CN113621404A - 原料油脱金属装置和原料油脱金属的方法 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例提供了一种原料油脱金属装置和原料油脱金属的方法，涉及原料油处理技术领域。该原料油脱金属装置包括分离罐体、分离套筒、电极和原料分布器，分离罐体的底部设置有进油口和富含金属组分出口，顶部设置有净化油出口，分离套筒和原料分布器均安装于分离罐体内，原料分布器位于分离套筒的外部，电极插设于分离套筒内，分离套筒的侧壁开设有单向进料孔，原料分布器的一端设置有分布孔，原料分布器的另一端与进油口连通。本发明可以通过调节分离套筒的内径有效缩小电极与分离套筒内部之间的距离，在施加同等电压的情况下，实现较高的电场强度。此外，本申请可以实现单向进料，避免含金属组分在沉降过程的返混，提高金属脱除效率。

Description

原料油脱金属装置和原料油脱金属的方法

技术领域

本发明涉及原料油处理技术领域，具体而言，涉及一种原料油脱金属装置和原料油脱金属的方法。

背景技术

富含碳氢的有机质，如石油和煤等，是当前应用的主要能源物质。这些有机质组分中通常伴生的金属组分对其后续加工利用会有较大的影响。原油和煤炭中的铁、钙、镍、钒等在加工过程中较难脱除的金属，会随着加工过程发生迁移进入后续加工装置，造成催化剂的失活、中毒等，严重影响装置的安全稳定运行。

目前开发的脱金属方法，如膜分离法、吸附分离、酸抽提法、溶剂抽提法等物理方法，其处理量有限，主要用于分析原料油中的金属含量，难以实现工业化应用。螯合物分离法，剂油比较大，污染严重，往往会产生副反应，降低产品质量。采用加氢脱金属催化剂，此方法对原料适应性差，催化剂所能提供的金属容纳能力有限问题，效果不是很理想。溶剂脱沥青法，且该工艺只能脱除沥青含量比较高的原料油中的金属，有投资大、操作费用高等问题。

鉴于此，特提出本申请。

发明内容

本发明的目的包括，例如，提供了一种原料油脱金属装置和原料油脱金属的方法。

本发明的实施例可以这样实现：

第一方面，本发明提供一种原料油脱金属装置，包括分离罐体、分离套筒、电极和原料分布器，所述分离罐体的底部设置有进油口和富含金属组分出口，顶部设置有净化油出口，所述分离套筒和所述原料分布器均安装于所述分离罐体内，所述原料分布器位于所述分离套筒的外部，所述电极插设于所述分离套筒内，所述分离套筒的侧壁开设有单向进料孔，所述原料分布器的一端设置有分布孔，所述原料分布器的另一端与所述进油口连通。

在可选的实施方式中，所述原料油脱金属装置还包括用于安装所述分离套筒的套筒支架，所述套筒支架包括第一支架盘、第二支架盘以及连接至所述第一支架盘和所述第二支架盘之间的连接杆，所述第一支架盘和所述第二支架盘同时与所述分离罐体的内侧壁连接，所述第一支架盘和所述第二支架盘对应设置有安装孔，所述分离套筒依次穿设于所述第一支架盘和所述第二支架盘的所述安装孔内，所述分离套筒的外侧壁、所述第一支架盘、所述第二支架盘以及所述分离罐体的内侧壁围成的空间为密闭空间，所述原料分布器插设于所述密闭空间内。

在可选的实施方式中，所述电极包括上电极和下电极，所述上电极和所述下电极固定悬挂于所述分离罐体内，所述上电极从所述分离套筒的上部插设于所述分离套筒的中心，所述下电极从所述分离套筒的下部插设于所述分离套筒的中心，所述上电极和所述下电极不相连且间隔设置；所述单向进料孔的开口位置位于所述上电极和所述下电极之间。

