CN112500885B - 一种电场耦合介质聚结的油品深度脱水方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电场耦合介质聚结的油品深度脱水方法及装置。含乳化水的油品流入介质分离单元，将乳化液中的粒径较大的水滴聚结分离，从而完成对乳化液的初步破乳；然后流经一级油水分离组件，利用重力沉降原理分离经填料介质聚结长大的水滴，分离后的油水两相分别流出介质分离单元；经过初步分离后的油相流入电‑介耦合分离单元进行油水两相的深度分离，水相受到电场力的强制迁移与填料介质聚结的双重作用，使油相中粒径较小、较难分离的水滴被捕获并聚结；然后流经二级油水分离组件，对水相和油相进行再次分离，实现油品的深度脱水。本发明适用于石油化工、煤化工等领域高乳化含水油品的深度脱水，对油品深度脱水具有重大的积极意义和经济价值。

Description

一种电场耦合介质聚结的油品深度脱水方法和装置

技术领域

本发明属于石油化工油品脱水领域，具体涉及一种电场耦合介质聚结的油品深度脱水方法和装置。

背景技术

目前，我国大多数油田开采已经进入中高含水期，产出的原油伴有大量的产出水。而在原油提炼加工过程中，许多工艺环节都需要进行油相脱水。如果含水量过高，对工艺生产会造成一定影响，严重时会对装置造成一定损耗且会有爆炸危险，且产出的工艺成品也会不达标。其中喷气燃料对含水量要求极为严格，如果脱水效果不理想，喷气燃料中富含大量的水，会加速燃料的氧化速度，产生粘稠状化合物，改变理化性能；降低燃料粘度，干扰抗静电添加剂效果，容易聚集自由电荷从而导致爆炸危险，所以油品进行深度脱水十分必要。但现有的油品脱水技术具有不同程度的局限性，脱水的深度也不足以满足要求。如传统重力沉降分离法只能对游离态的水滴进行去除，对以油包水形式存在的乳化态处理效果微弱；水力旋流法因无法避免在旋流过程中产生的二次乳化，也不适用于乳化水的分离；膜分离、吸附等精细化分离技术，由于成本高昂、不具备长期稳定运行的条件等原因，难以处理炼油厂等场合的复杂油品。

因此本领域丞需综合传统单一分离技术优势，开发新型的效率高的具有重大的积极意义和经济价值的油品深度脱水方法与装置。

发明内容

本发明针对现有技术存在的不足，提供一种电场耦合介质聚结的油品深度脱水方法，包含：

步骤1：含乳化水的油品首先通过动力单元，流入介质分离单元，通过介质分离单元内的填料介质的聚结作用，将乳化液中的粒径较大的水滴聚结分离，从而完成对乳化液的初步破乳；然后流经一级油水分离组件，根据油和水的密度差，利用重力沉降原理分离经填料介质聚结长大的水滴，分离后的油水两相分别流出介质分离单元；

步骤2：经过初步分离后的油相流入电-介耦合分离单元，进行油水两相的深度分离，在电-介耦合分离单元内先流经电-介耦合模块，水相在电-介耦合模块中受到电场力的强制迁移与填料介质聚结的双重作用，使油相中粒径较小、较难分离的水滴被捕获并聚结；然后流经二级油水分离组件，在二级油水分离组件的分离作用下，将水相和油相进行再次分离，实现油品的深度脱水；

步骤3：从介质分离单元以及电-介耦合分离单元中分离出的水，分别通过管线排出，在污水收集装置中收集；深度脱水后的油相通过电-介耦合分离单元的出油口流出。

本发明进一步设置为，包含以下步骤：

首先，含乳化水的油品通过动力单元流入介质分离单元，油品中含乳化水的浓度不大于3000mg/L，乳化水的粒径为0.1～100μm，操作温度为5～95℃；在介质分离单元内通过填料介质对粒径较大的水滴进行捕获、聚并、长大，并经过油水分离组件进行分离，该过程中油品中非溶解态水含量降低至<800mg/L，乳化水粒径为0.1～10μm；

