CN113680106B - 一种电子束辐照处理老化油工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电子束辐照处理老化油工艺，包括如下步骤：步骤1将老化油均质后送入分布器；步骤2在分布器上形成一定厚度的液体层；步骤3在分布器上安装调试电子束辐照设备；步骤4在分布器上，电子束辐照设备后安装调试相控阵微波发射器；步骤5打开电子束辐照设备和相控阵微波发射器，调试内容为：电子束能量值，相控阵微波能量值，相控阵微波频率，相控阵微波聚焦角度；步骤6经过处理的老化油分割后进入油池和水池静置。油池上层出油，下层回流进入老化油储池。水池下层出水，上层回流进入老化油储池。至此，实现了老化油的破乳和油水分离。
Description
技术领域
本发明涉及老化油处理技术领域，尤其涉及一种电子束辐照处理老化油工艺，采用电子束技术结合相控阵微波技术用于老化油处理，使油水分离，提高资源利用率。
背景技术
老化油主要来源于原油储存、油泥和污水处理中产生的含有表面活性剂和其他的复杂油包水、水包油型乳液。老化油有很多缺点，例如由于导电性强，导致原油处理系统电脱水器跳闸等生产事故。腐蚀性强，缩短原油处理装置使用寿命。增加处理药剂的使用，提高了处理成本等。老化油稳定性强，在原油处理装置中占用了较大的空间。老化油的破乳和油水分离一直是急需解决的问题。
据统计，我国油田及炼油厂每年产生不少于800万吨的老化油。这些老化油处理后能够得到可观的经济收益和社会收益。现在使用的老化油处理方法包括物理法，化学法和组合方法，各有优缺点。无论什么方法，破乳的主要原理是都是破除乳化液的稳定性，各种宏观方法最终都作用与微观的分子团和分子上。例如加热增加分子热运动，电场打破界面电荷平衡，力场通过水与油的密度差增加离心力来打破平衡，电磁场，声场也是直接作用于分子团和分子。而微观方法，例如化学添加剂，则直接由加入的添加剂分子改变老化油分子团的电化学性质，使之失稳。
如果不采用化学试剂，又能在微观上对老化油分子团和分子产生电化学性质的改变，则电子束技术是一个值得考虑的方法。电子束直接从微观上改变老化油中达到电荷平衡的分子团界面的电荷分布，同时在不增加化学试剂的情况下使相关水分子和相应能级上能够反应的分子发生反应，变成带电粒子，迅速失稳，达到破乳的目的。
破乳之后，还需要使水相和油相迅速分离，常规沉降的方法耗时较长，离心机的方法能耗较高，且操作调节较为复杂。需要一种既迅速也普适的方法来进行分离。
激光控制在核科学研究中也用于同位素的分离，并在最近十几年得到了越来越多的应用。采用相控阵微波，对含水的混合相进行分离，是一个比较大的跨越，同时也是先进分离技术在传统重工业上的应用。
利用电子束辐照技术使老化油破乳，然后使用相控阵微波技术使油水分离，此方法不使用化学药剂，而且直接作用于微观分子，效率高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电子束辐照处理老化油工艺，以解决上述技术问题。
为实现上述目的本发明采用以下技术方案：
步骤1将老化油均质后送入分布器。
步骤2在分布器上形成一定厚度的液体层。
步骤3在分布器上安装调试电子束辐照设备。
步骤4在分布器上，电子束辐照设备后安装调试相控阵微波发射器。
步骤5打开电子束辐照设备，调试内容为：电子束能量值，束流强度，辐照剂量范围。
步骤6打开相控阵微波发射器，调试内容为：相控阵微波功率密度，相控阵微波频率，相控阵微波照射角度。
步骤7经过处理的老化油经分割器分割后进入油池和水池静置。油池上层出油，下层回流进入老化油储池。水池下层出水，上层回流进入老化油储池。油池出油检测含水率，含水率合格排出系统，不合格重复步骤5和步骤6，同时调整老化油流速和分割器，直到油池出油含水率合格。
