CN112500886A - 一种电场协同介质聚结强化油品脱水的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电场协同介质聚结强化油品脱水的方法及装置，以电场协同介质聚结强化油包水型(W/O)乳状液深度破乳为核心，处理流程由预处理单元和深度处理单元组成，预处理单元为多介质过滤模块、介质聚结模块的单一或组合，主要针对分散态水滴、粒径>5μm乳化水滴以及悬浮物的脱除；深度处理单元为电‑介协同强化破乳模块，该模块将水滴电流体动力学(EHD)迁移运动与介质聚结作用有机耦合，属于多物理场协同的物理法强化破乳技术，集中针对粒径0.1～5μm微小乳化水滴的深度脱除。

Description

一种电场协同介质聚结强化油品脱水的方法及装置

技术领域

本发明属于液-液非均相分离技术领域领域，针对高含水、高乳化、含悬浮物的油品，提供一种电场协同介质聚结强化油品脱水的方法及装置，尤其适用于油气开采、石油化工、煤化工等行业生产中产生的含水油品的净化处理。

背景技术

在石油和化学工业中，高效脱除连续油相中分散的水相非常重要。在石油开采过程中极易形成W/O型的原油乳状液，所含的水分会引起设备腐蚀、增加运输成本及加工过程中的催化剂失活等问题。在燃料油中，含水引起发动机敏感部位腐蚀、促进微生物生长及堵塞喷射系统，因此燃料油脱水是保护喷射系统的基本要求，一般对自由水零容忍。

目前在石油开采中，原油脱水广泛采用静电脱水器，一般将含水量10～30％(v/v)的原油脱除至含水量0.1～0.5％(v/v)，此类静电脱水器都采用交流或脉冲电场，主要的水滴-水滴聚结机制为偶极聚结，聚结的前提是需形成水滴链或水滴对，只有相邻水滴间距离足够小时偶极引力才能发挥作用，因此静电脱水器通常仅适用于高含水油品的初步脱水，难以用于油品的深度脱水，且由于电诱导聚结停留时间和沉降时间的要求长，导致静电脱水器体积庞大。

在石油炼制过程中，汽提、分馏等单元操作会导致燃料油中含水，乳化水含量一般不超过几千mg/L，需要脱除自由水以满足燃料油产品指标。聚结滤芯和分离滤芯常被联合使用，用以脱除燃料油中的乳化水滴，由于滤芯致密的过滤层极易堵塞、污染失效，因此滤芯寿命短、更换频繁。此外，如纤维床、颗粒床等常规介质聚结也被用于预脱水处理，由于此类介质床层的孔隙率高，需要的床层厚度大，且由于流体的粘性效应，难以捕获分离5μm以下的水滴。

现有的静电脱水、滤芯、介质聚结等技术都存在各自的缺点和不足，难以满足紧凑、高效深度、长周期的油品脱水处理需求，迫切需要设法强化分离，在此背景下，探索发展电场与介质聚结协同强化的物理法破乳分离新技术具有意义。本专利发明人认为水滴在直流电场中的电流体动力学(EHD)迁移现象可被用来加速乳化水滴，并使其与介质发生碰撞，经研究发现，电场与介质聚结是优势互补的破乳分离技术一方面，电场对水滴的EHD迁移作用，可使水滴脱离粘性绕流的连续油相流体流线而与介质表面发生碰撞，克服微小水滴与介质表面间碰撞效率低的问题；另一方面，处于电场中的聚结介质可为水滴聚结提供广泛的介质位点，介质的拦截、润湿聚结作用可直接捕获并诱导水滴快速聚结，水滴-介质碰撞聚结机制突破了传统静电脱水器中主要依赖水滴链、水滴对中水滴极化偶极聚结的电聚结机制。由于电场的施加促进了水滴-介质的碰撞，可以采用具有大孔隙通道的介质床层替代致密的聚结滤芯，从而避免了堵塞并减少了流动阻力。

经动态破乳分离性能测试，本专利发明人发现电-介协同展现出显著的强化分离效果，在破乳速率、分离深度上都显著优于单独电场或介质聚结的处理效果，且随乳状液乳化程度的加剧其优势更加显著，经粒径分析发现电-介协同可高效分离粒径0.1～5μm的微小乳化水滴，该技术在高乳化油品的脱水处理中极具应用潜力。本发明的核心电-介协同强化破乳模块正是基于上述研究基础提出的，该模块的破乳分离原理和实施装置在国内外油品脱水处理领域属技术创新前沿。本专利发明人前期申请的专利CN201910291842.X、CN201920482634.3、CN201910287441.7公开了一种电场强化纤维模块，但存在填充介质型式及装置单一、纤维介质及模块型式的排水较困难、缺乏分离原理及操作条件及关键参数等系统性阐述、缺乏物料适应性及相关技术匹配考虑等诸多系统性问题。

鉴于工业含水油品的成分复杂，本发明还设计了具有不同分离功能的模块或装置的组合(多介质过滤模块或装置、介质聚结模块或装置)作为预处理单元，进行分质、分级处理及整体协同配合，预处理单元的作用为除去容易分离的分散态水滴、较低分离难度的5～10μm的乳化水滴、部分难分离的1～5μm的乳化水滴、以及脱除悬浮物，保障电-介协同强化破乳模块或装置的进液性质为低含水、超低含悬，减轻深度处理单元负荷，以充分发挥电-介协同强化破乳模块或装置集中针对0.1～5μm微小乳化水滴的强化破乳分离功效，从而达到紧凑高效、深度处理的目的。