经过介质分离单元后含未分离的粒径较小的乳化水的油品，进入电-介耦合分离单元，在电场作用下，微小粒径的水滴界面膜被破坏或削弱，加速水滴振荡，使水滴更容易被填充的填料介质捕获、聚结长大，并经油水分离组件分离，该过程后油品中非溶解态水含量降低至<30mg/L，实现对油品进行了深度分离。

本发明进一步设置为，电-介耦合分离单元中通过电源产生的电场形式可为直流电场、脉冲电场、交流电场，电压强度范围为0.5～15kv/cm。

本发明进一步设置为，含乳化水的油品在介质分离单元中的压降在0.1MPa以内，在电-介耦合分离单元中的压降为0.1MPa以内。

本发明进一步设置为，含乳化水的油品在介质分离单元中的截面流速范围为0.005～0.1m/s，在电-介耦合分离单元中的截面流速范围为0.005～0.1m/s。

本发明还提供了一种实现上述的油品深度脱水方法的装置，该装置包括动力单元、第一分离腔体和第二分离腔体；第一分离腔体内从上到下设有介质分离单元和一级油水分离组件，第二分离腔体内从上到下设有电-介耦合分离单元和二级油水分离组件；第一腔体的下部开有第一出口，第二腔体的上部设有第二进口，第一出口和第二进口连通；第一出口下方的第一腔体上开有第一水相出口，第二腔体的下部开有净化油出口，净化油出口下方的第二腔体上开有第二水相出口，第一水相出口和第二水相出口连通污水收集装置。

本发明进一步设置为，介质分离单元包括填料介质，填料介质由一种或多种亲水性或者亲水性与疏水性组合的介质颗粒组成。

本发明进一步设置为，介质颗粒为尺寸0.2mm～5mm的球形或异形颗粒。可以是多种尺寸的颗粒分层布置，组成不同型式的介质床层；介质颗粒填充在上下两片固定孔板间，可做成模块形式，方便拆卸、更换、清理。

本发明进一步设置为，电-介耦合分离单元由电极组件和填料介质组成；电极组件包括环形电极，环形电极通过导线外接电源，环形电极包括紧贴装置内壁的圆筒电极和位于中心的圆柱电极，填料介质均匀填充在紧贴装置内壁的圆筒电极中；紧贴装置内壁的圆筒电极为阳极，位于中心的圆柱电极为阴极。

本发明进一步设置为，紧贴装置内壁的圆筒电极内径为0.5～2.8m，外径为0.6～3.2m，厚度为0.1～0.4m，长度为0.6～3.6m；位于中心的圆柱电极直径为0.05～0.3m，长度为0.6～3.6m。

本发明进一步设置为，紧贴装置内壁的圆筒电极和位于中心的圆柱电极的顶部和底部固定有聚四氟乙烯孔板，填料介质均匀填充在紧贴装置内壁的圆筒电极和聚四氟乙烯孔板之间；填料介质由非导电的一种或多种亲水性介质颗粒组成，为0.5～3mm的球形或异形颗粒。

本发明进一步设置为，一级油水分离组件和二级油水分离组件分别位于第一分离腔体和第二分离腔体高度的0.05～0.15；第一出口和第一水相出口位于第一分离腔体高度的0～0.2，净化油出口和第二水相出口位于第一分离腔体高度的0～0.2；介质分离装置和电-介耦合分离装置分别位于第一分离腔体和第二分离腔体高度的0.3～0.7。

本发明具有以下有益效果：该方法可适用于对油品含水率要求高的油品深度脱水过程，且分离效率高、脱出深度高、油品适应性好。

附图说明

图1是本发明的油品深度脱水装置的结构示意图。

其中，1、动力单元；2、第一分离腔体；3、介质分离单元；4、一级油水分离组件；5、电源；6、导线；7、电-介耦合分离单元；8、填料介质；9、环形电极；9-1、紧贴装置内壁的圆筒电极；9-2、位于中心的圆柱电极；10、二级油水分离组件；11、污水收集装置；12、第二分离腔体；13、第一出口；14、第二进口；15、第一水相出口；16、净化油出口；17、第二水相出口。