优选的，步骤2中液体层的厚度为1cm~2cm之间。
优选的，步骤3中辐照采用的电子束能量值为0.5~2MeV，束流强度为10~50mA，辐照剂量范围为0~500kGy。
优选的，步骤4中所采用的相控阵微波的功率密度为0~10kw/平方米。相控阵微波频率为2GHz~180GHz。相控阵微波照射角度为10~80度。
优选的，步骤7中经过分割的油池出油静置时间为0~4小时，水池出水静置时间为0~4小时。
优选的，根据电子束辐照窗宽度，调整分布器宽度使老化油流体宽度与辐照窗宽度一致。调整相控阵微波照射宽度与分布器后端老化油流体宽度一致。
优选的，分割器根据油水密度分层进行分割，尽可能的保证油层含水率降到最低。
优选的，老化油与电子束反应空间应填充惰性气体。
优选的，相控阵微波与老化油反应空间可增加电场以提高处理效果。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1. 本发明的目的在于提供了一种使老化油破乳油水分离的处理方法。有助于解决目前采用化学添加剂方法所造成的老化油二次乳化和二次污染的问题。
2. 本发明的基本原理：电子束辐照处理老化油是通过高能电子束与老化油中的分子团和分子发生直接相互作用和间接相互作用来实现的。
其直接作用是电子束射线中的高能电子直接与老化油中的分子团和分子相互作用，破坏了乳化液界面层的电荷平衡，达到破乳的目的。
其间接作用包括水分子受到电子束辐照后，生成羟基自由基等多种高活性粒子，具有强氧化性，对老化油中本身存在的多种化学物质，表面活性剂发生反应，使其降解或失去形成稳定过渡层的能力。
3. 本发明采用相控阵微波技术，将水分子从油水混合物中分离出来。水分子具有电偶极矩，微波频率低于共振频率时，电偶极矩力将分子推向光强较弱的区域，反之，微波频率高于共振频率时，电偶极矩力将分子推向光强较强的区域。同时，分子会吸收和发射光量子，在一个吸收和自发辐射的循环过程中，分子获得动量，受到一个沿光波传播方向的力，使分子向需要的方向移动。
本发明针对当前老化油处理方法中存在的弊端，使用电子束辐照技术，相控阵微波技术对老化油进行处理，不需要使用外源加热和离心分离手段，大大降低了老化油的处理能耗，核心设备没有旋转部件，操作简单，降低了故障率。不需要加入化学添加剂，减少了二次污染，对环境友好；由于本发明的工作原理，对于多种老化油具有普适性，减少了采用化学药剂所需要的研发时间，降低了复杂性。
附图说明
图1是本发明的工艺流程示意图；
图2是本发明的电子束处理老化油的机理示意图；
图3是本发明的相控阵微波处理老化油的机理示意图；
图4是本发明的老化油处理量随处理方式的变化图；
图中，11. 均质罐；12. 进料泵；13. 缓冲罐；14. 流量计；15. 电子束辐照房；16.相控阵微波发生器；17. 油池；18. 水池；19. 出料泵1；20. 出料泵2；21. 出料泵3；22. 出料泵4； 23. 搅拌器；151. 电子加速器；152. 电子辐照窗；153. 分布器；161.相控阵微波板；162. 分割器。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。以下所描述的具体实施案例仅用于解释本发明，而不用于限定本发明。
如图1所示，步骤1，老化油通过进口进入均质罐11，通过搅拌器23搅拌均质后通过进料泵12，泵入缓冲罐13，然后由缓冲罐13自流进入分布器153。分布器位于电子束辐照房15下部。电子辐照房15分成上下两个部分。
步骤2，由缓冲罐13来的老化油在分布器153上形成一定厚度的液体层。
步骤3，在分布器153上方，也就是电子辐照房15的上半部分安装调试电子加速器151，与位于电子辐照房15下半部分的电子辐照窗152相连。