发明内容

从高含水、高乳化、含悬浮物的油品的深度脱水处理的实际需求出发，本发明提供了一种电场协同介质聚结强化油品脱水的方法及装置，以克服当前静电脱水器、聚结滤芯过滤器、介质聚结器等处理方法的不足。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种电场协同介质聚结强化油品脱水的方法，利用预处理单元和深度处理单元进行处理；预处理单元为多介质过滤模块、介质聚结模块的单一或组合，用于分散态水滴、粒径>5μm乳化水滴以及悬浮物的脱除；深度处理单元为电-介协同强化破乳模块，属于多物理场协同的物理法强化破乳技术，电-介协同强化破乳模块将水滴电流体动力学运动与介质聚结作用有机耦合，用于粒径0.1～5μm微小乳化水滴的深度脱除。各模块功能间的协同配合可实现含水油品的高效脱水、除悬，处理后净化油中悬浮物含量一般<5mg/L、自由水含量一般<5～15mg/L。

本发明进一步设置为，针对高含水、高乳化且脱水、除悬双重需求的油品处理，采用串联的多介质过滤模块装置和电-介协同强化破乳模块装置，所述多介质过滤模块装置包括所述多介质过滤模块，所述电-介协同强化破乳模块装置包括所述电-介协同强化破乳模块；

待处理的含水油品来料首先进入多介质过滤模块装置，在多介质过滤模块装置内将散堆的介质床层对水滴的聚结作用、对悬浮物的深层过滤拦截作用两种功能作用进行了耦合，实现粒径>2μm的悬浮物完全脱除，粒径0.2～2μm的悬浮物的脱除效率＞90％，粒径>10μm的分散态水滴完全脱除，粒径>5μm的乳化水滴的脱除效率＞80％，出油中自由水含量<100mg/L，出水中悬浮物含量<5mg/L；多介质过滤模块装置的出油进入电-介协同强化破乳模块装置，在电-介协同强化破乳模块装置内将电场强制微小水滴迁移运动的电流体动力学(EHD)作用、介质聚结作用两种功能作用进行耦合，电-介协同强化破乳的作用机理为：一方面，电场对水滴的迁移作用，可使水滴脱离粘性绕流的水流体流线而与介质表面发生碰撞，克服微小水滴与介质表面间碰撞效率低的问题；另一方面，处于电场中的聚结介质可为水滴聚结提供广泛的介质位点，介质的拦截、润湿聚结作用可减小水滴迁移距离并诱导快速聚结，水滴-介质碰撞聚结机制突破了传统静电脱水器中主要依赖水滴链、水滴对中水滴极化偶极聚结的电聚结机制。实现粒径>1μm的乳化水滴完全脱除，粒径0.1～1μm的乳化水滴的脱除效率＞90％，出油中自由水含量<10mg/L。

本发明进一步设置为，针对高含水但不考虑悬浮物的油品脱水处理，采用串联的介质聚结模块装置和电-介协同强化破乳模块装置，所述介质聚结模块装置包括所述介质聚结模块，所述电-介协同强化破乳模块装置包括所述电-介协同强化破乳模块；

待处理的含水油品来料首先进入介质聚结模块装置，介质聚结模块装置内置有致密介质，利用致密介质的聚结、拦截作用进行水滴的捕获与聚结分离，该模块装置对粒径1～3μm乳化水滴的脱除效率＞80％，出油中自由水含量<30～50mg/L，出油进入电-介协同强化破乳模块装置进一步处理，最终处理后出油中的自由水含量一般<5mg/L。

本发明还提供了实现上述油品脱水方法的装置，所述装置包括所述电-介协同强化破乳模块，所述电-介协同强化破乳模块包括电极组件和介质，所述电极组件包括多个电极，所述电极外接电源系统，所述介质填充在所述电极周围。

其中，电源系统为电-介协同强化破乳模块提供电力，可产生直流、交流、脉冲等多种可调电压波形，输出电压1～200kV、频率0～10kHz、占空比0.1～0.9，配有示波器显示输出的电学参数。

其中，所述电极的形状为平板状、圆筒状、柱棒状、圆环板状、网状平板状、网状平板状；所述介质为散堆介质或规整介质；所述电-介协同强化破乳模块中的水流为平流式或竖流式。

具体的，所述电-介协同强化破乳模块内的液流方向可为平流式、竖流式，液流方向既可以与电极平行、与电场方向垂直，也可以与电极垂直、与电场方向平行，水滴皆可受到介电泳力或接触充电后受到电泳力主导水滴的迁移运动。介质层横截面的液流平均流速0.001～0.1m/s，当为规整介质填充时可采用平流式或竖流式，当为散堆介质填充时应采用竖流式，模块的结构型式可为但不限于液流方向与电极平行型式下的平板电极-规整介质填充-平流式或竖流式、圆筒电极-规整介质填充-平流式或竖流式、柱棒电极-规整介质填充-平流式或竖流式、圆环板电极-规整介质填充-平流式或竖流式、平板电极-散堆介质填充-竖流式等，以及液流方向与电极垂直型式下的网状平板电极-规整或散堆介质填充-竖流式、网状平板电极-规整介质填充-平流式、网状圆筒电极-规整或散堆介质填充-平流式等。根据电-介协同强化破乳模块的结构型式的不同，可形成对应模块结构的立式装置或卧式装置。

