CN113025376A - 油水分离装置及油水分离方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种油水分离装置及油水分离方法，油水分离装置包括旋流脱水器、电脱水器和旋流除油器，其中，旋流脱水器用于对混合液进行油水分离；电脱水器具有壳体和设置在壳体内的电极板组和聚结元件；旋流脱水器分离出的第一级含水原油输送至电极板组进行油水分离；旋流脱水器分离出的第一级含油污水输送至聚结元件进行油水分离；原油出口用于输出分离出的原油；旋流除油器用于对第二级含油污水进行油水分离，旋流除油器的第二油相出口用于输出从第二级含油污水中分离出的第二级含水原油，污水出口用于输出从第二级含油污水中分离出的污水。该方案集原油预脱水、深度脱水及污水除油流程一体化，实现了原油集中高效处理，减小后续流程负担。

Description

油水分离装置及油水分离方法

技术领域

本发明涉及石油化工技术领域，具体而言，涉及一种油水分离装置及油水分离方法。

背景技术

随着油田开发陆续进入中后期，油田采出液含水量及泥砂含量高，采出液物性愈加复杂，且其乳化老化问题严重发，乳化液形态复杂、稳定性强，造成油水分离难度大。

目前油田采出液脱水一般均采用热化学沉降脱水(加热、加破乳剂、重力沉降)技术，常用典型设备是三相分离器和沉降罐。热化学沉降脱水中影响原油脱水效果主要受破乳剂选型、加药量、加热温度、沉降时间等因素的影响。综合分析各油田采出液处理流程，普遍存在以下问题：(1)脱水时间长，使得地面建设产能不足；(2)药剂用量大，脱水效果差；(3)流程不密闭，有害气体挥发，造成环境污染；(4)需要加热，热量损失大；(5)污水含油，后期处理难度大。

发明内容

本发明提供了一种油水分离装置及油水分离方法，以优化采出液的油水分离工艺，解决上述问题的至少之一。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，本发明提供了一种油水分离装置，包括：旋流脱水器，所述旋流脱水器用于对混合液进行油水分离，所述旋流脱水器的上部具有第一油相出口，所述旋流脱水器的下部具有第一水相出口，所述第一油相出口用于输出从所述混合液分离出的第一级含水原油，所述第一水相出口用于输出从所述混合液中分离出的第一级含油污水；电脱水器，所述电脱水器具有壳体和设置在所述壳体内的电极板组和聚结元件，所述壳体具有第一油相入口、第一水相入口、原油出口和第二水相出口；其中，所述第一油相入口与所述第一油相出口连通，以将所述第一级含水原油输送至所述电极板组进行油水分离；所述第一水相入口与所述第一水相出口连通，以将所述第一级含油污水输送至所述聚结元件进行油水分离；所述原油出口用于输出所述电极板组和所述聚结元件分离出的原油，所述第二水相出口用于输出所述电极板组和所述聚结元件分离出第二级含油污水；旋流除油器，所述旋流除油器的入口与所述第二水相出口连通，以对所述第二级含油污水进行油水分离，所述旋流除油器的上部具有第二油相出口，所述旋流除油器的下部具有污水出口，所述第二油相出口用于输出从所述第二级含油污水中分离出的第二级含水原油，所述污水出口用于输出从所述第二级含油污水中分离出的污水。

进一步地，所述油水分离装置还包括：回油管路，所述回油管路的入口与所述第二油相出口连通，所述回油管路的出口与所述旋流脱水器的入口连通，以将所述第二级含水原油回流至所述旋流脱水器。

进一步地，所述油水分离装置还包括：供给管路，所述供给管路的出口与所述旋流脱水器的入口连通，所述供给管路的入口用于与输送采出液的设备连通；所述回油管路的出口与所述供给管路连通，以通过所述供给管路将所述回油管路与所述旋流脱水器连通。

