CN1298814C - 利用微波对乳化原油进行破乳脱水的方法及实施该方法的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用微波对乳化原油进行破乳脱水的方法及实施该方法的装置，本发明利用微波对乳化原油进行破乳脱水的方法步骤如下：(A)将微波发生器定位在乳化原油的管道或脱水设施中；(B)给微波发生器供电，使微波发生器发射的微波辐射到乳化原油中；该方法所使用的装置包括控制柜和微波发生器，微波发生器包括定位装置、磁控管电源、磁控管和导波介质，定位装置设置在微波发生器的两端，磁控管电源、磁控管和导波介质依次相连接，控制柜通过供电电缆与微波发生器的磁控管电源相接。本发明是利用微波独特的超级交变磁场、微波的选择性加热特点、微波的催化反应特性使乳化原油处于可自动控制的微波场中，实现油水的快速分离。

Description

利用微波对乳化原油进行破乳脱水的方法及实施该方法的装置

1、技术领域

本发明涉及一种破乳技术，具体地说是一种利用微波对乳化原油进行破乳脱水的方法及实施该方法的装置。

2、技术背景

破乳是石油生产油气集输工艺的重要环节，近年来随着油田三次采油技术的实施和油田化学品用量的不断增加，导致日趋重质化的原油乳化加重，极大的增加了破乳难度。面对日趋严重的原油乳化状况，传统的热(或电)-化学两段式脱水破乳工艺因操作工艺复杂，单一破乳剂对不同种类乳化原油的适应性较差已出现较大的局限性。

微波，准确的说是一种波长在300MHz～300KMHz的特高频电磁波，通常被广泛的应用于通讯行业，随着人们对微波的深入研究，其能量特点逐渐引起人们的重视，其加热特性已被大量利用，微波炉既是典型代表。但加热仅仅是微波对被作用介质作用后的一种表象，热是由于介质分子在快速交变的微波电磁场中高速旋转和摩擦而产生的，使被作用介质分子产生高速旋转和摩擦是微波对物质作用的基本机理。

3、发明内容

本发明的技术任务是提供一种利用微波对乳化原油进行破乳脱水的方法及实施该方法的装置，利用微波的特性使乳化原油实现油水的快速分离。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

利用微波对乳化原油进行破乳脱水的方法，包括如下步骤：

(A)将微波发生器定位在乳化原油的管道或脱水设施中；

(B)给微波发生器供电，使微波发生器发射的微波辐射到乳化原油中。

实施上述方法所使用的装置包括控制柜和微波发生器，微波发生器包括定位装置、磁控管电源、磁控管和导波介质，定位装置设置在微波发生器的两端，磁控管电源、磁控管和导波介质依次相连接，控制柜通过供电电缆与微波发生器的磁控管电源相接。

导波介质为由非极性分子组成的材料，如：聚四氟乙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚砜、塑料制品、云母、玻璃、陶瓷、空气等。

控制柜内设置有控制柜电源、空气开关、真空接触器、单片机、熔断器和遥控器，控制柜电源、空气开关、熔断器、真空接触器和单片机依次通过供电电缆相接，遥控器控制单片机，控制柜的真空接触器通过供电电缆与微波发生器的磁控管电源相接。

微波发生器通过定位装置定位在乳化原油流经的管道上，导波介质浸入在油层中，确保微波能大部分作用于油层；或者在乳化原油流经的管道中设置脱水设施，使乳化原油流经脱水设施，微波发生器通过定位装置定位在脱水设施上，保证微波发生器的导波介质处于油层中间，确保微波能大部分作用于油层。

控制柜的使用步骤如下：(1)根据破乳液量确定微波发生器的个数，据下列公式计算：W·X＝ρ·|t1-t2|·V，其中W代表磁控管发射微波的功率，X代表需要磁控管的个数，ρ代表乳化原油的比热，t1代表乳化原油入口温度，t2代表乳化原油出口温度，V代表乳化原油每小时的流量；(2)合上控制柜电源开关；(3)根据管道或脱水设施内乳化原油的初始温度，确定升温绝对温度值；如：管道或脱水设施内乳化原油的初始温度为20℃，要求升温到60℃，绝对温度值＝60℃-20℃＝40℃；(4)将绝对温度值输入单片机，设备正常运转。

