專利名稱：高頻高壓油水分離方法及其設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種油水分離裝置，是利用高頻電場從成品油、原油中分離水的方法及其設備，特別是指一種高頻高壓油水分離方法及其設備。
背景技術：
水是油品中危害最大的污染物之一，油品中的鹽類主要溶解在水中，鹽和水的存在是造成設備、管線和機器等腐蝕的主要原因。
從油井中開采出來的原油，含有不同程度的鹽和水。這些鹽和水的存在，對原油加工造成了極大的危害，必須進行脫除。由于原油中的鹽類絕大部分溶于水，因此原油脫鹽處理是通過脫除含鹽的水來進行的，即脫鹽脫水同時進行。我國現有交、直流電脫鹽/電脫水工藝設備近1000臺套，仍采用高壓交流(第一代電脫鹽)、高壓直流或交直流(第二代電脫鹽)式的電誘導、電遷移工藝裝備系統。然而隨著高粘度原油產量的增大、石油酸和有機硫含量(界面活性物質)的增高，電脫水的難度加大，致使電脫鹽(脫CaCl2、MgCl2等鹽)的效率顯著下降(＞3mg/L)，從而導致煉油工藝設備的腐蝕加劇。2001年，我國劣質原油(高酸、高硫、高黏度原油)的產量達8500多萬噸，超過輕質原油7800萬噸的產量，其中高粘度稠油的產量約為4000多萬噸，原有的電脫鹽脫水工藝已經不能滿足生產的需求。
發明內容
本發明的目的在于克服目前國內電脫鹽工藝設備的不足和成品油精制效果的不理想，運用油水分離、高頻振動、電動力學原理，發明了一種節能、安全、油水分離效率高的高頻高壓油水分離方法，設計了這種方法的裝置系統。它不僅適用于一般的原油，更適于稠油的脫鹽脫水處理，稠油脫后鹽含量小于3mg/L，達到中石化標準。該設備能用于各種原油(尤其是稠油、高酸值原油等)、航空油料(如航空汽油、噴氣燃料、航空液壓油、航空潤滑油等)，一般油品(如汽油、煤油、柴油、液壓油、潤滑油、變壓器油、食用油等)，特殊油品(如松節油、桂油、八角油、玫瑰油、松香)等等的油水精分離。
本發明的一種高頻高壓油水分離設備，包括供電裝置、混合裝置、分離裝置，分離裝置是一油水分離罐，它由罐體以及設在罐體外部上的高壓引入棒、出油管、出水管、進油管、液位控制器和設在罐體內部的進油分配管、正電極板、負電極板、正極懸掛梁、負極懸掛梁構成，電極懸掛梁兩端經絕緣處理固定在罐體內部的左右兩端上，正極懸掛梁上懸掛正電極板，負極懸掛梁上懸掛負電極板，正負電極板按一正一負順序排列，電極板上設有掛鉤，懸掛梁上設有與電極板掛鉤相連的掛環，進油分配管固定在罐體的底部并且同進油管連接，進油分配管的管體上設有供油品流出的分配孔，高壓引入棒一端通過高壓電柔性連接器連接在高頻高壓特種電源上，另一端通過柔性耐高壓耐油導線同正負電極懸掛梁連接，進油管上連接一混合器。
所述的油水分離設備，其高壓引入棒可采用聚四氟乙烯或者聚酯加玻璃纖維制成；電極板排布以極板間距可調的垂直式懸掛方式排列；電極板材料可選取金屬格柵極板或者復合極板。
所述的油水分離設備，在電極進行油品分離時，采用了高頻高壓電場；輸入的工業電源經高頻發生控制器和高頻變壓器后形成一高頻高壓特種電源，高頻高壓控制器采用橋式高頻高壓硅整流器，電纜采用多芯硅橡膠耐溫耐壓電纜，其高頻高壓電場輸出性能為電信號輸出高頻、高頻直流迭加電流與電壓；高頻信號波形三角形、矩形、鋸齒形；高頻信號的脈寬比在0～50％范圍可以連續調節；高頻頻率0～50000Hz，連續可調節；輸出電壓0～50000V連續可調；輸出電流0～10A；輸出功率500KVA。
所述的油水分離設備，其電極板采用高導電率的碳纖維與低導電率的材料復合而成。
所述的油水分離設備，其液位控制器可采用浮筒式液位計或者放射性液位計。
本發明的一種高頻高壓油水分離方法，其成品油(a)第一步在待精制成品油輸送管路上加入5～30％(v/v)軟化水，通過混合器混合到混合度1～10微米；第二步將混合后的成品油輸入到高頻高壓油水分離罐中，在極板之間加上特征頻率F特、500～2000V/cm高頻高壓電場進行油水分離處理；第三步通過高頻高壓電場分離處理后的成品油由出水管9排去含鹽污水，將脫水后的成品油經出油管10輸送到儲罐中；原油(b)第一步在待精制原油輸送管路上加入5～30％(v/v)軟化水和5～100ppm破乳劑，通過混合器混合到混合度1～10微米；第二步將混合后的原油輸入到高頻高壓油水分離罐中，在極板之間加上特征頻率F特、500～2000V/cm高頻高壓電場進行油水分離處理；第三步通過高頻高壓電場分離處理后的出水管9排去含鹽污水，將脫鹽后的原油經出油管10輸送到儲罐中。
所述的油水分離方法，其成品油(a)，工作頻率和電場強度500～20000Hz、500～2000V/cm的高頻高壓、高頻直流迭加電場；軟化水加入量5～30％(v/v)；在電場中停留時間4～8min；原油(b)，工作頻率和電場強度500～20000Hz、500～2000V/cm的高頻高壓、高頻直流迭加電場；破乳劑加入量5～100ppm；在電場中停留時間4～8min；加熱原油溫度70～140℃。