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。

实施例1

本实施例提供一种电场耦合介质聚结的油品深度脱水方法的装置，参见图1，该装置包括动力单元1、第一分离腔体2和第二分离腔体12。第一分离腔体2内从上到下设有介质分离单元3和一级油水分离组件4，第二分离腔体12内从上到下设有电-介耦合分离单元7和二级油水分离组件10。第一腔体的下部开有第一出口13，第二腔体的上部设有第二进口14，第一出口13和第二进口14连通。第一出口13下方的第一腔体上开有第一水相出口15，第二腔体的下部开有净化油出口16，净化油出口16下方的第二腔体上开有第二水相出口17，第一水相出口15和第二水相出口17连通污水收集装置11。

介质分离单元3包括填料介质，填料介质由一种或多种亲水性或者亲水性与疏水性组合的介质颗粒组成。介质颗粒为球形或异形颗粒，多种尺寸的颗粒分层布置，组成不同型式的介质床层；介质填充在上下两片固定孔板间，可做成模块形式，方便拆卸、更换、清理。

电-介耦合分离单元7由电极组件和填料介质8组成，电极组件包括环形电极，环形电极9通过导线外接电源5。环形电极9包括紧贴装置内壁的圆筒电极9-1和位于中心的圆柱电极9-2，填料介质8均匀填充在紧贴装置内壁的圆筒电极中。紧贴装置内壁的圆筒电极9-1为阳极，位于中心的圆柱电极9-2为阴极。进一步地，紧贴装置内壁的圆筒电极9-1和位于中心的圆柱电极9-2的顶部和底部固定有聚四氟乙烯孔板，填料介质8均匀填充在紧贴装置内壁的圆筒电极9-1和聚四氟乙烯孔板之间；填料介质8由非导电的一种或多种亲水性介质颗粒组成，为球形或异形颗粒。

一级油水分离组件4和二级油水分离组件10的主体结构为上下叠放的多层波纹板，波纹板上开有多个小孔，图1中水平部分为波纹板，倾斜部分为连接在波纹板端部的倾斜板，这里倾斜板的作用一是用于将波纹板固定到第一分离腔体上，二是用于便于液体流下进入波纹板，三是为第一出口留出空间。

第一出口13和第一水相出口15之间的第一分离腔体上设有L形隔板，防止大水滴从第一出口13流出。

实施例2

某石化厂柴油加氢装置改为溶剂油加氢装置后，油品经过反应脱硫脱氮后加热进入硫化氢汽提塔脱除硫化氢组分，汽提塔底油经过脱水沉降罐后带水严重，导致油品外观浑浊，影响航空煤油出厂。采用本发明的油品深度脱水装置，对从脱水沉降罐后的油品进行脱水处理，油品外观澄清，油品含水量明显下降，满足航空煤油的出厂要求。

经过下述步骤：

(1)汽提塔底油品中含乳化水的的浓度为580mg/L，在介质分离单元3内通过填料介质对粒径较大的水滴进行捕获、聚并、长大，并经过油水分离组件进行分离，所述乳化水的粒径为0.1～100μm，操作温度为25℃；该过程中油品中非溶解态水含量降低至80mg/L，乳化水粒径为0.1～10μm。

(2)经过介质分离单元3后含未分离的粒径较小的乳化水的油品，进入电-介耦合分离单元7，在电场作用下，微小粒径的水滴界面膜被破坏或削弱，加速水滴振荡，使水滴更容易被填充的填料介质8捕获、聚结长大，并经油水分离组件分离，该过程后油品中非溶解态水含量降低至30mg/L，从而实现对油品进行了深度分离。

结果分析：设备进口汽提塔底油中含有580mg/L的乳化水，设备净化油出口16油中水含量为30mg/L，刚好满足航空煤油中水含量不高于30mg/L的分离标准。

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 (10)

1.一种电场耦合介质聚结的油品深度脱水方法，其特征在于，包含：

步骤 1：含乳化水的油品首先通过动力单元，流入介质分离单元，通过介质分离单元内的填料介质的聚结作用，将乳化液中的粒径较大的水滴聚结分离，从而完成对乳化液的初步破乳；然后流经一级油水分离组件，根据油和水的密度差，利用重力沉降原理分离经填料介质聚结长大的水滴，分离后的油水两相分别流出介质分离单元；在介质分离单元内通过填料介质对粒径较大的水滴进行捕获、聚并、长大，并经过油水分离组件进行分离，该过程中油品中非溶解态水含量降低至<800mg/L，乳化水粒径为 0.1~10μm；