控制柜的技术指标为：

输入电压：380V  ±15％；

乳化原油油层最高温度：≯80℃；

环境温度：-10～40℃；

环境湿度：20～85％(20℃)；

冷却方式：风冷；

保护功能：短路保护、过热保护、过压保护、缺相保护。

微波产生交变磁场其交变次数可达每秒24亿5千万次，利用这一特性对乳化原油进行作用，使乳化原油的水分子和油分子在特高频交变电磁场中高速旋转和摩擦，破坏了油水的界面膜，使水分子冲破油膜表面张力，自由上下运动、碰撞、聚结，达到油水分离，交变电场又使非极性的油分子磁化，形成涡流电场，使分子间引力下降，油的粘度降低，这些因素综合作用，加速了油、水分离，并可实现不加药或少加药破乳。在微波场中含水原油只要停留6分钟，就能达到95％的脱水率，而其它方法(常规加热、化学脱水)均需4小时以上的沉降时间。

在快速交变的微波场中，化学反应进程被加快，这就是微波的催化反应特性，利用这一特性可以大大加快化学破乳的反应进程，大幅度的提高化学破乳的效率。微波用于化学脱水，能使化学脱水率提高16～46％。

微波的选择性加热是微波的另一大特点，由于不同的介质吸收微波能的特性不同，使微波破乳有了另一独特优势，试验证明油水同处微波场中，水接受微波能的特性明显强于原油，这就使得在乳状液中的水分子在很短的作用时间内率先沸腾膨胀并涨破油膜达到破乳的作用。

本发明是利用微波独特的超级交变磁场、微波的选择性加热特点、微波的催化反应特性，将微波应用在新的领域——乳化原油的破乳脱水中，本发明的利用微波对乳化原油进行破乳脱水的方法及实施该方法的装置是使乳化原油处于可自动控制的微波场中，实现油水的快速分离。

4、附图说明

附图1为本发明所使用的装置在脱水设施中破乳脱水的结构示意图；

附图2为本发明所使用的装置在管道中破乳脱水的结构示意图；

附图3为控制柜和微波发生器的结构示意图。

图中：1、控制柜，2、脱水设施，3、微波发生器，4、导波介质，5、定位装置，6、油层温度计，7、罐壁，8、控制柜电源，9、空气开关，10、真空接触器，11、单片机，12、熔断器，13、遥控器，14、磁控管，15、供电电缆，16、磁控管电源，17、管道，18、管道壁，19、油层，20、水层。

5、实施方式

以下是本发明之微波的几点特性：

微波，准确的说是一种波长在300MHz～300KMHz的特高频电磁波，通常被广泛的应用于通讯行业，随着人们对微波的深入研究，其能量特点逐渐引起人们的重视，其加热特性已被大量利用，微波炉既是典型代表。但加热仅仅是微波对被作用介质作用后的一种表象，热是由于介质分子在快速交变的微波电磁场中高速旋转和摩擦而产生的，使被作用介质分子产生高速旋转和摩擦是微波对物质作用的基本机理。

(1)、微波的超级交变磁场特性

微波产生交变磁场其交变次数可达每秒24亿5千万次，利用这一特性对W/O或O/W型乳化原油进行作用，使乳化原油的水分子和油分子在特高频交变电磁场中高速旋转和摩擦，破坏了油水的界面膜，使水分子冲破油膜表面张力，自由上下运动、碰撞、聚结，达到油水分离，交变电场又使非极性的油分子磁化，形成涡流电场，使分子间引力下降，油的粘度降低，这些因素综合作用，加速了油、水分离，并可实现不加药或少加药破乳。在微波场中含水原油只要停留6分钟，就能达到95％的脱水率，而其它方法(常规加热、化学脱水)均需4小时以上的沉降时间。