更具体的，电-介协同强化破乳模块中电极组件的电极板间距2～40cm、电极板厚度＞2mm，电极板以涂覆绝缘层为宜，也可为裸电极但需控制介质层快速排水以防短路，电极板间的电场类型为均匀或非均匀电场皆可，电场强度为1～20kV/cm，电场类型的优选顺序依次为直流、双向脉冲、交流，当电场类型为脉冲或交流时，输出频率以1～100Hz的低频为宜，以利于油滴迁移运动。电-介协同强化破乳模块中的填充介质选用非导电材料，可以为单一的亲水性的玻璃、石英砂等无机材料，也可为单一疏水性的树脂、聚丙烯、聚四氟乙烯等等高分子材料，或亲水性材料与疏水性材料的组合。介质形状可为颗粒形、纤维束形或规整介质等，介质床层厚度0.2～2m，当为规整介质填充时床层空隙率0.4～0.95、体积比表面积500～18000m²/m³，当为散堆介质填充时颗粒尺寸0.2～10mm、纤维直径10～500μm、床层空隙率0.4～0.8。

本发明进一步设置为，所述电-介协同强化破乳模块置于电-介协同强化破乳模块装置内，所述电-介协同强化破乳模块装置包括罐体，按照处理顺序，所述罐体内依次设有第二布液盘、所述电-介协同强化破乳模块和强化沉降模块；所述第二布液盘外接第二进油口。强化沉降模块位于电-介协同强化破乳模块之后，作用为加速较大水滴的沉降分离、防止夹带，缩减设备空间。

本发明进一步设置为，所述罐体为立式，所述罐体内从上到下依次设有所述第二布液盘、所述电-介协同强化破乳模块和所述强化沉降模块，所述罐体的底部设有第二排水口，所述强化沉降模块与所述罐体的连接处下方的所述罐体上设有出油口。

本发明进一步设置为，所述罐体为卧式，所述罐体内从左到右依次设有所述第二布液盘、所述电-介协同强化破乳模块和所述强化沉降模块，所述罐体的底部设有第二排水口，所述强化沉降模块右侧的所述罐体的顶部设有出油口。

本发明进一步设置为，所述罐体为卧式，所述罐体内从左到右依次设有所述电-介协同强化破乳模块和所述强化沉降模块，所述第二布液盘位于所述电-介协同强化破乳模块的下方，所述强化沉降模块右侧的所述罐体的底部设有第二排水口，所述强化沉降模块右侧的所述罐体的顶部设有出油口。

本发明进一步设置为，所述装置包括所述多介质过滤模块，所述多介质过滤模块置于多介质过滤模块装置内，所述多介质过滤模块装置包括立式罐体，所述立式罐体内从上到下依次设有第一布液盘、止沸挡板、所述多介质过滤模块和强化沉降模块；所述第一布液盘外接第一进油口，所述立式罐体的顶部开有反冲洗出口，所述反冲洗出口处设有反洗防跑料部件，所述立式罐体的底部设有第一排水口，所述强化沉降模块和所述罐体的连接处下方的所述罐体上设有出油口，所述强化沉降模块和所述罐体的连接处与所述多介质过滤模块之间的所述罐体上设有反冲洗进口，反冲洗时可使用水、蒸汽等。进一步地，所述多介质过滤模块包括滤料层，在所述滤料层的底部设有滤帽和支撑板。在所述滤料层和所述止沸挡板之间的所述立式罐体上设有加料口，在所述滤料层的下部或底部设有卸料口。

其中，第一布液盘的作用为对进液进行均布，结构型式可为但不限于筛孔圆盘洒形、筛孔圆筒形等，为圆盘洒形时直径尺寸为罐体直径的1/2～3/4，竖直方向距离罐体上切线的距离0.2～1m。

其中，止沸挡板的作用为反冲洗时限制滤料膨化的高度，并且还对向下流动的流体具有稳流均布作用，结构型式可为但不限于格栅板、筛孔圆盘板等，止沸挡板距离多介质滤料模块上端的高度为多介质滤料床层整体高度的1/5～3/5。

其中，多介质过滤模块的滤料为不同材质、尺寸、密度等特性的2～4种介质床层的组合，介质形状可为但不限于球状、束状、不规则颗粒状等。例如，上层包括但不限于尼龙、聚氯乙烯等有机高分子颗粒材料，或纤维束、纤维球等软填料，介质尺寸0.2～2mm、介质密度1.1～2.2g/cm³、床层厚度0.5～1m，以分散态水滴聚结分离、悬浮物过滤的功能作用为主；中间层包括但不限于石英砂、金刚砂、沸石等无机颗粒材料的单层或组合层，介质尺寸0.5～3mm、介质密度1.25～3.5g/cm³、床层厚度0.5～3m，以乳化水滴聚结及悬浮物深层过滤拦截的功能作用为主；下层包括但不限于鹅卵石、石榴石、磁铁矿等重质较大尺寸颗粒，介质尺寸4～8mm、介质密度2.6～5.2g/cm³、床层厚度0.3～0.5m，以支撑作用为主；正常操作流量下滤料层的横截面平均流速0.002～0.1m/s。