进一步地，所述油水分离装置还包括：增压泵，设置在所述供给管路上，所述回油管路的出口与所述供给管路的位于所述增压泵的入口侧的管路连通。

进一步地，所述电脱水器还包括竖直设置的挡板和水平设置的隔板，所述挡板和所述隔板将所述壳体内的腔体间隔出第一腔体和第二腔体，所述第一腔体位于所述第二腔体的上方，其中，所述第一腔体用于聚集所述电极板组和所述聚结元件分离出的原油，所述第二腔体用于聚集所述电极板组和所述聚结元件分离出第二级含油污水，所述原油出口与所述第一腔体连通，所述第二水相出口与所述第二腔体连通。

进一步地，所述电极板组位于所述聚结元件的上方，所述第一油相入口位于所述第一水相入口的上方，所述原油出口位于所述第二水相出口的上方。

进一步地，所述电极板组包括多个电极板，每个所述电极板相对于水平方向的角度在预设范围内可调节地设置。

进一步地，所述旋流脱水器、所述电脱水器和所述旋流除油器均为密闭结构。

根据本发明的另一方面，提供了一种油水分离方法，所述油水分离方法用于上述的油水分离装置，所述油水分离方法包括：通过旋流脱水器对混合液进行油水分离；将所述旋流脱水器分离出的第一级含水原油输送到电脱水器内，以通过所述电脱水器的电极板组对第一级含水原油进行油水分离；将所述旋流脱水器分离出的第一级含油污水输送到电脱水器内，以通过所述电脱水器的聚结元件对第一级含油污水进行油水分离；将所述电极板组和所述聚结元件分离出的原油输出；将所述电极板组和所述聚结元件分离出的第二级含油污水输送至旋流除油器进行油水分离。

进一步地，所述油水分离方法还包括：将所述旋流除油器分离出的污水输出；将所述旋流除油器分离出的第二级含水原油回流至所述旋流脱水器进行再处理。

进一步地，所述油水分离方法还包括：通过增压泵对由采出液和第二级含水原油组成的混合液进行增压；将增压后的混合液输送至所述旋流脱水器。

应用本发明的技术方案，提供了一种油水分离装置，油水分离装置包括旋流脱水器、电脱水器和旋流除油器，其中，旋流脱水器用于对混合液进行油水分离；电脱水器具有壳体和设置在壳体内的电极板组和聚结元件；其中，第一油相入口与第一油相出口连通，以将第一级含水原油输送至电极板组进行油水分离；第一水相入口与第一水相出口连通，以将第一级含油污水输送至聚结元件进行油水分离；原油出口用于输出电极板组和聚结元件分离出的原油；旋流除油器用于对第二级含油污水进行油水分离，旋流除油器的第二油相出口用于输出从第二级含油污水中分离出的第二级含水原油，污水出口用于输出从第二级含油污水中分离出的污水。该方案集原油预脱水、深度脱水以及污水除油流程一体化，实现了原油集中、高效处理，减小后续流程负担。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了本发明的实施例提供的油水分离装置的结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、旋流脱水器；11、第一油相出口；12、第一水相出口；20、电脱水器；21、壳体；22、电极板组；23、聚结元件；24、第一油相入口；25、第一水相入口；26、原油出口；27、第二水相出口；28、挡板；29、隔板；30、旋流除油器；31、第二油相出口；32、污水出口；41、回油管路；42、供给管路；50、增压泵；61、流量阀；62、流量计；63、安全阀；64、油水界面仪。

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。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

如附图所示，本发明的实施例提供了一种油水分离装置，包括：旋流脱水器10，旋流脱水器10用于对混合液进行油水分离，旋流脱水器10的上部具有第一油相出口11，旋流脱水器10的下部具有第一水相出口12，第一油相出口11用于输出从混合液分离出的第一级含水原油，第一水相出口12用于输出从混合液中分离出的第一级含油污水；电脱水器20，电脱水器20具有壳体21和设置在壳体21内的电极板组22和聚结元件23，壳体21具有第一油相入口24、第一水相入口25、原油出口26和第二水相出口27；其中，第一油相入口24与第一油相出口11连通，以将第一级含水原油输送至电极板组22进行油水分离；第一水相入口25与第一水相出口12连通，以将第一级含油污水输送至聚结元件23进行油水分离；原油出口26用于输出电极板组22和聚结元件23分离出的原油，第二水相出口27用于输出电极板组22和聚结元件23分离出第二级含油污水；旋流除油器30，旋流除油器30的入口与第二水相出口27连通，以对第二级含油污水进行油水分离，旋流除油器30的上部具有第二油相出口31，旋流除油器30的下部具有污水出口32，第二油相出口31用于输出从第二级含油污水中分离出的第二级含水原油，污水出口32用于输出从第二级含油污水中分离出的污水。