步骤4，在分布器153上方，电子加速器151后部安装相控阵微波发射器16，与位于电子辐照房15下半部分的相控阵微波板161相连。
步骤5，打开电子加速器151，调试内容为：电子束能量值，束流强度，辐照剂量范围。
步骤6，打开相控阵微波发射器16，调试内容为：相控阵微波功率密度，相控阵微波频率，相控阵微波照射角度。
步骤7，经过处理的老化油经分割器162分割后，进入油池17和水池18静置。油池17上层出油，下层液体回流进入老化油均质罐11。水池18下层出水，上层液体回流进入老化油均质罐11。油池17出油检测含水率，含水率合格排出系统，不合格重复步骤5和步骤6，同时调整老化油流速和分割器162，直到油池17出油含水率合格。
步骤2中，分布器153中老化油液体层的厚度为1cm~2cm之间。
步骤3中，电子加速器151中辐照采用的电子束能量值为0.5~2MeV，束流强度为10~50mA，辐照剂量范围为0~500kGy。
步骤4中，相控阵微波发射器16所采用的相控阵微波的功率密度为0~10kw/平方米。相控阵微波频率为2GHz~180GHz。相控阵微波板161之间可调整的照射角度Ω为10~80度。
步骤7中，经过分割器162分割出油存放于油池17中的液体静置时间为0~4小时，经过分割器162分割出水存放于水池18中的液体静置时间为0~4小时。
，根据电子辐照窗152宽度，调整分布器153宽度使老化油流体宽度与电子辐照窗152宽度一致。调整相控阵微波板161照射宽度与分布器153中老化油流体宽度一致。
分割器162根据分布器153出口的油水密度分层进行分割，尽可能的保证油层含水率降到最低。
老化油与电子束反应空间应填充惰性气体。也就是电子辐照房15中应填充惰性气体，以防止可能的危险性。
相控阵微波与老化油反应空间可增加电场以提高处理效果。如图4所示，也就是处于相控阵微波板161和分布器153之间可以增加一个电场，以提高油水分离的速度。
在本实施例中，电子束通过与分布器153中的老化油发生非常复杂的反应，将能量转移至老化油中的分子和分子团中。如图2中（a）所示，由于电子的高能量，老化油中本身存在的长链分子如表面活性剂和高分子石油烃类分子链会发生断裂，从而破坏了乳化液稳定层的形成机制。同时，老化油中的小分子经过辐照分解生成了一系列的自由基和离子，包括电子，氢自由基，羟基自由基，氧自由基，H +离子，OH-离子等等。这些电子，氢原子和羟基自由基等具有较强的氧化还原性，能够与老化油中本来存在的化学添加剂，表面活性剂等发生反应，同样破坏了乳化液的稳定性。
另外，根据胶体的双电层理论，带负电和带正电的分子团形成了稳定的双电层，常规方法如加入化学药剂和絮凝剂的方法可以改变双电层的电势，使双电层聚结，从而使油水分离。如图2中（b）所示，高能电子带有负电荷，直接作用在双电层上，改变双电层的电势，中和电层中的正电荷，使双电层都带上负电荷，由于同种电荷排斥力的不稳定性，使双电层中央的小油珠或者小水珠从双电层中脱离出来，不需要加入化学药剂和絮凝剂，就可以达到破乳的目的。
如前所述，老化油失稳破乳之后稳定层已经被破坏，水和油以游离态的形式存在，要加快油水分离聚集的过程，在本实施例中采用了相控阵微波技术。水分子具有电偶极矩，微波频率低于共振频率时，电偶极矩力将分子推向光强较弱的区域，反之，微波频率高于共振频率时，电偶极矩力将分子推向光强较强的区域。同时，分子会吸收和发射光量子，在一个吸收和自发辐射的循环过程中，分子获得动量，受到一个沿光波传播方向的力，使分子向需要的方向移动。