其中，滤帽及支撑板的主要作用为滤液、支撑滤料床层，滤帽型号根据滤料尺寸、处理量、承压强度等做常规选择，支撑板距离罐体下切线的距离为0.5～1.5m。

其中，强化沉降模块的作用为加速大水滴的沉降分离、防止夹带，以缩减设备空间，形状可为圆筒形、长方体形等，厚度0.05～0.8m、高度0.3～1.5m，平均截面流速为0.005～0.1m/s，模块下端距离罐体下切线距离0.3～1m。强化沉降模块的型式可为叠放的波纹板或斜板，在波纹板或斜板上开孔，或者为低填充密度的介质聚结模块等。

其中，所述多介质过滤模块装置具有反洗再生功能，当进行反洗再生操作时，依次进行水反冲洗、气水联合反冲洗、稳床三个步骤，判断需进行反洗再生操作的指标可为但不限于设定的连续运行时间、出水悬浮物含量>5mg/L、多介质床层压降>0.1～0.2MPa等。

本发明进一步设置为，所述装置包括所述介质聚结模块，所述介质聚结模块置于介质聚结模块装置内，所述介质聚结模块装置包括卧式罐体，所述卧式罐体内从左到右依次设有第一布液盘、介质聚结模块、强化沉降模块和滤芯部件；所述第一布液盘外接第一进油口，所述强化沉降模块右侧的所述卧式罐体的底部设有第一排水口，所述强化沉降模块右侧的所述卧式罐体的顶部设有出油口。

其中，介质聚结模块为由亲/疏水组合纤维编织形成的填充致密度较高的纤维床，工作原理为利用致密介质的聚结、拦截作用对水滴进行捕获与聚结分离，该模块的构造选用专利‘ZL201410211201.6一种适用于油水深度分离的Ω型纤维编织方法’、或‘ZL201410211202.0一种适用于油水分离的X型纤维编织方法’中所述的纤维编织方法及模块几何参数特征。

其中，滤芯部件为油水分离用的聚结滤芯，利用其致密的聚结层、过滤层对微小水滴进行进一步的捕获与聚结分离，由于该滤芯部件易堵塞、寿命短，一般不设置该部件，但在介质聚结模块装置的进液悬浮物含量稳定<0.5mg/L的条件下，可考虑增设，增设滤芯部件时的介质聚结模块装置需设置两级水包。滤芯部件使用市场上常见的聚结滤芯即可，例如玻璃纤维丝等做成毡制作的芯管。

本发明进一步设置为，针对空间受限及具有紧凑型装置设计需求的场合，可将所述预处理单元和所述深度处理单元集成于多模块组合的装置内，形成紧凑型模块化组合装置，所述紧凑型模块化组合装置包括罐体，所述罐体内设有多介质过滤模块、介质聚结模块、电-介协同强化破乳模块、强化沉降模块四个模块中的部分或全部的组合。

紧凑型模块化组合装置可内置有依次为但不限于多介质过滤模块+电-介协同强化破乳模块+强化沉降模块、介质聚结模块+电-介协同强化破乳模块+强化沉降模块等组合型式。

进一步地，受紧凑型模块化组合装置内空间的限制，流体在各模块中的流速相对较快、停留时间相对较短、各模块厚度相对较短，多介质过滤模块内的平均截面流速0.003～0.1m/s、床层厚度0.5～2m；介质聚结模块内的平均截面流速0.01～0.1m/s、床层厚度0.2～1m；电-介协同强化破乳模块内的平均截面流速0.003～0.1m/s、床层厚度0.2～1.5m；强化沉降模块内的平均截面流速0.01～0.1m/s、床层厚度0.05～0.8m。

本发明进一步设置为，所述罐体为立式，所述罐体内从上到下依次设有布液盘、止沸挡板、多介质过滤模块、所述电-介协同强化破乳模块和所述强化沉降模块，所述布液盘外接进油口，所述罐体的顶部设有反冲洗出口，所述反冲洗出口处设有反洗防跑料部件，所述罐体的底部设有排水口，所述强化沉降模块和所述罐体的连接处下方的所述罐体上设有出油口，所述电-介协同强化破乳模块和所述强化沉降模块之间的所述罐体上设有反冲洗进口。

本发明进一步设置为，所述罐体为卧式，所述罐体内从左到右依次设有布液盘、所述多介质过滤模块、所述电-介协同强化破乳模块和所述强化沉降模块，所述布液盘外接进油口，所述多介质过滤模块的上方设有止沸挡板，所述多介质过滤模块下方的所述罐体上设有反冲洗进口，所述罐体底部设有反冲洗出口，所述多介质过滤模块右侧的所述罐体的底部设有排水口，所述强化沉降模块右侧的所述罐体的顶部设有出油口。