应用本发明的技术方案，提供了一种油水分离装置，油水分离装置包括旋流脱水器10、电脱水器20和旋流除油器30，其中，旋流脱水器10用于对混合液进行油水分离；电脱水器20具有壳体21和设置在壳体内的电极板组22和聚结元件23；其中，第一油相入口24与第一油相出口11连通，以将第一级含水原油输送至电极板组22进行油水分离；第一水相入口25与第一水相出口12连通，以将第一级含油污水输送至聚结元件23进行油水分离；原油出口26用于输出电极板组22和聚结元件23分离出的原油；旋流除油器30的入口与第二水相出口27连通，以对第二级含油污水进行油水分离，旋流除油器30的第二油相出口31用于输出从第二级含油污水中分离出的第二级含水原油，污水出口32用于输出从第二级含油污水中分离出的污水。该方案集原油预脱水、深度脱水以及污水除油流程一体化，实现了原油集中、高效处理，减小后续流程负担。

在本实施例中，油水分离装置还包括：回油管路41，回油管路41的入口与第二油相出口31连通，回油管路41的出口与旋流脱水器10的入口连通，以将第二级含水原油回流至旋流脱水器10。这样可通过回油管路41将第二级含水原油回流至旋流脱水器10，从而可通过旋流脱水器10对第二级含水原油进行油水分离，这样实现循环处理，提高原油收率，且经除油后外排污水含油少，有效减小后续水处理流程的负担。

在本实施例中，油水分离装置还包括：供给管路42，供给管路42的出口与旋流脱水器10的入口连通，供给管路42的入口用于与输送采出液的设备连通；回油管路41的出口与供给管路42连通，以通过供给管路42将回油管路41与旋流脱水器10连通。这样可通过供给管路42将采出液以及回流的第二级含水原油输送至旋流脱水器10。

在本实施例中，油水分离装置还包括：增压泵50，设置在供给管路42上，回油管路41的出口与供给管路42的位于增压泵50的入口侧的管路连通。通过设置增压泵50可以对输入旋流脱水器10的流体进行增压，以便于后续处理。

在本实施例中，电脱水器20还包括竖直设置的挡板28和水平设置的隔板29，挡板28和隔板29将壳体21内的腔体间隔出第一腔体和第二腔体，第一腔体位于第二腔体的上方，其中，第一腔体用于聚集电极板组22和聚结元件23分离出的原油，第二腔体用于聚集电极板组22和聚结元件23分离出第二级含油污水，原油出口26与第一腔体连通，第二水相出口27与第二腔体连通。通过上述设置，便于对油和水进行分离及输出，提高分离效果。

在本实施例中，电极板组22位于聚结元件23的上方，第一油相入口24位于第一水相入口25的上方，原油出口26位于第二水相出口27的上方。采用上述设置，便于密度较小的油浮到水的上方，以利于油水分离。

可选地，聚结元件23的顶端与电极板组22之间有预定距离，聚结元件23的底端与壳体21底壁之间有预定距离。这样便于实现对流体的油水分离。

在本实施例中，电极板组22包括多个电极板，每个电极板相对于水平方向的角度在预设范围内可调节地设置。设置多个电极板可提高油水分离效果。电极板角度可调地设置，可以增加适用范围。例如，电极板在10°至30°范围内可调。