(2)、微波的选择性加热特性

不同介质材料的介质常数εr和介质损耗角正切值tgδ是不同的，故微波电磁场作用下的热效应也不一样。由极性分子所组织的物质，能较好地吸收微波能。水分子呈极强的极性，是吸收微波的最好介质。另一类由非极性分子组成，它们基本上不吸收或很少吸收微波，这类物质有聚四氟乙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚砜、塑料制品、云母、玻璃、陶瓷、空气等，它们能透过微波，而不吸收微波。在微波电场中，介质吸收微波功率的大小P正比于频率f、电场强度E的平方、介电常数εr和介质损耗正切值tgδ。

根据这一特性，油水同处微波场中，水接受微波能的特性明显强于原油，这就使得在乳状液中的水分子在很短的作用时间内率先沸腾膨胀并涨破油膜达到破乳的作用。聚四氟乙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚砜、塑料制品、云母、玻璃、陶瓷、空气等基本上不吸收或很少吸收微波，所以可用来做导波介质。

(3)、微波的催化反应特性

微波催化反应实质上是微波首先作用于催化剂或其载体，使其迅速升温而产生活性点位。在快速交变的微波场中，某些材料的化学反应进程可被加快，利用这一特性可以大大加快化学破乳的反应进程，大幅度的提高化学破乳的效率。微波用于化学乳化原油脱水，能使化学脱水率提高16～46％。

下面参照说明书附图进一步说明本发明。

实施例1：

如图1、图3所示：

所使用的设备包括脱水设施2、控制柜1和微波发生器3，微波发生器3包括定位装置5、磁控管电源16、磁控管14和导波介质4，定位装置5设置在微波发生器3的两端，磁控管电源16、磁控管14和导波介质4依次相连接，导波介质4为由非极性分子组成的材料，如聚四氟乙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚砜、塑料制品、云母、玻璃、陶瓷、空气等。

控制柜1内设置有控制柜电源8、空气开关9、真空接触器10、单片机11、熔断器12和遥控器13，控制柜电源8、空气开关9、熔断器12、真空接触器10和单片机11依次通过供电电缆15相接，遥控器13控制单片机11。

控制柜1的真空接触器10通过供电电缆15与微波发生器3的磁控管电源16相接。

乳化原油流经的管道17中设置脱水设施2。

利用微波对乳化原油进行破乳脱水的方法，步骤如下：

(1)油水混合液经过沉淀过程，将游离水基本分离，储液区呈油水分层状态，油层19在上面，水层20在下面；

(2)将分离后的乳化原油注入脱水设施2中；

(3)将微波发生器3通过定位装置5定位在脱水设施2中，导波介质4向上浸入在油层中，保证导波介质4处于油层中间。

(4)给微波发生器3供电，使微波发生器3发射的微波辐射到乳化原油中。

控制柜1的使用步骤如下：

(1)根据破乳液量确定微波发生器3的个数，据下列公式计算：

W·X＝ρ·|t1-t2|·V，

其中W代表磁控管发射微波的功率，X代表需要磁控管的个数，ρ代表乳化原油的比热，t1代表乳化原油入口温度，t2代表乳化原油出口温度，V代表乳化原油每小时的流量；

(2)合上控制柜电源8开关；

(3)根据脱水设施2内乳化原油的初始温度，确定升温绝对温度值；如：脱水设施2内乳化原油的初始温度为20℃，要求升温到60℃，绝对温度值＝60℃-20℃＝40℃；

(4)将绝对温度值输入单片机11，设备正常运转。

控制柜1的技术指标为：

输入电压：380V  ±15％；

乳化原油油层最高温度：≯80℃；

环境温度：-10～40℃；

环境湿度：20～85％(20℃)；

冷却方式：风冷；

保护功能：短路保护、过热保护、过压保护、缺相保护。

实施例2：

如图2、图3所示：

所使用的设备包括控制柜1和微波发生器3，微波发生器3包括定位装置5、磁控管电源16、磁控管14和导波介质4，定位装置5设置在微波发生器3的两端，磁控管电源16、磁控管14和导波介质4依次相连接，导波介质4为由非极性分子组成的材料，如聚四氟乙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚砜、塑料制品、云母、玻璃、陶瓷、空气等。

