CN112452043B - 一种适用于油品分级脱水净化的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种适用于油品分级脱水净化的装置和方法。装置包括壳体，壳体的顶部设有进料口，壳体的底部连接有水包，水包的底部设有水相出口，水包的侧面设有反洗液入口。壳体内部从上到下依次设有流体均布器、第一反洗拦截板、一级快速聚结模块、第二反洗拦截板和二级深度聚结模块，二级深度聚结模块下方设有深度油水分离模块和Y型均匀集油器。壳体的上部和下部之间连接有压差变送器，油液均布盘外侧的壳体上开有油相出口，油相出口和反洗液入口之间连接有管线并设有电动截止阀，进料口通过管线连接有电动三通阀。本发明的装置和方法具有能耗低、结构紧凑、分离精度高、适应性强、可反冲洗、脱水除悬同步化的优点。

Description

一种适用于油品分级脱水净化的装置和方法
技术领域
本发明属于石油化工油品净化领域，具体涉及一种适用于油品分级脱水净化的装置和方法。
背景技术
石油产品在开采、加工、储存、运输的过程中，水分和悬浮物会不可避免的进入石油产品中。油品水污染是石油产品的主要污染形式之一，油液中的水分会带来严重的安全隐患。油品中的水分会加速油品的氧化变质；随水分进入的无机盐类造成油品的酸度增加，导致设备的腐蚀；水分会引起油品粘度的降低，影响油品的使用性能。
常用的油品脱水方法主要有重力沉降法、膜分离法、吸附法、真空脱水法、离心分离法、电场脱水法、纤维聚结法。重力沉降法分离精度低，主要去除粒径大于100μm的游离水；膜分离和纤维聚结法当油液中含有固体杂质时，易造成设备堵塞；吸附法中的吸附材料使用寿命低且仅适用于低含水量的油品脱水；真空脱水法和电脱水法装置复杂、处理成本高；离心分离法脱水效率低、脱水精度不高。
CN209828348U公开了一种V型电聚结脱水动态实验装置，在电聚结器内安装一组或多组V型电极板组，通过电场力促使水滴破乳、聚结、长大，V型电极组的嵌入虽然使得该装置虽然结构紧凑、结构效率高，但是该装置主要依靠电场力破乳脱水，使得该装置能耗较高，并且该装置不能去除油品中的悬浮物。
CN204625564U公开了一种用于化工轻油的聚结脱水器，该装置通过分布器上安装多根纤维聚结芯管利用纤维聚结技术实现油品脱水，该装置虽然处理量大、运行压降小，但是该装置也存在游离水分离不彻底、易堵塞的缺点。
CN206656128U公开了一种润滑油脱水过滤装置，该装置通过罐体上安装亲水疏油膜，利用膜分离技术实现油品脱水，该装置虽然分离精度高，但是亲水分离膜存在膜污染的可能性，造成设备易堵塞。
CN204779485U公开了一种高含水原油脱水装置，该装置先通过系统内串联多级旋流器利用离心力实现原油的初步脱水，初步脱水后的原油通过重力沉降脱水，之后进入过滤器实现深度脱水，该装置虽然结构简单、适应性好，但是该装置的脱水精度低、体积庞大。
CN106318443A公开了一种超声波原油破乳脱水系统，该系统串联两级超声脱水罐和两级脱水沉降罐，利用超声辐射和重力沉降的方法实现原油脱水，该装置脱水效率低、脱水精度不高，若调控不好超声参数极易导致原油的二次乳化。
上述专利申请都涉及含水乳化油品进行净化的方法或装置。而本领域尚未开发出一种能耗低、高效紧凑、分离精度高、除悬脱水同步化的方法或装置。
因此，迫切需要开发出一种适用于油品分级脱水净化的的能耗低、高效紧凑、分离精度高、除悬脱水同步化的方法和装置。