步骤 2：经过初步分离后的油相流入电-介耦合分离单元，进行油水两相的深度分离，在电-介耦合分离单元内先流经电-介耦合模块，水相在电-介耦合模块中受到电场力的强制迁移与填料介质聚结的双重作用，使油相中粒径较小、较难分离的水滴被捕获并聚结；然后流经二级油水分离组件，在二级油水分离组件的分离作用下，将水相和油相进行再次分离；该过程后油品中非溶解态水含量降低至<30mg/L，实现油品的深度脱水；

步骤 3：从介质分离单元以及电-介耦合分离单元中分离出的水，分别通过管线排出，在污水收集装置中收集；深度脱水后的油相通过电-介耦合分离单元的出油口流出；

其中，所述介质分离单元包括填料介质，所述介质分离单元的填料介质由一种或多种亲水性或者亲水性与疏水性组合的介质颗粒组成；所述电-介耦合分离单元由电极组件和填料介质组成，所述电-介耦合分离单元的填料介质由非导电的一种或多种亲水性介质颗粒组成；电极组件包括环形电极，环形电极通过导线外接电源，环形电极包括紧贴装置内壁的圆筒电极和位于中心的圆柱电极，填料介质均匀填充在紧贴装置内壁的圆筒电极中；紧贴装置内壁的圆筒电极为阳极，位于中心的圆柱电极为阴极。

2.根据权利要求1所述的油品深度脱水方法，其特征在于，含乳化水的油品通过动力单元流入介质分离单元，油品中含乳化水的浓度不大于 3000mg/L，乳化水的粒径为 0.1~100μm，操作温度为 5~95℃。

3.根据权利要求1所述的油品深度脱水方法，其特征在于，电-介耦合分离单元中通过电源产生的电场形式可为直流电场、脉冲电场、交流电场，电压强度范围为 0.5~15kv/cm。

4.根据权利要求1所述的油品深度脱水方法，其特征在于，含乳化水的油品在介质分离单元中的压降在 0.1MPa 以内，在电-介耦合分离单元中的压降为 0.1MPa 以内。

5.根据权利要求1所述的油品深度脱水方法，其特征在于，含乳化水的油品在介质分离单元中的截面流速范围为 0.005~0.1m/s，在电-介耦合分离单元中的截面流速范围为0.005~0.1m/s。

6.一种实现权利要求1-5任一项所述的油品深度脱水方法的装置，其特征在于，该装置包括动力单元、第一分离腔体和第二分离腔体；第一分离腔体内从上到下设有介质分离单元和一级油水分离组件，第二分离腔体内从上到下设有电-介耦合分离单元和二级油水分离组件；第一腔体的下部开有第一出口，第二腔体的上部设有第二进口，第一出口和第二进口连通；第一出口下方的第一腔体上开有第一水相出口，第二腔体的下部开有净化油出口，净化油出口下方的第二腔体上开有第二水相出口，第一水相出口和第二水相出口连通污水收集装置。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，介质颗粒为尺寸0.2mm~5mm 的球形或异形颗粒。

8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，紧贴装置内壁的圆筒电极内径为 0.5~2.8m，外径为 0.6~3.2m，厚度为 0.1~0.4m，长度为 0.6~3.6m；位于中心的圆柱电极直径为0.05~0.3m，长度为 0.6~3.6m。

9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，紧贴装置内壁的圆筒电极和位于中心的圆柱电极的顶部和底部固定有聚四氟乙烯孔板；填料介质为 0.5~3mm 的球形或异形颗粒。

10.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，一级油水分离组件和二级油水分离组件分别位于第一分离腔体和第二分离腔体高度的0.05~0.15；第一出口和第一水相出口位于第一分离腔体高度的 0~0.2，净化油出口和第二水相出口位于第一分离腔体高度的 0~0.2；介质分离装置和电-介耦合分离装置分别位于第一分离腔体和第二分离腔体高度的0.3~0.7。

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