如图3中（a）所示，调整相控阵微波板161的角度Ω，使光强在下方更强一些，调整微波频率高于共振频率，则水分子会受到向下的作用力。如图3中（b）所示，调整相控阵微波板161的角度Ω，使光强在下方更弱一些，调整微波频率低于共振频率，则水分子会受到向下的作用力。如图3中（c）所示，在老化油上方和下方各放置调整相控阵微波板161，调整微波频率，使得水分子受到向下的合力。通过这几种方式的相控阵微波作用下，本处于分散态的水分子逐步聚集在一起，实现了油水的分离。通过改变相控阵微波的强度，可以调节油水分离的速度，因为相控阵微波的热效应随着光强的增加而增大，在增加油水分离的速度和降低相控阵微波的热效应之间需要最优化的选择一个最合适的光强，以避免热效应导致的扰动破坏油水分离的效果。
如前所述，老化油经过高能电子束辐照之后，其中的分子和分子团发生辐照分解产生了复杂的自由基和离子，同时由于电子束的作用，部分分子更倾向于带有负电荷，在相控阵微波处理过程中，在处于相控阵微波板161和分布器153之间可以增加一个电场，调节电场方向可以使带有负电荷的分子和分子团产生向下的作用力。从而增加油水分离的处理效率。
增加电场对油水分离处理效果的提升如图4所示。对于选定的老化油，在相同的处理量和其他处理条件下，增加电场最高可以降低油池17出油含水率40%。电子束可以是脉冲式的或者连续辐射形式，在实际应用中，由于多种原因电子束多采用脉冲式操作方式。在图4中，以电子束的脉冲次数作为计数方式，可以计量增加电场对油水分离处理效果的影响程度。
本发明还可以有其他多个实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出的各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (9)
1.一种电子束辐照处理老化油工艺，其特征在于，包括如下步骤:
步骤1将老化油均质后送入分布器；
步骤2在分布器上形成一定厚度的液体层；
步骤3在分布器上安装调试电子束辐照设备；
步骤4在分布器上，电子束辐照设备后安装调试相控阵微波发射器；
步骤5打开电子束辐照设备，调试内容为：电子束能量值，束流强度，辐照剂量范围；
步骤6打开相控阵微波发射器，调试内容为：相控阵微波功率密度，相控阵微波频率，相控阵微波照射角度；
步骤7经过处理的老化油经分割器分割后进入油池和水池静置，油池上层出油，下层回流进入老化油储池，水池下层出水，上层回流进入老化油储池，油池出油检测含水率，含水率合格排出系统，不合格重复步骤5和步骤6，同时调整老化油流速和分割器，直到油池出油含水率合格。
2.如权利要求1所述的电子束辐照处理老化油工艺，其特征在于，步骤2中液体层的厚度为1cm~2cm之间。
3.如权利要求1所述的电子束辐照处理老化油工艺，其特征在于，步骤3中辐照采用的电子束能量值为0.5~2MeV，束流强度为10~50mA，辐照剂量范围为0~500kGy。
4.如权利要求1所述的电子束辐照处理老化油工艺，其特征在于，步骤4中所采用的相控阵微波的功率密度为0~10kw/平方米，相控阵微波频率为2GHz~180GHz，相控阵微波板照射角度为10~80度。
5.如权利要求1所述的电子束辐照处理老化油工艺，其特征在于，步骤7中经过分割的油池出油静置时间为0~4小时，水池出水静置时间为0~4小时。
6.如权利要求1所述的电子束辐照处理老化油工艺，其特征在于，根据电子束辐照窗宽度，调整分布器宽度使老化油流体宽度与辐照窗宽度一致，调整相控阵微波板宽度与分布器后端老化油流体宽度一致。
7.如权利要求1所述的电子束辐照处理老化油工艺，其特征在于，分割器根据油水密度分层进行分割，保证油层含水率降到最低。
8.如权利要求1所述的电子束辐照处理老化油工艺，其特征在于，老化油与电子束反应空间应填充惰性气体。
9.如权利要求1所述的电子束辐照处理老化油工艺，其特征在于，相控阵微波与老化油反应空间增加电场以提高处理效果。
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