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足，提供一种适用于油品分级脱水净化的装置和方法，具有结构紧凑、能耗低、分离效率高、分离精度高、除悬脱水同步化的优点。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种适用于油品分级脱水净化的装置，包括壳体，所述壳体的顶部设有进料口，所述壳体的底部连接有水包，所述水包的底部设有水相出口，所述水包的侧面设有反洗液入口；
所述壳体内部从上到下依次设有流体均布器、第一反洗拦截板、一级快速聚结模块、第二反洗拦截板和二级深度聚结模块，所述二级深度聚结模块的下方设有深度油水分离模块和Y型均匀集油器；所述一级快速聚结模块由亲水颗粒均匀填充、所述二级深度聚结模块包括均匀填充的亲水颗粒和疏水颗粒，所述深度油水分离模块均包括均匀填充的疏水颗粒；
所述Y型均匀集油器包括上部的油液均布盘和下部的集油通道，所述油液均布盘位于所述二级深度聚结模块下方，所述油液均布盘为均匀开有多个贯通孔的分布板，所述集油通道穿过所述深度油水分离模块；
所述壳体的上部和下部之间连接有压差变送器，所述油液均布盘和所述深度油水分离模块之间的所述壳体上开有油相出口，所述油相出口和所述反洗液入口之间连接有管线并设有电动截止阀，所述进料口通过管线连接有电动三通阀。
本发明进一步设置为，所述压差变送器、所述电动截止阀和所述电动三通阀连接着PLC控制装置，所述水包上设有液位计。
本发明进一步设置为，所述一级快速聚结模块中亲水颗粒在油品中与水的接触角不超过80°，其颗粒粒径为0.1-1.0mm；所述二级深度聚结模块中亲水颗粒和疏水颗粒填充体积比为1:2-5:1，其颗粒粒径为0.5-1.0mm；所述深度油水分离模块中疏水颗粒在油品中与水的接触角不小于100°，其颗粒粒径为0.6-1.2mm。
本发明进一步设置为，所述二级深度聚结模块中，疏水颗粒在水介质中的亲水指数为0-4mJ1/2/m，亲水颗粒在水介质中的亲水指数不小于6mJ1/2/m。
本发明进一步设置为，所述一级快速聚结模块的高度为所述壳体直径的0.2-0.8倍，所述二级深度聚结模块的高度为所述壳体直径的0.6-1.2倍，所述深度油水分离模块的高度为所述壳体直径的0.2-0.4倍。
本发明中，所述亲水颗粒选自金属、玻璃、矿石或陶瓷中的一种或多种，所述疏水颗粒选自特氟龙、聚苯乙烯、聚丙烯、聚氨酯或尼龙中的一种或多种。
本发明进一步设置为，所述流体均布器为一厚板，所述厚板上均匀开孔，所述孔的形状为圆形或方形，开孔率不小于70％。
本发明进一步设置为，所述油液均布盘的顶部敞口处连接有一个均布器。
本发明还提供了利用上述装置进行油品分级脱水净化的方法，包括如下步骤：
(1)含水及悬浮物的油品从进料口进入，通过流体均布器整流后进入一级快速聚结模块，油中水滴在亲水颗粒上快速破乳、聚结、长大，油中悬浮物在亲水颗粒孔隙中被拦截分离；
(2)经步骤(1)处理后的油品进入二级深度聚结模块，步骤(1)中未分离的小粒径乳化水滴在亲水颗粒和疏水颗粒上进一步湿润聚结和碰撞聚结；
(3)经步骤(2)处理后的油品经过Y型均匀集油器进入深度油水分离模块，油中水滴在深度油水分离模块上直接拦截、惯性撞击而被捕获。
本发明进一步设置为，从进料口进入的油品中游离水的含量不大于5000mg/L，水滴粒径为0.1-100μm，悬浮物含量不大于100mg/L，悬浮物粒径不大于30μm。
本发明进一步设置为，
经过步骤(1)处理后，初始粒径为0.1-3μm的水滴以50％的概率增大至5-20μm，初始粒径为3-5μm的水滴增大至10-30μm，初始粒径为10-50μm的水滴快速聚结长大为60-100μm，初始粒径为50-100μm的水滴快速聚结长大为200μm以上，油品中水的含量降低至300mg/L以下，10μm以上的悬浮物颗粒的拦截去除率超过99％，悬浮物含量降低至50mg/L以下；