在可选的实施方式中，所述电极与所述分离套筒之间的距离为2-25cm；所述电极与所述分离套筒之间的距离比所述上电极和所述下电极之间的距离大1-10cm；

优选地，所述电极与所述分离套筒之间的距离为3-10cm；所述电极与所述分离套筒之间的距离比所述上电极和所述下电极之间的距离大2-5cm。

在可选的实施方式中，所述分离罐体内设置有上绝缘吊挂和下绝缘吊挂，所述上电极与所述上绝缘吊挂固定连接，所述下电极与所述下绝缘吊挂固定连接。

在可选的实施方式中，所述上电极和所述下电极分别与高压电源相连；

优选地，所述上电极施加正高压直流电源，所述下电极施加负高压直流电源；或者，所述上电极施加负高压直流电源，所述下电极施加正高压直流电源。

在可选的实施方式中，所述分离套筒为多个，所述原料分布器位于所述分离罐体的轴心线处，多个所述分离套筒在所述分离罐体内沿着所述原料分布器呈环形分布，所述电极的个数与所述分离套筒的个数一一对应。

第二方面，本发明提供一种原料油脱金属的方法，其包括将原料油通入如前述实施方式任一项所述的原料油脱金属装置的所述进油口，所述原料油经原料分布器排出并经所述单向进料孔进入到所述分离套筒内，所述原料油于所述分离套筒内经电场处理，获得净化油和富含金属组分。

在可选的实施方式中，所述原料油在通入所述进油口之前，先对所述原料油进行预热升温至50-160℃。

在可选的实施方式中，在进行所述电场处理时，所述分离套筒内的所述电极施加的电场强度为1200-20000V/cm。

本发明实施例的有益效果包括，例如：

本发明实施例提供了一种原料油脱金属装置，其通过在分离罐体内设置分离套筒，并且将电极插设于分离套筒内，可以通过调节套筒的内径有效缩小电极与套筒内部之间的距离，在施加同等电压的情况下，实现较高的电场强度。克服因为电极与分离罐体之间距离过大，要实现较高电场强度，需要施加较高的电压，造成变压器负荷过高的情况。此外，本申请中，通过在分离套筒的侧壁开设有单向进料孔，原料分布器的一端设置有分布孔，原料分布器位于分离套筒的外部，使得原料只能从单向进料孔进入分离套筒，然后在分离套筒内进行静电分离，含金属的组分在电场区域中可以依据电性不同，定向移动至电场区域下部，实现净化油与沉降组分的双向流动，避免含金属组分在沉降过程的返混，提高金属脱除效率。通过采用本发明提供的原料油脱金属装置对原料油进行脱金属处理，可以满足原料油的脱金属需求，实现原料油脱金属装置的长周期稳定运行。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请实施例提供的原料油脱金属装置的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的原料油脱金属装置的上电极和下电极安装至分离套筒内的示意图；

图3为本申请实施例提供的原料油脱金属装置的分离套筒的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的原料油脱金属装置的套筒支架的结构示意图；

图5为本申请实施例提供的原料油脱金属装置的分离套筒与套筒支架结合的三维图；

图6为本申请实施例提供的原料油脱金属装置的分离套筒与套筒支架结合的俯视图；

图7为本申请实施例提供的原料油脱金属装置的电极的结构示意图；

图8为本申请实施例提供的原料油脱金属装置的原料分布器与套筒支架配合的结构示意图；

图9为本申请实施例提供的原料油脱金属装置的原料分布器安装于分离罐体内的结构示意图；

图10为本申请实施例提供的原料油脱金属装置的原料分布器的结构示意图。

图标：100-原料油脱金属装置；110-分离罐体；111-进油口；112-富含金属组分出口；113-净化油出口；114-封头；115-法兰；116-吊耳；120-分离套筒；121-单向进料孔；130-电极；131-上电极；132-下电极；133-上绝缘吊挂；134-下绝缘吊挂；135-电极接口；140-原料分布器；141-分布孔；150-套筒支架；151-第一支架盘；152-第二支架盘；153-连接杆；154-安装孔。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。

请参阅图1，本实施例提供了一种原料油脱金属装置100，其包括分离罐体110、分离套筒120、电极130和原料分布器140。

分离罐体110作为原料油脱金属装置100的罐体，实现物料的进料和出料，以及用于安装其他部件。具体地，本实施例中，分离罐体110整体呈圆筒状，分离罐体110的底部设置有进油口111和富含金属组分出口112，顶部设置有净化油出口113，分离罐体110的顶部设置有封头114，封头114和分离罐体110直接通过法兰115连接，净化油出口113开设于封头114上，分离罐体110的侧壁还设置有吊耳116。