在本实施例中，旋流脱水器10、电脱水器20和旋流除油器30均为密闭结构。这样可以避免液体泄漏以及有害气体外泄，以避免污染环境。

可选地，油水分离装置还包括流量阀61和流量计62，流量阀61和流量计62可设置在油水分离装置的不同管路中，以调节流量，并且便于操作和控制。

可选地，油水分离装置还包括安全阀63，安全阀63设置在壳体21上，以避免壳体21内部压力过大而发生危险。油水分离装置还包括油水界面仪64，油水界面仪64穿入壳体21内，以检测壳体21内的流体界面，便于了解内部油水分离情况。

本发明的另一实施例提供了一种油水分离方法，油水分离方法用于上述的油水分离装置，油水分离方法包括：通过旋流脱水器10对混合液进行油水分离；将旋流脱水器10分离出的第一级含水原油输送到电脱水器20内，以通过电脱水器20的电极板组22对第一级含水原油进行油水分离；将旋流脱水器10分离出的第一级含油污水输送到电脱水器20内，以通过电脱水器20的聚结元件23对第一级含油污水进行油水分离；将电极板组22和聚结元件23分离出的原油输出；将电极板组22和聚结元件23分离出的第二级含油污水输送至旋流除油器30进行油水分离。采用该方法可集原油预脱水、深度脱水以及污水除油流程一体化，实现了原油集中、高效处理，减小后续流程负担。

进一步地，油水分离方法还包括：将旋流除油器30分离出的污水输出；将旋流除油器30分离出的第二级含水原油回流至旋流脱水器10进行再处理。

进一步地，油水分离方法还包括：通过增压泵50对由采出液和第二级含水原油组成的混合液进行增压；将增压后的混合液输送至旋流脱水器10。

采出液脱水是采出液处理工艺的关键过程，适应地面产能建设现状以及实现高效脱水、节能降耗、清洁生产的迫切需要，开发设备高效、工艺简短、流程密闭、能量充分利用的新型工艺成为必需。

上述方案的具体工艺流程为：

1)油田采出液经过来液管路与旋流除油后出油端来液汇合后经增压泵增压后进入旋流脱水器，在旋流脱水器中油水两相初步分离为低含水原油和低含油污水；

2)来自旋流脱水器出油端的低含水原油经电脱水器上进料端进入电脱水器，属于油相进料，直接进入V型电极板产生的高强度电场中，进行深度脱水；

3)来自旋流脱水器出水端的低含油污水经电脱水器中间进料端进入电脱水器，属于水相进料，在电脱水器内聚结元件作用下使油水两相进一步分离；

4)电脱水器中脱水后油相经出油端外排至后续处理流程，脱后水相经出水端管路进入旋流除油器；

5)来自电脱水器出水端的水相在旋流除油器的作用下分离出污水中残存的油相，除油后的水相经外排水管路进入后续水处理流程，从含油污水中分离出的油相循环回流至增压泵入口管线，进入原油预脱水处理流程。