经过步骤(2)处理后，油品中游离水含量降为30mg/L以内，3μm以上悬浮颗粒的拦截去除率超过99％，悬浮物含量降低至10mg/L以内；
经过步骤(3)处理后，油品中游离水含量降为10mg/L以内。
本发明进一步设置为，初始水滴平均粒径为0.1-3μm的油品流速不大于0.01m/s，初始水滴平均粒径为3-10μm的油品流速不大于0.015m/s，初始水滴平均粒径为10-15μm的乳液流速不大于0.03m/s，初始水滴平均粒径为10-20μm的油品流速不大于0.06m/s，初始水滴平均粒径为20-60μm的油品流速不大于0.08m/s，初始水滴平均粒径为60-100μm的油品流速不大于0.1m/s。
综上所述，本发明具有以下有益效果：本发明利用一级快速聚结模块、二级深度聚结模块、深度油水分离模块实现油品的分级脱水除悬，进一步设置各模块之间颗粒粒径向下逐渐增大，一方面解决了脱水精度低的问题，另一方面解决了床层由于颗粒粒径较小而带来操作压降大的问题；利用亲水颗粒和疏水颗粒的聚结作用实现油品脱水净化，利用亲水颗粒和疏水颗粒的拦截作用实现油品中悬浮物的去除，从而使得该方法和装置可实现脱水除悬同步化，床层耐受性高，可反冲洗。该方法和装置具有能耗低、高效紧凑、分离精度高、适应性强、可反冲洗、脱水除悬同步化的优点。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
其中，1为进料口；2为壳体；3为流体均布器；4为第一反洗拦截板；5为一级快速聚结模块；6为二级深度聚结模块；7为深度油水分离模块；8为水包；9为水相出口；10为液位计；11为反洗液入口；12为油相出口；13为Y型均匀集油器；14为压差变送器；15为PLC自动控制柜；16为电动截止阀；17为电动三通阀；18为第二反洗拦截板。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供一种适用于油品分级脱水净化的装置，参见图1，包括壳体2，壳体2的顶部设有进料口1，壳体2的底部连接有水包8，水包8的底部设有水相出口9，水包8的侧面设有反洗液入口11。
壳体2内部从上到下依次设有流体均布器3、第一反洗拦截板4、一级快速聚结模块5、第二反洗拦截板18和二级深度聚结模块6，二级深度聚结模块6的下方设有深度油水分离模块7和Y型均匀集油器13。一级快速聚结模块由亲水颗粒均匀填充、二级深度聚结模块6包括均匀填充的亲水颗粒和疏水颗粒，深度油水分离模块7包括均匀填充的疏水颗粒。亲水颗粒选自金属、玻璃、矿石或陶瓷中的一种或多种，疏水颗粒选自特氟龙、聚苯乙烯、聚丙烯、聚氨酯或尼龙中的一种或多种。一级快速聚结模块、二级深度聚结模块6、深度油水分离模块7的填充颗粒采用均匀开孔的厚板固定，厚板的表面覆盖有金属丝网。Y型均匀集油器13包括上部的油液均布盘和下部的集油通道，油液均布盘位于二级深度聚结模块6下方，油液均布盘为均匀开有多个贯通孔的分布板，集油通道穿过深度油水分离模块7。
其中，流体均布器为一厚板，厚板上均匀开孔，孔的形状为圆形或方形，开孔率不小于70％。第一反洗拦截板4和第二反洗拦截板18可选结构多样，如CN202460230U中的过滤拦截板。
壳体2的上部和下部之间通过管线连接有压差变送器14，油液均布盘和深度油水分离模块7之间的壳体2上开有油相出口12，油相出口12和反洗液入口11之间连接有管线并设有电动截止阀16，进料口1通过管线连接有电动三通阀17。压差变送器14、电动截止阀16和电动三通阀17连接着PLC控制装置，水包8上设有液位计10。