分离套筒120用于对进入分离套筒120内的物料进行静电分离，原料分布器140用于对物料进行进料，实现物料均匀分布于分离罐体110内。具体地，请结合参阅图1和图2，本申请中，分离套筒120整体呈圆筒状，其安装于分离罐体110内，原料分布器140也安装于分离罐体110内(请参阅图8和图9)，原料分布器140位于分离套筒120的外部。电极130插设于分离套筒120内，分离套筒120的侧壁开设有单向进料孔121(请参阅图3)，原料分布器140的一端设置有分布孔141(请参阅图10)，原料分布器140的另一端与进油口111连通。

物料从进油口111进入原料分布器140，随后经分布孔141均匀分布，从分布孔141内排出的物料能够从单向进料孔121进入到分离套筒120内，分离套筒120内的电极130对这部分原料进行静电分离，含金属的组分在电场区域中可以依据电性不同，定向移动至电场区域下部，实现净化油与沉降组分的双向流动。原料分布器140位于分离套筒120的外部，通过分离套筒120上的单向进料孔121进行连通，可以实现原料的单向进料，避免含金属组分在沉降过程的返混，提高金属脱除效率。

此外，本申请通过将电极130安装于分离套筒120内，可以通过调节套筒的内径有效缩小电极130与套筒内部之间的距离，在施加同等电压的情况下，实现较高的电场强度。克服因为电极130与分离罐体110内壁之间距离过大，要实现较高电场强度，需要施加较高的电压，造成变压器负荷过高。

进一步地，请参阅图4、图5和图6，本申请的原料油脱金属装置100还包括套筒支架150，套筒支架150用于安装分离套筒120。具体地，套筒支架150包括第一支架盘151、第二支架盘152以及连接至第一支架盘151和第二支架盘152之间的连接杆153，连接杆153将第一支架盘151和第二支架盘152撑起并形成间隙。第一支架盘151和第二支架盘152同时与分离罐体110的内侧壁连接，第一支架盘151和第二支架盘152的外径略小于分离罐体110的内径，从而实现将分离罐体110划分为第一支架盘151以上的区间、第一支架盘151和第二支架盘152之间的区间以及第二支架盘152以下的区间，第一支架盘151和第二支架盘152对应设置有安装孔154，分离套筒120依次穿设于第一支架盘151和第二支架盘152的安装孔154内，分离套筒120的外侧壁、第一支架盘151、第二支架盘152以及分离罐体110的内侧壁围成的空间为密闭空间(图未标)，原料分布器140插设于密闭空间内。

本申请中分离套筒120为空心且两端均开口的圆筒结构(请参阅图3)，其插设于安装孔154内，原料分布器140内排出的物料进入密闭空间，只能通过分离套筒120上的单向进料孔121进入分离套筒120，在分离套筒120内经电极130的静电分离实现物料向电场区域的流动，得到的净化油从分离套筒120的顶部流出，最终从净化油出口113排出，而富集了大量金属的重质组分从分离套筒120的底部排出，最终从富含金属组分出口112排出。

本实施例中，分离套筒120为多个，分离套筒120的个数可以依据具体处理量来确定，具体到本实施例中，请参阅图4，分离套筒120为四个，原料分布器140位于分离罐体110的轴心线处，多个分离套筒120在分离罐体110内沿着原料分布器140呈环形分布，电极130和安装孔154的个数与分离套筒120的个数一一对应。由于原料分布器140位于四个分离套筒120之间，从而可以实现均匀地向四个分离套筒120提供原料。

具体来说，本申请中电极130为金属圆柱形电极130(请参阅图7)，本申请的电极130包括上电极131和下电极132(请结合参阅图1和图2)，上电极131和下电极132固定悬挂于分离罐体110内，上电极131从分离套筒120的上部插设于分离套筒120的中心，下电极132从分离套筒120的下部插设于分离套筒120的中心，上电极131和下电极132不相连且间隔设置；单向进料孔121的开口位置位于上电极131和下电极132之间。

本申请中，电极130通过设置于分离罐体110内的上绝缘吊挂133和下绝缘吊挂134实现安装和固定，其中，上电极131与上绝缘吊挂133固定连接，下电极132与下绝缘吊挂134固定连接。

上电极131和下电极132分别与高压电源相连；优选地，上电极131施加正高压直流电源，下电极132施加负高压直流电源；或者，上电极131施加负高压直流电源，下电极132施加正高压直流电源。高压电源通过电极接口135连接至电极130，分离罐体110和分离套筒120的壁外壳接地，形成电路回路。通过施加高压电源，电极130与分离套筒120之间形成水平电场，含金属组分在电场力的作用下向电极130区域定向移动，上电极131和下电极132之间形成垂直电场，在电极130上聚结的含金属组分在垂直方向电场力的作用下向底部移动，实现含金属组分的定向脱除。