本发明技术方案带来的有益效果如下：

(1)集原油预脱水、深度脱水以及污水除油流程一体化，实现原油集中、高效处理，减小后续流程负担；

(2)整套装置采用密闭设计，有效减少VOCs挥发，节能环保；

(3)电脱水器内电极板采用V型极板，角度10°～30°可调，防止极板上水相沉积，加速水相沉降；

(4)电脱水器内聚结元件起到整流、加速油水分离、稳定油水界面的作用；

(5)可选择加热或不加热，加药量少，有效降低运行成本；

(6)适用于高含水的采出液处理，对于稠油可采取加热降黏的方式提升其运行效果；

(7)污水经旋流除油后的油相引至采出液来液管线，循环处理，提高原油收率，且经除油后外排污水含油少，有效减小后续水处理流程的负担。

在本发明中，旋流脱水器和旋流除油器可采用相似的结构工作原理为：利用强力的离心力来实现混合物在高速旋转下的分离。可选地，利用外部压力把进料混合物以较大的速度推入旋流器内部，由于该混合物是顺着旋流器的切向运动的，这将促使液体沿筒壁作旋转运动，一般把这种运动称为外旋流。外旋流中的颗粒受到离心力作用，如果它的密度大于四周液体的密度，它所受的离心力就越来越大，一旦离心力大于因运动所产生的液体阻力，颗粒就会克服这一阻力向器壁方向移动，与周围液体分离，到达器壁附近的颗粒受到旋流器上方液体推动，沿器壁向下运动。到达底流口附近汇集成为稠化度较高的悬浮液，从底流口排出。分离后的液体旋转向下继续运动，进入圆锥段后，因旋液分离器的内径逐渐缩小，液体旋转速度加快。由于液体在产生涡流时沿径向方向的压力分布不均，越接近轴线的地方越小而至轴线时趋近于零。成为低压区甚至为真空区，导致液体趋向于轴线方向移动。同时，由于旋液分离器底流口大大缩小，液体无法迅速从底流口排出，而旋流腔顶盖中央的溢流口，由于处于低压区而使一部分液体向其移动，因而形成向上的旋转运动，并从溢流口排出。

聚结元件可以理解为聚结分离滤芯，使用在油水分离系统当中，主要分离油水混合物，悬溶液，乳溶液等等，聚结分离滤芯在系统当中的使用流程分为：固液分离---破乳---聚结---分离---吸附。在系统当中，聚结滤芯和分离滤芯的数量比越大，聚结的效果越好，分离的速度越快。聚结滤芯具有过滤杂质，聚结水分的双重功能，是精过滤器的重要功能元件。聚结元件具有以下特点：用多层复合结构的滤纸，过滤精度高；精心设置的和经特殊处理的玻璃纤维层，聚结效果好。流量密度大、减少了精过滤器尺寸；纳污容量大、使用寿命长；规格品种齐全，可满足各种精过滤器的需要。

聚结元件主要是为液-液分离设计的，它含两种滤芯，即：聚滤芯和分离滤芯。比如在油品除水系统中，油品流入聚结分离器后，首先流经聚结滤芯，聚结滤芯滤除固体杂质，并将极小的水滴聚结成较大的水珠。绝大部分聚结后的水珠可以靠自重从油中分离除去，沉降到集水槽中。然后油品又流过分离滤芯，由于分离滤芯具有良好的亲油憎水性，从而进一步分离水分，最终，洁净，无水的油品流出聚结分离器。油品先由进口管进入过滤器壳体的下部，然后从外向内流过滤芯，这时较粗的颗粒便会立即沉淀下来，由排污阀放出，较小的颗粒被滤芯拦截。最后洁净的油品经滤芯托盘汇集后，由出口管流出聚结分离器，随着被处理油量的增加，沉积在滤芯上的污染物会引起聚结器压差的上升。

可选地，油液从聚结元件进油口流入一级托盘，然后分流于一级滤芯内部，经过过滤、破乳、水分子长大、聚结的过程，杂质截留在一级滤芯内，聚结的珠沉降于沉淀槽中，油品从外向内进入二级滤芯，汇集于二级托盘内，从聚结分离器出口流出。二级滤芯的材料具有憎水性，油品能够顺利通过，游离水则被挡于滤芯之外，流入沉淀槽中，通过放污阀排出。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (11)

1.一种油水分离装置，其特征在于，包括：

旋流脱水器(10)，所述旋流脱水器(10)用于对混合液进行油水分离，所述旋流脱水器(10)的上部具有第一油相出口(11)，所述旋流脱水器(10)的下部具有第一水相出口(12)，所述第一油相出口(11)用于输出从所述混合液分离出的第一级含水原油，所述第一水相出口(12)用于输出从所述混合液中分离出的第一级含油污水；

电脱水器(20)，所述电脱水器(20)具有壳体(21)和设置在所述壳体(21)内的电极板组(22)和聚结元件(23)，所述壳体(21)具有第一油相入口(24)、第一水相入口(25)、原油出口(26)和第二水相出口(27)；其中，所述第一油相入口(24)与所述第一油相出口(11)连通，以将所述第一级含水原油输送至所述电极板组(22)进行油水分离；所述第一水相入口(25)与所述第一水相出口(12)连通，以将所述第一级含油污水输送至所述聚结元件(23)进行油水分离；所述原油出口(26)用于输出所述电极板组(22)和所述聚结元件(23)分离出的原油，所述第二水相出口(27)用于输出所述电极板组(22)和所述聚结元件(23)分离出第二级含油污水；

