述第二圆锥段交界处的直径为DC，所述溢流出口管直径为DO，所述底流出口管直径为Db，所述进料管直径为Di，其中D为20～125mm，优选为25-75mm，D/Dc为1.5～2.5，DO/Dc为0.15～0.35，Db/DC为0.3～0.6，Di/DC为0.25～0.45，H/Dc为35～50，H1/Dc为15～25，α为15～25°，β为1.2～3.5°。
上述的装置中，所述水力旋流器通过所述上隔板和所述下隔板固定支撑，所述溢流管穿过所述上隔板与所述溢流液收集区相连通，所述底流出口管贯穿所述下隔板进入所述底流液收集区；所述水力旋流器安装在上壳体中，并由上隔板、下隔板进行固定支撑，这样的安装方式不仅使整个所述水力旋流器的内外温度几乎一致，而且有效降低了所述水力旋流器承受的内外压差，使所述水力旋流器可在较低压差下稳定运行，不会因高温高压产生应力过大导致所述水力旋流器被破坏。
上述的装置中，所述进料管为切向入口结构。
上述的装置中，于所述进料区下部处的所述上壳体侧壁上设置进料区排污口；
于所述底流液收集区下部处的所述上壳体侧壁上设置底流液收集区排污口；
所述溢流液回流口通过管道与所述溢流液出口之间的连接为可拆卸连接；
所述底流液回流口通过管道与所述底流液出口之间的连接为可拆卸连接。
上述的装置中，所述下壳体上设有压力平衡口。
上述的装置中，于所述沉降分离区处的所述下壳体底部设置沉降分离区排污口。
上述的装置中，于所述沉降分离区处的所述下壳体侧壁上设置界位排污口。
本发明还提供了一种采用上述的装置进行高温高压下油水快速分离的方法，包括如下步骤：将不相溶且存在一定密度差的油水两相混合液经所述混合液进口进入所述进料区，然后进入所述水力旋流器的所述进料管，所述混合液在所述圆柱段形成高速旋转离心运动，随后经所述第一圆锥段进一步加速，然后进入所述第二圆锥段进行液液或液固分离，最后通过所述底流出口管进一步分离；在上述离心力的作用下，所述混合液中水相流体被离心力甩至腔壁，沿壁面向下运动从所述底流出口管进入所述底流液收集区，并由所述底流液出口送出底流液；所述油相流体经所述溢流管进入所述溢流液收集区，并由所述溢流液出口送出溢流液，即完成一级分离。
上述的方法中，所述方法还包括当所述混合液经一级分离得到不满足分离要求的物流时，通过连接管道进入所述下壳体进行二级分离的步骤，其过程如下：
1)当所述溢流液不满足分离要求时，所述溢流液由所述溢流液出口送出回流到所述溢流液回流口，经过所述溢流液回流进料管进入所述下壳体的所述二级分离进料区的上层区；和/或
当所述底流液不满足分离要求时，所述底流液由所述底流液出口送出回流到所述底流液回流口，经过所述底流液回流进料管进入所述下壳体的所述二级分离进料区的下层区；
2)所述溢流液和/或所述底流液经所述聚结器进行聚结分离，然后进入所述沉降分离区，分离后的重相由重相出口流出，分离后的轻相由所述溢流堰流入所述轻相收集区，最后由所述轻相出口流出，完成二级分离。
上述的方法中，所述不相溶且存在一定密度差的油水两相混合液中油水两相的密度差不小于0.05g/mL；
所述混合液的温度可为50～400℃，压力可为0.1～10MPa。
上述的方法中，所述水力旋流器分离后的溢流液出口和底流液出口流量比可为1:0.1～10，具体可为1:10、1:0.1～1、1:0.2～5、1:1～10。
上述的方法中，所述进料区通过所述进料区排污口进行排污；
所述底流液收集区通过所述底流液收集区排污口进行排污；
所述沉降分离区通过所述沉降分离区排污口排出固体杂质，以防止聚结器的堵塞；
所述沉降分离区通过所述界位排污口排出累积的、油水界位处悬浮的液或固混合物；
所述下壳体通过所述压力平衡口调节压力。
本发明具有以下优点：
1、水力旋流器安装在上壳体中，并由上隔板、下隔板进行固定支撑，这样的安装方式不仅使整个所述水力旋流器的内外温度几乎一致，而且有效降低了所述水力旋流器承受的内外压差，使所述水力旋流器可在较低压差下稳定运行，不会因高温高压产生应力过大导致所述水力旋流器被破坏。