进一步地，一级快速聚结模块5中亲水颗粒在油品中与水的接触角不超过80°，其颗粒粒径为0.1-1.0mm；二级深度聚结模块6中亲水颗粒和疏水颗粒填充体积比为1:2-5:1，其颗粒粒径为0.5-1.0mm；深度油水分离模块7中疏水颗粒在油品中与水的接触角不小于100°，其颗粒粒径为0.6-1.2mm。
进一步地，二级深度聚结模块6中，疏水颗粒在水介质中的亲水指数为0-4mJ1/2/m，亲水颗粒在水介质中的亲水指数不小于6mJ1/2/m。
一级快速聚结模块5的高度为壳体2直径的0.2-0.8倍，二级深度聚结模块6的高度为壳体2直径的0.6-1.2倍，深度油水分离模块7的高度为壳体2直径的0.2-0.4倍。
油液均布盘的顶部敞口处连接有一个均布器。
本发明还提供了利用上述装置进行油品分级脱水净化的方法，包括如下步骤：
(1)含水及悬浮物的油品从进料口1进入，通过流体均布器整流实现油品沿流动方向的径向均匀分布并避免油品直接冲刷下面的分离模块，增强分散相水滴与连续相油品的后续分离效果，整流后进入一级快速聚结模块5，油中水滴在亲水颗粒上快速破乳、聚结、长大，油中悬浮物在亲水颗粒孔隙中被拦截分离；
(2)经步骤(1)处理后的油品进入二级深度聚结模块6，步骤(1)中未分离的小粒径乳化水滴在亲水颗粒和疏水颗粒上进一步湿润聚结和碰撞聚结；
(3)经步骤(2)处理后的油品经过Y型均匀集油器13进入深度油水分离模块7，油中水滴在深度油水分离模块7上直接拦截、惯性撞击而被捕获。
从进料口1进入的油品中游离水的含量不大于5000mg/L，水滴粒径为0.1-100μm，悬浮物含量不大于100mg/L，悬浮物粒径不大于30μm。
进而，经过步骤(1)处理后，初始粒径为0.1-3μm的水滴以50％的概率增大至5-20μm，初始粒径为3-5μm的水滴增大至10-30μm，初始粒径为10-50μm的水滴快速聚结长大为60-100μm，初始粒径为50-100μm的水滴快速聚结长大为200μm以上，油品中水的含量降低至300mg/L以下，10μm以上的悬浮物颗粒的拦截去除率超过99％，悬浮物含量降低至50mg/L以下；经过步骤(2)处理后，油品中游离水含量降为30mg/L以内，3μm以上悬浮颗粒的拦截去除率超过99％，悬浮物含量降低至10mg/L以内；经过步骤(3)处理后，油品中游离水含量降为10mg/L以内。
经流体均布器3整流后的油品流速，根据油品中所含水滴初始平均粒径不同，选择不同的油品流速。初始水滴平均粒径为0.1-3μm的油品流速不大于0.01m/s，初始水滴平均粒径为3-10μm的油品流速不大于0.015m/s，初始水滴平均粒径为10-15μm的乳液流速不大于0.03m/s，初始水滴平均粒径为10-20μm的油品流速不大于0.06m/s，初始水滴平均粒径为20-60μm的油品流速不大于0.08m/s，初始水滴平均粒径为60-100μm的油品流速不大于0.1m/s。
经过本发明的适用于油品分级脱水净化的装置和方法处理后，含水及悬浮物的油品中初始粒径小于10μm的水滴去除率不小于95％，初始粒径大于10μm的水滴去除率不小于99％，悬浮物的拦截去除率超过99％，系统操作压降不大于0.15Mpa，系统操作压降是指进料口1和油相出口12的压力差。
进料口1和油相出口12压降累计至≧0.2MPa后，由PLC自动控制装置调节电动截止阀16的开闭，通入净化油进行反冲洗。工厂需处理的油液可能含油固体杂质，脱水时固体杂质会在床层不断累积，从而造成床层堵塞，通过反冲洗能清除截留在床层中的固体杂质，使床层在短时间内恢复正常工作能力。
某石化公司采用本发明适用于油品分级脱水净化的装置和方法，对延迟焦化装置中焦化柴油及航煤加氢装置中沉降罐出口的航空煤油进行脱水处理。操作条件见下表1。