本发明进一步设置为，所述罐体为卧式，所述罐体内从左到右依次设有布液盘、所述介质聚结模块、所述电-介协同强化破乳模块和所述强化沉降模块，所述布液盘外接进油口，所述罐体的底部设有排水口，所述强化沉降模块右侧的所述罐体的顶部设有出油口。

本发明中的介质聚结模块装置还可采用专利‘ZL201410210965.3一种油品深度脱水的方法及装置’所述的装置，或具有类似功能的介质聚结脱水装置；当上述装置采用具有类似功能的同类装置替代时，所用同类装置对水滴、悬浮物的分离精度及脱除效果需与被替代装置相近，以保障各模块装置功能及功效间的协同配合，保障电-介协同强化破乳模块装置的进液性质。

进一步地，各装置的排水方式可为界位控制间断排放式、也可为连续排放式，当为连续排放式时排放的富水相的流量为所在装置进料处理量的0.1％～5％。

进一步地，可依据总处理量、油品状况、占地空间等条件，进行单一或全部模块装置的多台串并联，以满足处理规模、处理指标的需求，亦可对单一模块装置的部件组成或整体工艺流程进行适当简化。

综上所述，本发明具有以下有益效果：该方法可适应于高含水、高乳化、含悬浮物的油品的深度脱水处理，对乳化水滴、悬浮物的分离精度分别为0.1μm、0.2μm，针对自由水含量不高于50000mg/L、悬浮物含量不高于300mg/L的含油污水进料，处理后的净化水中的自由水含量<5～15mg/L，悬浮物含量<5mg/L，本发明装置的结构紧凑、占地小、纳污能力强、性能持久，且本发明方法为物理法破乳，可至少削减80％甚至取消化学破乳药剂的用量。

与传统静电脱水器、聚结滤芯过滤器、介质聚结器相比，本发明的装置结构紧凑、水滴分离精度高、纳污能力强，各模块功能间的协同配合可实现含水油品的高效脱水、除悬，特别适合于油气开采、石油化工、煤化工、食品加工等行业中高乳化含水油品的深度破乳脱水处理，满足油品输运或燃料油产品含水指标。

附图说明

图1-1到图1-12分别为电-介协同强化破乳模块的结构型式分类，依次为：平板电极-规整介质填充-平流式、平板电极-规整介质填充-竖流式、圆筒电极-规整介质填充-平流式或竖流式、柱棒电极-规整介质填充-平流式或竖流式、圆环板电极-规整介质填充-平流式、圆环板电极-规整介质填充-竖流式、平板电极-散堆介质填充-竖流式、网状平板电极-散堆介质填充-竖流式、网状平板电极-规整介质填充-竖流式、网状平板电极-规整介质填充-平流式、网状圆筒电极-规整介质填充-平流式、网状圆筒电极-散堆介质填充-平流式；

图2为电-介协同强化破乳模块装置(立式)的结构示意图；

图3为一种电-介协同强化破乳模块装置(卧式)的结构示意图；

图4为另一种电-介协同强化破乳模块装置(卧式)的结构示意图；

图5为又一种电-介协同强化破乳模块装置(卧式)的结构示意图；

图6为本发明的一种组合结构示意图(包括多介质过滤模块装置和电-介协同强化破乳模块装置)；

图7为本发明的一种组合结构示意图(包括介质聚结模块装置和电-介协同强化破乳模块装置)；

图8为本发明的一种组合结构示意图(包括多介质过滤模块装置、介质聚结模块装置和电-介协同强化破乳模块装置)；

图9为一种多介质过滤模块装置的结构示意图；

图10为多介质过滤模块的反冲洗膨化状态；

图11为一种介质聚结模块装置的结构示意图；

图12为紧凑型模块化组合装置的结构示意图(立式)；

图13为紧凑型模块化组合装置的结构示意图(卧式)；

图14为紧凑型模块化组合装置的结构示意图(卧式)。

其中，1-1第一布液盘、1-2止沸挡板、1-3多介质过滤模块、1-4滤帽及支撑板、1-5强化沉降模块、1-6第一进油口、1-7出油口、1-8反冲洗出口、1-9加料口、1-10卸料口、1-11反冲洗进口、1-12第一排水口、1-13反洗防跑料部件、1-14压力表、1-15压差计、1-16界位计。

2-1第一布液盘、2-2介质聚结模块、2-3强化沉降模块、2-4滤芯部件、2-5第一进油口、2-6出油口、2-7第一排水口、2-8压力表、2-9压差计、2-10界位计。

3-1第二布液盘、3-2电源系统、3-3电-介协同强化破乳模块、3-4强化沉降模块、3-5第二进油口、3-6出油口、3-7第二排水口、3-8备用排放口、3-9压力表、3-10压差计、3-11界位计、3-12电极、3-13介质。

4-1多介质过滤模块、4-2介质聚结模块、4-3电-介协同强化破乳模块、4-4强化沉降模块、4-5布液盘、4-6电源系统、4-7进油口、4-8出油口、4-9排水口、4-10反冲洗出口、4-11反冲洗进口、4-12止沸挡板、4-13滤帽及支撑板、4-14反洗防跑料部件、4-15压力表、4-16压差计、4-17界位计。