旋流除油器(30)，所述旋流除油器(30)的入口与所述第二水相出口(27)连通，以对所述第二级含油污水进行油水分离，所述旋流除油器(30)的上部具有第二油相出口(31)，所述旋流除油器(30)的下部具有污水出口(32)，所述第二油相出口(31)用于输出从所述第二级含油污水中分离出的第二级含水原油，所述污水出口(32)用于输出从所述第二级含油污水中分离出的污水。

2.根据权利要求1所述的油水分离装置，其特征在于，所述油水分离装置还包括：

回油管路(41)，所述回油管路(41)的入口与所述第二油相出口(31)连通，所述回油管路(41)的出口与所述旋流脱水器(10)的入口连通，以将所述第二级含水原油回流至所述旋流脱水器(10)。

3.根据权利要求2所述的油水分离装置，其特征在于，所述油水分离装置还包括：

供给管路(42)，所述供给管路(42)的出口与所述旋流脱水器(10)的入口连通，所述供给管路(42)的入口用于与输送采出液的设备连通；所述回油管路(41)的出口与所述供给管路(42)连通，以通过所述供给管路(42)将所述回油管路(41)与所述旋流脱水器(10)连通。

4.根据权利要求3所述的油水分离装置，其特征在于，所述油水分离装置还包括：

增压泵(50)，设置在所述供给管路(42)上，所述回油管路(41)的出口与所述供给管路(42)的位于所述增压泵(50)入口侧的管路连通。

5.根据权利要求1所述的油水分离装置，其特征在于，所述电脱水器(20)还包括竖直设置的挡板(28)和水平设置的隔板(29)，所述挡板(28)和所述隔板(29)将所述壳体(21)内的腔体间隔出第一腔体和第二腔体，所述第一腔体位于所述第二腔体的上方，其中，所述第一腔体用于聚集所述电极板组(22)和所述聚结元件(23)分离出的原油，所述第二腔体用于聚集所述电极板组(22)和所述聚结元件(23)分离出第二级含油污水，所述原油出口(26)与所述第一腔体连通，所述第二水相出口(27)与所述第二腔体连通。

6.根据权利要求1所述的油水分离装置，其特征在于，所述电极板组(22)位于所述聚结元件(23)的上方，所述第一油相入口(24)位于所述第一水相入口(25)的上方，所述原油出口(26)位于所述第二水相出口(27)的上方。

7.根据权利要求1所述的油水分离装置，其特征在于，所述电极板组(22)包括多个电极板，每个所述电极板相对于水平方向的角度在预设范围内可调节地设置。

8.根据权利要求1所述的油水分离装置，其特征在于，所述旋流脱水器(10)、所述电脱水器(20)和所述旋流除油器(30)均为密闭结构。

9.一种油水分离方法，其特征在于，所述油水分离方法用于权利要求1至8中任一项所述的油水分离装置，所述油水分离方法包括：

通过旋流脱水器(10)对混合液进行油水分离；

将所述旋流脱水器(10)分离出的第一级含水原油输送到电脱水器(20)内，以通过所述电脱水器(20)的电极板组(22)对第一级含水原油进行油水分离；

将所述旋流脱水器(10)分离出的第一级含油污水输送到电脱水器(20)内，以通过所述电脱水器(20)的聚结元件(23)对第一级含油污水进行油水分离；

将所述电极板组(22)和所述聚结元件(23)分离出的原油输出；

将所述电极板组(22)和所述聚结元件(23)分离出的第二级含油污水输送至旋流除油器(30)进行油水分离。

10.根据权利要求9所述的油水分离方法，其特征在于，所述油水分离方法还包括：

将所述旋流除油器(30)分离出的污水输出；

将所述旋流除油器(30)分离出的第二级含水原油回流至所述旋流脱水器(10)进行再处理。

11.根据权利要求10所述的油水分离方法，其特征在于，所述油水分离方法还包括：

通过增压泵(50)对由采出液和第二级含水原油组成的混合液进行增压；

将增压后的混合液输送至所述旋流脱水器(10)。

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