表1操作条件
介质 焦化柴油 航空煤油
流量，t/h 150 80
操作温度，℃ 75 28
入口压力，MPa 0.6 0.4
正常操作时压降，MPa <0.15 <0.15
入口含水量，ppm 1500-3000 185-260
入口悬浮物含量，ppm 80-98 \
出口含水量要求，ppm <200 <40
出口悬浮物含量要求，ppm <30 \
方案选择：本方案中延迟焦化装置中焦化柴油的入口含水量及悬浮物含量较高，水滴大多以乳化态形式存在，因出口要求含水量稳定在200ppm以下，悬浮物含量稳定在30ppm以下，因此采用流体整流器、一级快速聚结模块5、二级深度聚结模块6、深度油水分离模块7的组合方法进行分级处理。其中，一级快速聚结模块5填充粒径为0.3-0.6mm的玻璃，且其高度为0.6m，直径为1.5m；二级深度聚结模块6由0.6-0.8mm的聚苯乙烯和陶瓷以3：2的体积比均匀混合而成，且其高度为1.5m，直径为1.5m；深度油水分离模块7由粒径为0.7-0.9mm的特氟龙填充而成，且其高度为0.45m，直径为1.5m。经整流后油品流速不超过0.012m/s。
航煤加氢装置中沉降罐出口的航空煤油的入口含水量不高，经过沉降罐的重力沉降作用，入口水滴平均粒径较小，因此采用流体整流器、一级快速聚结模块5、二级深度聚结模块6、深度油水分离模块7的组合方法进行分级处理。其中，一级快速聚结模块5填充粒径为0.5-1.0mm的陶瓷，且其高度为0.36m，直径为1.2m；二级深度聚结模块6由0.8-1.0mm的聚苯乙烯和玻璃以5：3的体积比均匀混合而成，且其高度为0.84m，直径为1.2m；深度油水分离模块7由粒径为0.9-1.2mm的聚丙烯填充而成，且其高度为0.3m，直径为1.2m，经整流后油品流速不超过0.015m/s。
采用本发明方法和装置的运行测试效果如下表2和表3：
表2延迟焦化装置中焦化柴油的运行测试效果
Figure BDA0002797263630000101
表3航煤加氢装置中沉降罐出口的航空煤油的运行测试效果
Figure BDA0002797263630000102
Figure BDA0002797263630000111
结果分析：延迟焦化装置的焦化柴油脱水除悬后，出口平均含水量为60-95ppm，符合小于100ppm的要求，出口平均游离水含量低于10ppm，符合小于100ppm的要求，出口悬浮物平均含量为5-10ppm，符合小于30ppm的要求。航煤加氢装置的沉降罐出口的航空煤油脱水后，出口平均含水量为15-33ppm，稳定小于40ppm的要求。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种适用于油品分级脱水净化的装置，其特征在于，包括壳体，所述壳体的顶部设有进料口，所述壳体的底部连接有水包，所述水包的底部设有水相出口，所述水包的侧面设有反洗液入口；
所述壳体内部从上到下依次设有流体均布器、第一反洗拦截板、一级快速聚结模块、第二反洗拦截板和二级深度聚结模块，所述二级深度聚结模块的下方设有深度油水分离模块和Y型均匀集油器；所述一级快速聚结模块由亲水颗粒均匀填充、所述二级深度聚结模块包括均匀填充的亲水颗粒和疏水颗粒，所述深度油水分离模块包括均匀填充的疏水颗粒；所述二级深度聚结模块中，疏水颗粒在水介质中的亲水指数为0-4mJ1/2/m，亲水颗粒在水介质中的亲水指数不小于6mJ1/2/m；
所述Y型均匀集油器包括上部的油液均布盘和下部的集油通道，所述油液均布盘位于所述二级深度聚结模块下方，所述油液均布盘为均匀开有多个贯通孔的分布板，所述集油通道穿过所述深度油水分离模块；