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。

一、电-介协同强化破乳模块

本发明的电-介协同强化破乳模块3-3包括电极组件和介质3-13，电极组件包括多个电极3-12，电极3-12外接电源系统3-2，介质3-13填充在电极3-12周围。电极3-12的形状为平板状、圆筒状、柱棒状、圆环板状、网状平板状、网状平板状等；介质3-13为散堆介质或规整介质；电-介协同强化破乳模块3-3中的水流为平流式或竖流式。电-介协同强化破乳模块3-3的结构型式可为但不限于：平板电极-规整介质填充-平流式、平板电极-规整介质填充-竖流式、圆筒电极-规整介质填充-平流式或竖流式、柱棒电极-规整介质填充-平流式或竖流式、圆环板电极-规整介质填充-平流式、圆环板电极-规整介质填充-竖流式、平板电极-散堆介质填充-竖流式、网状平板电极-散堆介质填充-竖流式、网状平板电极-规整介质填充-竖流式、网状平板电极-规整介质填充-平流式、网状圆筒电极-规整介质填充-平流式、网状圆筒电极-散堆介质填充-平流式，具体可参见图1-1到图1-12。

进一步地，可以将电-介协同强化破乳模块3-3置于电-介协同强化破乳模块装置内，电-介协同强化破乳模块装置包括罐体，按照处理顺序，罐体内依次设有第二布液盘3-1、电-介协同强化破乳模块3-3和强化沉降模块3-4；第二布液盘3-1外接第二进油口3-5。

选择罐体为立式，参见图2，罐体内从上到下依次设有第二布液盘3-1、电-介协同强化破乳模块3-3和强化沉降模块3-4，选择电-介协同强化破乳模块3-3的结构型式为平板电极3-12-散堆介质填充-竖流式，罐体的底部设有第二排水口3-7，罐体的顶部设有备用排放口3-8，强化沉降模块3-4与罐体的连接处下方的罐体上设有出油口3-6。

选择罐体为卧式，罐体内从左到右依次设有第二布液盘3-1、电-介协同强化破乳模块3-3和强化沉降模块3-4，罐体的底部设有第二排水口3-7，根据电-介协同强化破乳模块3-3的结构不同，可以有多处第二排水口3-7，强化沉降模块3-4右侧的罐体的顶部设有出油口3-6。参见图3，选择电-介协同强化破乳模块3-3的结构型式为圆环板电极-规整介质填充-平流式。参见图5，选择电-介协同强化破乳模块3-3的结构型式为网状平板电极-规整介质填充-平流式。图5的电-介协同强化破乳模块3-3使用网状平板电极-规整介质填充-平流式，相邻的电极间不直接接触，填充的介质可以为导电的或不导电的，当介质为导电介质时，介质与其接触的那个电极形成一个电极，这样可以对其内流通的液滴充电。相比于其他形式，介质同时于两个电极接触，所用的介质必须为不导电的。

选择罐体为卧式，罐体内从左到右依次设有电-介协同强化破乳模块3-3和强化沉降模块3-4，第二布液盘3-1位于电-介协同强化破乳模块3-3的下方，强化沉降模块3-4右侧的罐体的底部设有第二排水口3-7，强化沉降模块3-4右侧的罐体的顶部设有出油口3-6。参见图4，选择电-介协同强化破乳模块3-3的结构型式为圆环板电极-规整介质填充-平流式。

二、电场协同介质聚结强化油品脱水的装置(分体式)

(1)包含多介质过滤模块装置和电-介协同强化破乳模块装置

参见图6和图9，其中的多介质过滤模块1-3置于多介质过滤模块装置内，多介质过滤模块装置包括立式罐体，立式罐体内从上到下依次设有第一布液盘1-1、止沸挡板1-2、多介质过滤模块1-3和强化沉降模块1-5；第一布液盘1-1外接第一进油口1-6，立式罐体的顶部开有反冲洗出口1-8，反冲洗出口1-8处设有反洗防跑料部件1-13，立式罐体的底部设有第一排水口1-12，强化沉降模块1-5和罐体的连接处下方的罐体上设有出油口1-7，强化沉降模块1-5和罐体的连接处与多介质过滤模块1-3之间的罐体上设有反冲洗进口1-11。多介质过滤模块1-3包括滤料层，在滤料层的底部固定有滤帽及支撑板1-4，在滤料层和止沸挡板之间的立式罐体上设有加料口1-9，在滤料层的下部或底部设有卸料口1-10。参见图10，为多介质过滤模块1-3反冲洗膨化状态图。

(2)包含介质聚结模块装置和电-介协同强化破乳模块装置

参见图7和图11，其中的介质聚结模块2-2置于介质聚结模块装置内，介质聚结模块装置包括卧式罐体，卧式罐体内从左到右依次设有第一布液盘2-1、介质聚结模块2-2、强化沉降模块2-3和滤芯部件2-4；第一布液盘2-1外接第一进油口2-5，强化沉降模块2-3右侧的卧式罐体的底部设有第一排水口2-7，强化沉降模块2-3右侧的卧式罐体的顶部设有出油口2-6。

(3)包含多介质过滤模块装置、介质聚结模块装置和电-介协同强化破乳模块装置

参见图8，组合单元包括依次串联的多介质过滤模块装置、介质聚结模块装置和电-介协同强化破乳模块装置。其中的多介质过滤模块装置、介质聚结模块装置和电-介协同强化破乳模块装置的结构可以是如前文所述的结构，也可以是在本发明技术方案内的其他结构形式。