2、根据进料的特点及其组成，通过改变外部管道的连接位置，将上壳体中溢流液出口和/或底流液出口的液体返回下壳体中进行二级分离。不仅可以提高分离效率，而且可大大降低油水分离过程停留时间，同时在一个设备内通过管口连接位置的快速转换满足多种操作条件油水分离，有利于提高整个工艺操作弹性，实现大型化连续化操作。
3、本发明的油水分离装置，利用密闭压力容器的耐高温高压性能，降低水力旋流器内外压差，提高水力旋流器耐高压性能。一个设备内结合水力旋流器和聚结器的分离作用，提高油水分离效率，大幅减小油水分离器的设备尺寸，降低设备投资，可广泛应用于生产过程中的油水分离过程。
附图说明
图1是本发明的实施方式提供的分离装置结构示意图
图2是本发明的实施方式水力旋流器的结构示意图
图中各个标记如下：
1-上壳体；2-上隔板；3-水力旋流器；4-下隔板；5-混合液进口；6-进料区；7-溢流液出口；8-溢流液收集区；9-底流液出口；10-底流液收集区；11-进料区排污口；12-底流液收集区排污口；13-下壳体；14-溢流液回流口；15底流液回流口；16-溢流液回流进料管；17-底流液回流进料管；18-二级分离进料区；19-二级分离进料区排污口；20-聚结器；21-沉降分离区；22-重相出口；23-沉降分离区排污口；24-界位排污口；25-溢流堰；26-轻相收集区；27-轻相出口；28-压力平衡口；31-进料管；32-溢流管；33-底流出口管；34-圆柱段；35-第一圆锥段；36-第二圆锥段。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
如图1所示，为本发明一种高温高压下油水快速分离装置。它包括上壳体和下壳体两部分；上壳体1中装配水力旋流器3作为一级分离；下壳体13中装配聚结器20作为二级分离。根据分离介质组成变化，通过改变上壳体1和下壳体13的外部接口的连接位置，可以在一个设备内完成油水的快速分离。具体如下：
上壳体1内通过设置的上隔板2和下隔板4将其由上至下分为溢流液收集区8、进料区6和底流液收集区10三部分，于溢流液收集区8处的上壳体1顶部设有溢流液出口7，分别在进料区6和底流液收集区10对应的上壳体1侧壁上设有混合液进口5和底流液出口9；进料区6内设置一台或多台并联的水力旋流器3，以提高处理量，水力旋流器3通过上隔板2和下隔板4固定支撑。于进料区6下部处的上壳体1侧壁上设置进料区排污口11；于底流液收集区10下部处的上壳体1侧壁上设置底流液收集区排污口12。
如图2所示，水力旋流器3包括由上至下的圆柱段34、第一圆锥段35和第二圆锥段36部分组成；圆柱段34部分的上部设有进料管31(进料管具体可为切向入口结构)，其顶部设有溢流管32，溢流管32与溢流液收集区8相连通；第二圆锥段36部分的底部设有底流出口管33，其与底流液收集区10相连通。其中，溢流管32穿过上隔板2与溢流液收集区8相连通，底流出口管33贯穿下隔板4进入底流液收集区10。
进一步地，水力旋流器的高度为H，圆柱段直径为D，圆柱段高度H1，第一圆锥段的锥度为α，第二圆锥段的锥度为β，第一圆锥段和第二圆锥段交界处的直径为DC，溢流出口管直径为DO，底流出口管直径为Db，进料管直径为Di，其中D为20～125mm，优选为25-75mm，D/Dc为1.5～2.5，DO/Dc为0.15～0.35，Db/DC为0.3～0.6，Di/DC为0.25～0.45，H/Dc为35～50，H1/Dc为15～25，α为15～25°，β为1.2～3.5°。
进一步地，在上壳体1内可设置一级或多级串联的水力旋流器3，以提高分离效率。