本申请中，电极130与分离套筒120之间的距离为2-25cm；电极130与分离套筒120之间的距离比上电极131和下电极132之间的距离大1-10cm；优选地，电极130与分离套筒120之间的距离为3-10cm；电极130与分离套筒120之间的距离比上电极131和下电极132之间的距离大2-5cm。此外，本申请还提供了一种原料油脱金属的方法，其包括：对原料油进行预热升温至50-160℃，将原料油从上述原料油脱金属装置100的进油口111连续不断的通入，原料油经原料分布器140排出并经单向进料孔121进入到分离套筒120内，原料油于分离套筒120内经电场处理，分离套筒120内的电极130施加的电场强度为1200-20000V/cm，处理时间为1-3h，获得净化油和富含金属组分。值得注意的是，在其他实施例中，由于原料油的选择不同，原料油脱金属装置100的尺寸不同，施加的电场强度可以有较大的范围变化，本实施例中仅仅提供了一种示意例(分离套筒120内的电极130施加的电场强度为1200-20000V/cm)，在选择其他原料油时，还可以有其他范围的选择。下面结合具体实施例对上述原料油脱金属装置100对原料油的脱金属效果进行说明，后续实施例1-2均使用原料油脱金属装置100对原料油进行处理。

实施例1

选取一种原油，其金属含量为50μg/g。将原油加热至150℃，通过进料管从进油口111处通入原料油脱金属装置100。混合物在原料油脱金属装置100的停留时间为1h，施加电场强度为4500V/cm。经电场处理区域，得到的净化油从分离罐体110的顶部流出，富集了大量金属的重质组分从分离罐体110的底部排出。

实施例2

选取一种煤焦油，其金属含量为100μg/g。将煤焦油加热至100℃，通过进料管从进油口111处通入原料油脱金属装置100。混合物在原料油脱金属装置100的停留时间为2h。施加电场强度为8500V/cm。经电场处理区域，得到的净化油从分离罐体110的顶部流出，富集了大量金属的重质组分从分离罐体110的底部排出。

对比例1

选取一种原油，其金属含量为50μg/g。将原油加热至150℃，通过进料管从进油口111处通入原料油脱金属装置100。混合物在原料油脱金属装置100的停留时间为1h。施加电场强度为0。

对比例2

选取一种煤焦油，其金属含量为100μg/g。将煤焦油加热至100℃，通过进料管从进油口111处通入原料油脱金属装置100。混合物在原料油脱金属装置100的停留时间为2h。施加电场强度为0。

对比例3

本对比例中，提供的原料油脱金属装置100的结构省略了分离套筒120，直接将电极130插设于分离罐体110内。

选取一种煤焦油，其金属含量为100μg/g。将煤焦油加热至100℃，通过进料管从进油口111处通入对比例3提供的原料油脱金属装置100。混合物在原料油脱金属装置100的停留时间为2h。施加电场强度为8500V/cm。经电场处理区域，得到的净化油从分离罐体110的顶部流出，富集了大量金属的重质组分从分离罐体110的底部排出。

表1原料油脱金属结果

实验	净化油中金属含量(μg/g)
		实施例1	15
实施例2	20
		对比例1	50
对比例2	100
		对比例3	变压器负荷过高，无法实施

从表1可以看出，采用本发明提供的脱金属装置及方法，施加电场后，可以提高原料油的脱金属效率，脱除原料油中70％以上的金属。由于对比例3省略了分离套筒120，使得电极130与分离罐体110的侧壁之间形成垂直电场，电极130与分离罐体110的侧壁之间距离较大，要施加与实施例2相同的电场强度为8500V/cm时，需要极大的增加更大的电压，造成变压器负荷过高，无法实施。