三、电场协同介质聚结强化油品脱水的装置(单体式)

将预处理单元和深度处理单元集成于多模块组合的装置内，形成紧凑型模块化组合装置，紧凑型模块化组合装置包括罐体，罐体内设有多介质过滤模块、介质聚结模块、电-介协同强化破乳模块、强化沉降模块四个模块中的部分或全部的组合。

(1)紧凑型模块化组合装置(立式)

参见图12，罐体为立式，罐体内从上到下依次设有布液盘4-5、止沸挡板4-12、多介质过滤模块4-1、电-介协同强化破乳模块4-3和强化沉降模块4-4，布液盘4-5外接进油口4-7，罐体的顶部设有反冲洗出口4-10，反冲洗出口4-10处设有反洗防跑料部件4-14，罐体的底部设有排水口4-9，强化沉降模块4-4和罐体的连接处下方的罐体上设有出油口4-8，电-介协同强化破乳模块4-3和强化沉降模块4-4之间的罐体上设有反冲洗进口4-11。

反冲洗时的多介质过滤模块4-1同样可参见图10。

(2)紧凑型模块化组合装置(卧式)

参见图13，罐体为卧式，罐体内从左到右依次设有布液盘4-5、多介质过滤模块4-1、电-介协同强化破乳模块4-3和强化沉降模块4-4，布液盘4-5外接进油口4-7，多介质过滤模块4-1的上方设有止沸挡板4-12，多介质过滤模块4-1下方的罐体上设有反冲洗进口4-11，这里的多介质过滤模块4-1的填充截止可从上到下分层。罐体底部设有反冲洗出口4-10，反冲洗时，从底部反冲洗进口4-11向上冲洗过滤层，反冲洗的水从反冲洗出口4-10流出。多介质过滤模块4-1右侧的罐体的底部设有排水口4-9，强化沉降模块4-4右侧的罐体的顶部设有出油口4-8。

参见图14，罐体为卧式，罐体内从左到右依次设有布液盘4-5、介质聚结模块4-2、电-介协同强化破乳模块4-3和强化沉降模块4-4，布液盘4-5外接进油口4-7，罐体的底部设有排水口4-9，强化沉降模块4-4右侧的罐体的顶部设有出油口4-8。

四、具体应用实例

本实施例以图13中所示的一种卧式的紧凑型模块化组合装置在某炼油厂常减压装置的减顶柴油脱水中的实施为例。该炼油厂的减顶柴油经三相分离器沉降切水后的含水量大约5～10％(v/v)，其中乳化水约占3000～5000mg/L，且含有<100mg/L的絮状悬浮物，要求将该减顶柴油处理至自由水含量<50mg/L，可作为原料直供柴油加氢装置。本专利发明人设计了一套处理量15～30m³/h的紧凑型模块化组合装置，并取得了显著的技术效果，经装置处理后的出口净化柴油中的自由水含量<15mg/L、悬浮物含量<5mg/L，实现了柴油的达标处理。该紧凑型模块化组合装置(如图13所示)的主要模块的参数特征如下：

罐体直径为1500mm，罐体切线长度为7000mm。

多介质过滤模块内的平均截面流速控制为0.003～0.008m/s，介质床层的厚度为0.6m，选用0.3m厚度的纤维束床层与0.3m厚度的石英砂床层的两层组合，石英砂为尺寸0.5～1mm的不规则颗粒。

电-介协同强化破乳模块的平均截面流速控制为0.003～0.005m/s，电-介模块的厚度为0.5m，结构型式采用平板电极-散堆介质填充-竖流式，电极涂覆绝缘涂层，极板间距3cm，填充介质选用尺寸1～2mm的石英砂颗粒，电源系统控制输出20kV直流电。

以上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 (14)

1.一种电场协同介质聚结强化油品脱水的方法，其特征在于，利用预处理单元和深度处理单元进行处理；预处理单元为多介质过滤模块、介质聚结模块的单一或组合，用于分散态水滴、粒径>5μm乳化水滴以及悬浮物的脱除；深度处理单元为电-介协同强化破乳模块，电-介协同强化破乳模块将水滴电流体动力学运动与介质聚结作用有机耦合，用于粒径0.1～5μm微小乳化水滴的深度脱除。

2.根据权利要求1所述的电场协同介质聚结强化油品脱水的方法，其特征在于，针对高含水、高乳化且脱水、除悬双重需求的油品处理，采用串联的多介质过滤模块装置和电-介协同强化破乳模块装置，所述多介质过滤模块装置包括所述多介质过滤模块，所述电-介协同强化破乳模块装置包括所述电-介协同强化破乳模块；

待处理的含水油品来料首先进入多介质过滤模块装置，实现粒径>2μm的悬浮物完全脱除，粒径0.2～2μm的悬浮物的脱除效率＞90％，粒径>10μm的分散态水滴完全脱除，粒径>5μm的乳化水滴的脱除效率＞80％，出油中自由水含量<100mg/L，出水中悬浮物含量<5mg/L；多介质过滤模块装置的出油进入电-介协同强化破乳模块装置，实现粒径>1μm的乳化水滴完全脱除，粒径0.1～1μm的乳化水滴的脱除效率＞90％，出油中自由水含量<10mg/L。