下壳体13内通过在底部设置的聚结器20和溢流堰25分为二级分离进料区18、沉降分离区21和轻相收集区26三部分；二级分离进料区18的下壳体13顶部上设有溢流液回流口14和底流液回流口15，分别通过管道与溢流液出口7和底流液出口9相连接(具体可为可拆卸连接)，且其各自通过与之连接的溢流液回流进料管16、底流液回流进料管17分别伸入下壳体13内的上部和下部；于沉降分离区21处的下壳体13底部设置重相出口22和沉降分离区排污口23；于轻相收集区26处的下壳体13底部设置轻相出口27，下壳体13侧壁上设置界位排污口24。
本发明采用上述装置进行高温高压下油水快速分离的方法，包括如下步骤：将不相溶且存在一定密度差的油水两相混合液经混合液进口5进入进料区6，然后进入水力旋流器3的进料管31，混合液在圆柱段34形成高速旋转离心运动，随后经第一圆锥段35进一步加速，然后进入第二圆锥段36进行液液或液固分离，最后通过底流出口管33进一步分离；在上述离心力的作用下，混合液中水相流体从底流出口管33进入底流液收集区10，并由底流液出口9送出底流液；油相流体经溢流管32进入溢流液收集区8，并由溢流液出口7送出溢流液，即完成一级分离。
进一步地，上述方法还包括当混合液经一级分离得到不满足分离要求的物流时，通过连接管道进入下壳体13进行二级分离的步骤，其过程如下：
1)当溢流液不满足分离要求时，溢流液由溢流液出口7送出回流到溢流液回流口14，经过溢流液回流进料管16进入下壳体13的二级分离进料区18的上层区；和/或
当底流液不满足分离要求时，底流液由底流液出口9送出回流到底流液回流口15，经过底流液回流进料管17进入下壳体13的二级分离进料区18的下层区；
2)溢流液和/或底流液经聚结器20进行聚结分离，然后进入沉降分离区21，分离后的重相由重相出口22流出，分离后的轻相由溢流堰25流入轻相收集区26，最后由轻相出口27流出，完成二级分离。
进一步地，不相溶且存在一定密度差的油水两相混合液中油水两相的密度差不小于0.05g/mL；
混合液的温度可为50～400℃，压力可为0.1～10MPa。
进一步地，上壳体1的溢流液出口7和底流液出口9流量比为1:0.1～10。
进一步地，进料区6通过进料区排污口11进行排污；
底流液收集区9通过底流液收集区排污口12进行排污；
沉降分离区21通过沉降分离区排污口23排出固体杂质；
沉降分离区21通过界位排污口24排出累积的、油水界位处悬浮的液或固混合物；
下壳体13通过压力平衡口28调节压力。
实施例1、
当油量大于水量，进行油脱水时：
本发明提供的装置，包括上壳体1和下壳体13两部分，上壳体1中装配水力旋流器3作为一级分离；下壳体13中装配聚结器20作为二级分离。因此可以在一个设备内完成油水的快速分离。
上游油水混合物经混合液进口5进入由上壳体1、上隔板2、下隔板4构成的进料区6，进料区6内安装水力旋流器3，调节旋流器分流比1:1～10，使溢流液满足分离要求，进料区6设置有进料区排污口11，可定期进行排污。
进料区6内的混合液进入水力旋流器3的进料管31，混合液在圆柱段34形成高速旋转离心运动，随后经第一圆锥段35、第二圆锥段36进行液液(固)分离，最后通过底流出口管33进一步分离。在离心力的作用下，水相流体被离心力甩至腔壁，沿壁面向下运动，从水力旋流器3的底流出口管33进入底流液收集区10，并将底流液出口9和底流液回流口15相连，进入下壳体13进行二级分离；油相流体由中心向上旋转运动，由水力旋流器溢流管32进入溢流液收集区8，并由溢流液出口7送往下游工段，即溢流液出口7和溢流液回流口14不连接，溢流液无需进行二级分离。底流液收集区10设置有底流液收集区排污口12，可定期进行排污。