所述壳体的上部和下部之间连接有压差变送器，所述油液均布盘和所述深度油水分离模块之间的所述壳体上开有油相出口，所述油相出口和所述反洗液入口之间连接有管线并设有电动截止阀，所述进料口通过管线连接有电动三通阀。
2.根据权利要求1所述的适用于油品分级脱水净化的装置，其特征在于，所述压差变送器、所述电动截止阀和所述电动三通阀连接着PLC控制装置，所述水包上设有液位计。
3.根据权利要求1所述的适用于油品分级脱水净化的装置，其特征在于，所述一级快速聚结模块中亲水颗粒在油品中与水的接触角不超过80°，其颗粒粒径为0.1-1.0mm；所述二级深度聚结模块中亲水颗粒和疏水颗粒填充体积比为1:2-5:1，其颗粒粒径为0.5-1.0mm；所述深度油水分离模块中疏水颗粒在油品中与水的接触角不小于100°，其颗粒粒径为0.6-1.2mm。
4.根据权利要求1所述的适用于油品分级脱水净化的装置，其特征在于，所述一级快速聚结模块的高度为所述壳体直径的0.2-0.8倍，所述二级深度聚结模块的高度为所述壳体直径的0.6-1.2倍，所述深度油水分离模块的高度为所述壳体直径的0.2-0.4倍。
5.根据权利要求1所述的适用于油品分级脱水净化的装置，其特征在于，所述流体均布器为一厚板，所述厚板上均匀开孔，所述孔的形状为圆形或方形，开孔率不小于70％。
6.根据权利要求1-5任一项所述的装置进行油品分级脱水净化的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)含水及悬浮物的油品从进料口进入，通过流体均布器整流后进入一级快速聚结模块，油中水滴在亲水颗粒上快速破乳、聚结、长大，油中悬浮物在亲水颗粒孔隙中被拦截分离；
(2)经步骤(1)处理后的油品进入二级深度聚结模块，步骤(1)中未分离的小粒径乳化水滴在亲水颗粒和疏水颗粒上进一步湿润聚结和碰撞聚结；
(3)经步骤(2)处理后的油品经过Y型均匀集油器进入深度油水分离模块，油中水滴在深度油水分离模块上直接拦截、惯性撞击而被捕获。
7.根据权利要求6所述的油品分级脱水净化的方法，其特征在于，从进料口进入的油品中游离水的含量不大于5000mg/L，水滴粒径为0.1-100μm，悬浮物含量不大于100mg/L，悬浮物粒径不大于30μm。
8.根据权利要求6所述的油品分级脱水净化的方法，其特征在于，
经过步骤(1)处理后，初始粒径为0.1-3μm的水滴以50％的概率增大至5-20μm，初始粒径为3-5μm的水滴增大至10-30μm，初始粒径为10-50μm的水滴快速聚结长大为60-100μm，初始粒径为50-100μm的水滴快速聚结长大为200μm以上，油品中水的含量降低至300mg/L以下，10μm以上的悬浮物颗粒的拦截去除率超过99％，悬浮物含量降低至50mg/L以下；
经过步骤(2)处理后，油品中游离水含量降为30mg/L以内，3μm以上悬浮颗粒的拦截去除率超过99％，悬浮物含量降低至10mg/L以内；
经过步骤(3)处理后，油品中游离水含量降为10mg/L以内。
9.根据权利要求6所述的油品分级脱水净化的方法，其特征在于，初始水滴平均粒径为0.1-3μm的油品流速不大于0.01m/s，初始水滴平均粒径为3-10μm的油品流速不大于0.015m/s，初始水滴平均粒径为10-15μm的乳液流速不大于0.03m/s，初始水滴平均粒径为10-20μm的油品流速不大于0.06m/s，初始水滴平均粒径为20-60μm的油品流速不大于0.08m/s，初始水滴平均粒径为60-100μm的油品流速不大于0.1m/s。
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