3.根据权利要求1所述的电场协同介质聚结强化油品脱水的方法，其特征在于，针对高含水但不考虑悬浮物的油品脱水处理，采用串联的介质聚结模块装置和电-介协同强化破乳模块装置，所述介质聚结模块装置包括所述介质聚结模块，所述电-介协同强化破乳模块装置包括所述电-介协同强化破乳模块；

待处理的含水油品来料首先进入介质聚结模块装置，介质聚结模块装置内置有致密介质，利用致密介质的聚结、拦截作用进行水滴的捕获与聚结分离，该模块装置对粒径1～3μm乳化水滴的脱除效率＞80％，出油中自由水含量<30～50mg/L，出油进入电-介协同强化破乳模块装置进一步处理，最终处理后出油中的自由水含量一般<5mg/L。

4.一种实现权利要求1-3任一项所述油品脱水方法的装置，其特征在于，所述装置包括所述电-介协同强化破乳模块，所述电-介协同强化破乳模块包括电极组件和介质，所述电极组件包括多个电极，所述电极外接电源系统，所述介质填充在所述电极周围。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述电-介协同强化破乳模块置于电-介协同强化破乳模块装置内，所述电-介协同强化破乳模块装置包括罐体，按照处理顺序，所述罐体内依次设有第二布液盘、所述电-介协同强化破乳模块和强化沉降模块；所述第二布液盘外接第二进油口。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述罐体为立式，所述罐体内从上到下依次设有所述第二布液盘、所述电-介协同强化破乳模块和所述强化沉降模块，所述罐体的底部设有第二排水口，所述强化沉降模块与所述罐体的连接处下方的所述罐体上设有出油口。

7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述罐体为卧式，所述罐体内从左到右依次设有所述第二布液盘、所述电-介协同强化破乳模块和所述强化沉降模块，所述罐体的底部设有第二排水口，所述强化沉降模块右侧的所述罐体的顶部设有出油口。

8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述罐体为卧式，所述罐体内从左到右依次设有所述电-介协同强化破乳模块和所述强化沉降模块，所述第二布液盘位于所述电-介协同强化破乳模块的下方，所述强化沉降模块右侧的所述罐体的底部设有第二排水口，所述强化沉降模块右侧的所述罐体的顶部设有出油口。

9.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述装置包括所述多介质过滤模块，所述多介质过滤模块置于多介质过滤模块装置内，所述多介质过滤模块装置包括立式罐体，所述立式罐体内从上到下依次设有第一布液盘、止沸挡板、所述多介质过滤模块和强化沉降模块；所述第一布液盘外接第一进油口，所述立式罐体的顶部开有反冲洗出口，所述反冲洗出口处设有反洗防跑料部件，所述立式罐体的底部设有第一排水口，所述强化沉降模块和所述罐体的连接处下方的所述罐体上设有出油口，所述强化沉降模块和所述罐体的连接处与所述多介质过滤模块之间的所述罐体上设有反冲洗进口。

10.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述装置包括所述介质聚结模块，所述介质聚结模块置于介质聚结模块装置内，所述介质聚结模块装置包括卧式罐体，所述卧式罐体内从左到右依次设有第一布液盘、介质聚结模块、强化沉降模块和滤芯部件；所述第一布液盘外接第一进油口，所述强化沉降模块右侧的所述卧式罐体的底部设有第一排水口，所述强化沉降模块右侧的所述卧式罐体的顶部设有出油口。

11.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，将所述预处理单元和所述深度处理单元集成于多模块组合的装置内，形成紧凑型模块化组合装置，所述紧凑型模块化组合装置包括罐体，所述罐体内设有多介质过滤模块、介质聚结模块、电-介协同强化破乳模块、强化沉降模块四个模块中的部分或全部的组合。

12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述罐体为立式，所述罐体内从上到下依次设有布液盘、止沸挡板、多介质过滤模块、所述电-介协同强化破乳模块和所述强化沉降模块，所述布液盘外接进油口，所述罐体的顶部设有反冲洗出口，所述反冲洗出口处设有反洗防跑料部件，所述罐体的底部设有排水口，所述强化沉降模块和所述罐体的连接处下方的所述罐体上设有出油口，所述电-介协同强化破乳模块和所述强化沉降模块之间的所述罐体上设有反冲洗进口。

13.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述罐体为卧式，所述罐体内从左到右依次设有布液盘、所述多介质过滤模块、所述电-介协同强化破乳模块和所述强化沉降模块，所述布液盘外接进油口，所述多介质过滤模块的上方设有止沸挡板，所述多介质过滤模块下方的所述罐体上设有反冲洗进口，所述罐体底部设有反冲洗出口，所述多介质过滤模块右侧的所述罐体的底部设有排水口，所述强化沉降模块右侧的所述罐体的顶部设有出油口。

14.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述罐体为卧式，所述罐体内从左到右依次设有布液盘、所述介质聚结模块、所述电-介协同强化破乳模块和所述强化沉降模块，所述布液盘外接进油口，所述罐体的底部设有排水口，所述强化沉降模块右侧的所述罐体的顶部设有出油口。

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