一级分离后底流液出口9和底流液回流口15相连，经底流液回流进料管17进入二级分离进料区18，底流液回流进料管17进入二级分离进料区18下层区，同时，二级分离进料区排污口19可定期排出固体杂质以防止聚结器的堵塞。缓冲以后的液体经聚结器20进行聚结分离。流经聚结器20后的液体进入沉降分离区21，分离后的重相由重相出口22流出，分离后的轻相由溢流堰25流入轻相收集区26，最后由轻相出口27流出。沉降分离区排污口23可定期排出固体杂质以防止聚结器的堵塞，在沉降分离区21设置了界位排污口24，用于排出长期累积的、油水界位处悬浮的液、固混合物。下壳体13可根据需要设置压力平衡口28。
实施例2、
当水量大于油量，进行水脱油时：
本发明提供的装置，包括上壳体1和下壳体13两部分，上壳体1中装配水力旋流器3作为一级分离；下壳体13中装配聚结器20作为二级分离。因此可以在一个设备内完成油水的快速分离。
上游油水混合物经混合液进口5进入由上壳体1、上隔板2、下隔板4构成的进料区6，进料区6内安装水力旋流器3，调节水力旋流器3的分流比1:0.1～1，使底流液满足分离要求，进料区6设置有进料区排污口11，可定期进行排污。
进料区6内的混合液进入水力旋流器进料管31，混合液在圆柱段34形成高速旋转离心运动，随后经第一圆锥段35、第二圆锥段36进行液液(固)分离，最后通过底流出口管33进一步分离。在离心力的作用下，水相流体被离心力甩至腔壁，沿壁面向下运动，从水力旋流器3的底流出口管33进入底流液收集区10，并由底流液出口9送往下游工段，即底流液出口9和底流液回流口15不连接，底流液无需进行二级分离；油相流体由中心向上旋转运动，由水力旋流器3的溢流管32进入溢流液收集区8，将溢流液出口7和溢流液回流口14相连，进入下壳体13进行二级分离；
一级分离后溢流液出口7和溢流液回流口14相连，经溢流液回流进料管16进入二级分离进料区18，同时，二级分离进料区排污口19可定期排出固体杂质以防止聚结器的堵塞。缓冲以后的液体经聚结器20进行聚结分离。流经聚结器20后的液体进入沉降分离区21，分离后的重相由重相出口22流出，分离后的轻相由溢流堰25流入轻相收集区26，最后由轻相出口27流出。沉降分离区排污口23可定期排出固体杂质以防止聚结器的堵塞，在沉降分离区21设置了界位排污口24，用于排出长期累积的、油水界位处悬浮的液、固混合物。下壳体13可根据需要设置压力平衡口28。
实施例3、
油水质量相同时：
本发明提供的装置，包括上壳体1和下壳体13两部分，上壳体1中装配水力旋流器3作为一级分离；下壳体13中装配聚结器20作为二级分离。因此可以在一个设备内完成油水的快速分离。
上游油水混合物经混合液进口5进入由所述上壳体1、上隔板2、下隔板4构成的进料区6，所述进料区6内安装水力旋流器3，调节旋流器分流比1:0.2～5，进料区6设置有进料区排污口11，可定期进行排污。
进料区6内的混合液进入水力旋流器3的进料管31，混合液在圆柱段34形成高速旋转离心运动，随后经第一圆锥段35、第二圆锥段36进行液液(固)分离，最后通过底流出口管33进一步分离。在离心力的作用下，水相流体被离心力甩至腔壁，沿壁面向下运动，从水力旋流器3的底流出口管33进入底流液收集区10，并将底流液出口9和底流液回流口15相连，进入下壳体13进行二级分离；油相流体由中心向上旋转运动，由水力旋流器溢流管32进入溢流液收集区8，并由溢流液出口7和溢流液回流口14相连，进入下壳体13进行二级分离；底流液收集区10设置有底流液收集区排污口12，可定期进行排污。
一级分离后底流液出口9和底流液回流口15相连，经底流液回流进料管17，进入二级分离进料区18下层区；溢流液出口7和溢流液回流口14相连，经溢流液回流进料管16，进入二级分离进料区18上层区，同时，二级分离进料区排污口19可定期排出固体杂质以防止聚结器的堵塞。缓冲以后的液体经聚结器20进行聚结分离。流经聚结器20后的液体进入沉降分离区21，分离后的重相由重相出口22流出，分离后的轻相由溢流堰25流入轻相收集区26，最后由轻相出口27流出。沉降分离区排污口23可定期排出固体杂质以防止聚结器的堵塞，在沉降分离区21设置了界位排污口24，用于排出长期累积的、油水界位处悬浮的液、固混合物。下壳体13可根据需要设置压力平衡口28。