控制柜1内设置有控制柜电源8、空气开关9、真空接触器10、单片机11、熔断器12和遥控器13，控制柜电源8、空气开关9、熔断器12、真空接触器10和单片机11依次通过供电电缆15相接，遥控器13控制单片机11。

控制柜1的真空接触器10通过供电电缆15与微波发生器3的磁控管电源16相接。

利用微波对乳化原油进行破乳脱水的方法，步骤如下：

(1)油水混合液经过沉淀过程，将游离水基本分离，储液区呈油水分离状态，油层19在上面，水层20在下面；

(2)将分离后的乳化原油注入管道17中；

(3)将微波发生器3通过定位装置5定位在乳化原油流经的管道17上，导波介质4浸入在油层中，确保微波能大部分作用于油层。

(4)给微波发生器3供电，使微波发生器3发射的微波辐射到乳化原油中。

控制柜1的使用步骤如下：

(1)根据破乳液量确定微波发生器3的个数，据下列公式计算：

W·X＝ρ·|t1-t2|·V，

其中W代表磁控管发射微波的功率，X代表需要磁控管的个数，ρ代表乳化原油的比热，t1代表乳化原油入口温度，t2代表乳化原油出口温度，V代表乳化原油每小时的流量；

(2)合上控制柜电源8开关；

(3)根据管道17内乳化原油的初始温度，确定升温绝对温度值；如：管道17内乳化原油的初始温度为20℃，要求升温到60℃，绝对温度值＝60℃-20℃＝40℃；

(4)将绝对温度值输入单片机11，设备正常运转。

控制柜1的技术指标为：

输入电压：380V  ±15％；

乳化原油油层最高温度：≯80℃；

环境温度：-10～40℃；

环境湿度：20～85％(20℃)；

冷却方式：风冷；

保护功能：短路保护、过热保护、过压保护、缺相保护。

Claims (6)

1、利用微波对乳化原油进行破乳脱水的方法，其特征在于破乳脱水步骤如下：

(1)油水混合液经过沉淀过程，将游离水基本分离，储液区呈油水分层状态，油层在上面，水层在下面；

(2)将微波发生器通过定位装置定位在脱水设施中，导波介质浸入油层中间；

(3)根据公式W·X＝ρ·|t1-t2|·V计算出微波发生器的个数；其中W代表磁控管发射微波的功率，X代表需要磁控管的个数，ρ代表乳化原油的比热，t1代表乳化原油入口温度，t2代表乳化原油出口温度，V代表乳化原油每小时的流量；

(4)将分离后的乳化原油注入脱水设施中；

(5)合上控制柜电源空气开关，给微波发生器供电，使微波发生器发射的微波辐射到乳化原油中；

(6)根据脱水设施内乳化原油的初始温度，确定升温绝对温度值；

(7)将绝对温度值输入单片机，设备正常运转。

2、根据权利要求1所述的利用微波对乳化原油进行破乳脱水的方法，其特征在于将微波发生器定位在乳化原油流经的管道壁上。

3、根据权利要求1所述的利用微波对乳化原油进行破乳脱水的方法，其特征在于乳化原油流经脱水设施，将微波发生器定位在脱水设施上。

4、实施权利要求1的方法所使用的装置，其特征包括控制柜和微波发生器，微波发生器包括定位装置、磁控管电源、磁控管和导波介质，定位装置设置在微波发生器的两端，磁控管电源、磁控管和导波介质依次相连接，控制柜通过供电电缆与微波发生器的磁控管电源相接。

5、根据权利要求4所述利用微波对乳化原油进行破乳脱水的装置，其特征在于导波介质为由非极性分子组成的材料。

6、根据权利要求4所述利用微波对乳化原油进行破乳脱水的装置，其特征在于控制柜内设置有控制柜电源、空气开关、真空接触器、单片机、熔断器和遥控器，控制柜电源、空气开关、熔断器、真空接触器和单片机依次通过供电电缆相接，遥控器控制单片机，控制柜的真空接触器通过供电电缆与微波发生器的磁控管电源相接。

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