综上所述，本发明实施例提供了一种原料油脱金属装置100，其通过在分离罐体110内设置分离套筒120，并且将电极130插设于分离套筒120内，可以通过调节套筒的内径有效缩小电极130与套筒内部之间的距离，在施加同等电压的情况下，实现较高的电场强度。克服因为电极130与分离罐体110之间距离过大，要实现较高电场强度，需要施加较高的电压，造成变压器负荷过高的情况。此外，本申请中，通过在分离套筒120的侧壁开设有单向进料孔121，原料分布器140的一端设置有分布孔141，原料分布器140位于分离套筒120的外部，使得原料只能从单向进料孔121进入分离套筒120，然后在分离套筒120内进行静电分离，含金属的组分在电场区域中可以依据电性不同，定向移动至电场区域下部，实现净化油与沉降组分的双向流动，避免含金属组分在沉降过程的返混，提高金属脱除效率。通过采用本发明提供的原料油脱金属装置100对原料油进行脱金属处理，可以满足原料油的脱金属需求，实现原料油脱金属装置100的长周期稳定运行。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种原料油脱金属装置，其特征在于，包括分离罐体、分离套筒、电极和原料分布器，所述分离罐体的底部设置有进油口和富含金属组分出口，顶部设置有净化油出口，所述分离套筒和所述原料分布器均安装于所述分离罐体内，所述原料分布器位于所述分离套筒的外部，所述电极插设于所述分离套筒内，所述分离套筒的侧壁开设有单向进料孔，所述原料分布器的一端设置有分布孔，所述原料分布器的另一端与所述进油口连通。

2.根据权利要求1所述的原料油脱金属装置，其特征在于，所述原料油脱金属装置还包括用于安装所述分离套筒的套筒支架，所述套筒支架包括第一支架盘、第二支架盘以及连接至所述第一支架盘和所述第二支架盘之间的连接杆，所述第一支架盘和所述第二支架盘同时与所述分离罐体的内侧壁连接，所述第一支架盘和所述第二支架盘对应设置有安装孔，所述分离套筒依次穿设于所述第一支架盘和所述第二支架盘的所述安装孔内，所述分离套筒的外侧壁、所述第一支架盘、所述第二支架盘以及所述分离罐体的内侧壁围成的空间为密闭空间，所述原料分布器插设于所述密闭空间内。

3.根据权利要求1所述的原料油脱金属装置，其特征在于，所述电极包括上电极和下电极，所述上电极和所述下电极固定悬挂于所述分离罐体内，所述上电极从所述分离套筒的上部插设于所述分离套筒的中心，所述下电极从所述分离套筒的下部插设于所述分离套筒的中心，所述上电极和所述下电极不相连且间隔设置；所述单向进料孔的开口位置位于所述上电极和所述下电极之间。

4.根据权利要求3所述的原料油脱金属装置，其特征在于，所述电极与所述分离套筒之间的距离为2-25cm；所述电极与所述分离套筒之间的距离比所述上电极和所述下电极之间的距离大1-10cm；

优选地，所述电极与所述分离套筒之间的距离为3-10cm；所述电极与所述分离套筒之间的距离比所述上电极和所述下电极之间的距离大2-5cm。

5.根据权利要求3所述的原料油脱金属装置，其特征在于，所述分离罐体内设置有上绝缘吊挂和下绝缘吊挂，所述上电极与所述上绝缘吊挂固定连接，所述下电极与所述下绝缘吊挂固定连接。

6.根据权利要求3所述的原料油脱金属装置，其特征在于，所述上电极和所述下电极分别与高压电源相连；

优选地，所述上电极施加正高压直流电源，所述下电极施加负高压直流电源；或者，所述上电极施加负高压直流电源，所述下电极施加正高压直流电源。

7.根据权利要求1所述的原料油脱金属装置，其特征在于，所述分离套筒为多个，所述原料分布器位于所述分离罐体的轴心线处，多个所述分离套筒在所述分离罐体内沿着所述原料分布器呈环形分布，所述电极的个数与所述分离套筒的个数一一对应。

8.一种原料油脱金属的方法，其特征在于，其包括将原料油通入如权利要求1-7任一项所述的原料油脱金属装置的所述进油口，所述原料油经原料分布器排出并经所述单向进料孔进入到所述分离套筒内，所述原料油于所述分离套筒内经电场处理，获得净化油和富含金属组分。

9.根据权利要求8所述的原料油脱金属的方法，其特征在于，所述原料油在通入所述进油口之前，先对所述原料油进行预热升温至50-160℃。

10.根据权利要求8所述的原料油脱金属的方法，其特征在于，在进行所述电场处理时，所述分离套筒内的所述电极施加的电场强度为1200-20000V/cm。

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