实施例4、
萃取费托蜡时：
本发明提供的装置，包括上壳体1和下壳体13两部分，上壳体1中装配水力旋流器3作为一级分离；下壳体13中装配聚结器20作为二级分离。可在高温高压下完成蜡水的快速分离。
150～200℃，0.5～3MPa压力下，上游蜡水混合物经混合液进口5进入由所述上壳体1、上隔板2、下隔板4构成的进料区6，进料区6内安装水力旋流器3，调节旋流器分流比1:10，使溢流液满足分离要求，进料区6设置有进料区排污口11，可定期排出固体污染物。
进料区6内的混合液进入水力旋流器3的进料管31，混合液在圆柱段34形成高速旋转离心运动，随后经第一圆锥段35、第二圆锥段36进行液液(固)分离，最后通过底流出口管33进一步分离。在离心力的作用下，水相流体被离心力甩至腔壁，沿壁面向下运动，从水力旋流器3的底流出口管33进入底流液收集区10，并将底流液出口9和底流液回流口15相连，进入下壳体13进行二级分离；油相流体由中心向上旋转运动，由水力旋流器3的溢流管32进入溢流液收集区8，并由溢流液出口7送往下游工段，即溢流液出口7和溢流液回流口14不连接，溢流液无需进行二级分离。底流液收集区10设置有底流液收集区排污口12，可定期排出固体污染物。
一级分离后底流液出口9和底流液回流口15相连，经底流液回流进料管17进入二级分离进料区18，经底流液回流进料管17进入二级分离进料区18下层区，同时，二级分离进料区排污口19可定期排出固体杂质以防止聚结器20的堵塞。缓冲以后的液体经聚结器20进行聚结分离。流经聚结器20后的液体进入沉降分离区21，分离后的重相由重相出口22流出，分离后的轻相由溢流堰25流入轻相收集区26，最后由轻相出口27流出。沉降分离区排污口23可定期排出固体杂质以防止聚结器20的堵塞，在沉降分离区21设置了界位排污口24，用于排出长期累积的、油水界位处悬浮的液、固污染物。
通过上述本发明具体的实施方式，可实现油水快速分离，并通过控制压差有效解决各结构部件在高温高压下的承压和载荷。

Claims (10)

1.一种高温高压下油水快速分离装置，其特征在于：它包括上壳体和下壳体两部分；
所述上壳体内通过设置的上隔板和下隔板将其由上至下分为溢流液收集区、进料区和底流液收集区三部分，并于所述溢流液收集区处的所述上壳体顶部设有溢流液出口，分别在进料区和底流液收集区对应的所述上壳体侧壁上设有混合液进口和底流液出口；所述进料区内设置水力旋流器；
所述水力旋流器包括由上至下的圆柱段、第一圆锥段和第二圆锥段部分组成；所述圆柱段部分的上部设有进料管，其顶部设有溢流管，所述溢流管与所述溢流液收集区相连通；所述第二圆锥段部分的底部设有底流出口管，其与所述底流液收集区相连通；
所述下壳体内通过在底部设置的聚结器和溢流堰分为二级分离进料区、沉降分离区和轻相收集区三部分；所述二级分离进料区的所述下壳体顶部上设有溢流液回流口和底流液回流口，分别通过管道与溢流液出口和底流液出口相连接，且其各自通过与之连接的溢流液回流进料管、底流液回流进料管分别伸入所述下壳体内的上部和下部；于所述沉降分离区和所述轻相收集区处的所述下壳体底部分别设置重相出口和轻相出口。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述上壳体内设置一台或多台并联的所述水力旋流器；和/或
在所述上壳体内设置一级或多级串联的所述水力旋流器。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于：所述水力旋流器的高度为H，所述圆柱段直径为D，所述圆柱段高度H1，所述第一圆锥段的锥度为α，所述第二圆锥段的锥度为β，所述第一圆锥段和所述第二圆锥段交界处的直径为DC，所述溢流出口管直径为DO，所述底流出口管直径为Db，所述进料管直径为Di，其中D为20～125mm，优选为25-75mm，D/Dc为1.5～2.5，DO/Dc为0.15～0.35，Db/DC为0.3～0.6，Di/DC为0.25～0.45，H/Dc为35～50，H1/Dc为15～25，α为15～25°，β为1.2～3.5°。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的装置，其特征在于：所述水力旋流器通过所述上隔板和所述下隔板固定支撑，所述溢流管穿过所述上隔板与所述溢流液收集区相连通，所述底流出口管贯穿所述下隔板进入所述底流液收集区；和/或
所述进料管为切向入口结构；和/或
于所述进料区下部处的所述上壳体侧壁上设置进料区排污口；
于所述底流液收集区下部处的所述上壳体侧壁上设置底流液收集区排污口；
所述溢流液回流口通过管道与所述溢流液出口之间的连接为可拆卸连接；
所述底流液回流口通过管道与所述底流液出口之间的连接为可拆卸连接。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的装置，其特征在于：所述下壳体上设有压力平衡口；和/或
于所述沉降分离区处的所述下壳体底部设置沉降分离区排污口；和/或
于所述沉降分离区处的所述下壳体侧壁上设置界位排污口。
6.一种采用权利要求1-5中任一项所述的装置进行高温高压下油水快速分离的方法，包括如下步骤：将不相溶且存在一定密度差的油水两相混合液经所述混合液进口进入所述进料区，然后进入所述水力旋流器的所述进料管，所述混合液在所述圆柱段形成高速旋转离心运动，随后经所述第一圆锥段进一步加速，然后进入所述第二圆锥段进行液液或液固分离，最后通过所述底流出口管进一步分离；在上述离心力的作用下，所述混合液中水相流体从所述底流出口管进入所述底流液收集区，并由所述底流液出口送出底流液；所述油相流体经所述溢流管进入所述溢流液收集区，并由所述溢流液出口送出溢流液，即完成一级分离。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述方法还包括当所述混合液经一级分离得到不满足分离要求的物流时，通过连接管道进入所述下壳体进行二级分离的步骤，其过程如下：
1)当所述溢流液不满足分离要求时，所述溢流液由所述溢流液出口送出回流到所述溢流液回流口，经过所述溢流液回流进料管进入所述下壳体的所述二级分离进料区的上层区；和/或
当所述底流液不满足分离要求时，所述底流液由所述底流液出口送出回流到所述底流液回流口，经过所述底流液回流进料管进入所述下壳体的所述二级分离进料区的下层区；
2)所述溢流液和/或所述底流液经所述聚结器进行聚结分离，然后进入所述沉降分离区，分离后的重相由重相出口流出，分离后的轻相由所述溢流堰流入所述轻相收集区，最后由所述轻相出口流出，完成二级分离。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于：所述不相溶且存在一定密度差的油水两相混合液中油水两相的密度差不小于0.05g/mL；
所述混合液的温度为50～400℃，压力为0.1～10MPa。
9.根据权利要求6-8中任一项所述的方法，其特征在于：所述水力旋流器分离后的溢流液出口和底流液出口流量比为1:0.1～10。
10.根据权利要求6-9中任一项所述的方法，其特征在于：所述进料区通过所述进料区排污口进行排污；
所述底流液收集区通过所述底流液收集区排污口进行排污；
所述沉降分离区通过所述沉降分离区排污口排出固体杂质；
所述沉降分离区通过所述界位排污口排出累积的、油水界位处悬浮的液或固混合物；
所述下壳体通过所述压力平衡口调节压力。
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