所述的油水分離方法，其采用的破乳劑根據原油的性質選取適合的破乳劑，進行破乳、分離原油中的水。
所述的油水分離設備，該設備可對普通原油、稠油進行油水分離處理后，鹽含量均小于3mg/L。
本發明的優點使用高頻高壓油水分離器提高了油水分離的速度、效率和精度。比傳統的直流、交直流電分離精制更快速、更有效、更節能、更節時。而且采用復合極板可以抑制持續電弧產生，而且不會引入新的金屬離子污染，避免了金屬離子引起的催化劑中毒現象。
圖1是本發明的油水分離罐結構示意圖。
圖2是本發明油水分離方法的流程示意圖。
圖3是電極間電場和水脫除示意圖。
圖中1.罐體2.高頻高壓特種電源3.正電極板4.負電極板5.進油管6.進油分配管7.正極懸掛梁8.負極懸掛梁9.出水管10.出油管 11.高壓電柔性連接器12.高壓引入棒13.混合器14.液位控制器15.分配孔具體實施方式
下面將結合附圖和實施例對本發明作進一步的說明。
請參見圖1所示，本發明的一種高頻高壓油水分離設備，包括供電裝置、混合裝置、分離裝置。分離裝置是一油水分離罐，它由罐體1以及設在罐體1外部上的高壓引入棒12、出油管10、出水管9、進油管5、液位控制器14和設在罐體1內的進油分配管6、正電極板3、負電極板4、正極懸掛梁7、負極懸掛梁8構成。兩根電極懸掛梁兩端經聚四氟乙烯或者聚酯加玻璃纖維包裹固定在罐體1內的左右兩端上，油水分離罐臥式安裝，正極懸掛梁7上懸掛正電極板3，負極懸掛梁8上懸掛負電極板4，正負電極板按一正一負順序排列，形成復合結構形式，電極板上設有掛鉤，懸掛梁上設有與電極板掛鉤相掛連的掛環，掛環可在懸掛梁上左右移動，以方便電極板移動距離的大小和增加電極板數量。進油分配管6固定在罐體1的底部并且同進油管5連接，進油分配管6的管體上設有供油品流出的分配孔15，分配孔15用來調節油的流速，使待分離的油流速穩定、均勻上升，使油在高頻高壓電場中得到更好的分離。高壓引入棒12一端通過高壓電柔性連接器11連接在高頻高壓特種電源2上，另一端通過柔性耐高壓耐油導線同正負電極懸掛梁7、8連接，進油管5上連接一靜態混合器13，以方便軟化水同成品油混合降低成品油的稠度，同時也是用來混合原油中所需的軟化水和破乳劑的。
本發明的設備各部分既具有獨立性，同時又具有很好的相互協調功能，共同實現油相與水的快速精分離。
高頻高壓電源系統在電極進行油品分離時，采用了高頻高壓電場。輸入的工業電源380V 50Hz經高頻發生控制器和高頻變壓器后形成一高頻高壓特種電源2，高頻高壓控制器采用橋式高頻高壓硅整流器，電纜采用多芯硅橡膠耐溫耐壓電纜，其高頻高壓電場輸出性能為電信號輸出高頻、高頻直流迭加電流與電壓；高頻信號波形三角形、矩形、鋸齒形；高頻信號的脈寬比在0-50％范圍可以連續調節；高頻頻率0～50000Hz，連續可調節；輸出電壓0～50000V，連續可調；輸出電流0～10A；輸出功率500KVA。
電極系統在本發明中在電極進行油品分離時，采用了高頻高壓電場，通過高壓引入棒12與特種電源系統相聯接，采用的是極板間距可調的垂直式懸掛極板系統。系統采用了兩種材料的極板金屬格柵極板和復合極板。
在本發明中在電極進行油水分離時，電極之間的電場如圖3所示，在電極板中間位置的電場最強，然后逐漸向兩端成非線性減弱。當進行油水分離時，油品先進入電極下端，在弱電場的作用下脫除大部分的水，然后油品進入電極中部的強電場區，在強電場作用下進行破乳、聚集，脫除粒度比較小的水粒，最后通過電極上部的弱電場脫除殘余的水。當油品通過電極間電場后，油品中絕大部分水脫除干凈，達到國家或行業標準。
復合極板該電極系統使用復合極板是用高導電率的碳纖維與低導電率的材料復合而成(如圖3所示)。這種復合極板的特點是極板中部導電性高，產生最高的電場強度，靠近電極兩端的部分上導電性較差，產生遞減的電場強度。低導電材料另一個優點是材料本身所固有的電流調節特性，此特性使持續的電弧不可能產生，從而在高電壓下抑制電弧的發生和持續，所以可以注入更多的洗滌水和加上更高的電壓，提高了電脫鹽效率。此外，使用復合極板不會引入金屬離子污染，避免了金屬離子引起的催化劑中毒現象。
液位控制器本發明針對原油和成品油兩類粘度、比重相差較大的油品，所采用的液位控制器有兩種，分別針對這兩類油設計。它們分別是浮筒式液位計和放射性液位計。
浮筒式液位計這種液位計，測量范圍有限，一般為300～2000mm，適用于液面波動較小，密度穩定，潔凈介質的液面和界面測量。對高溫、高粘介質，密度變化較大不宜采用。根據浮筒式液位計的特點，設計中將它應用于成品油高頻高壓電精制罐中。
放射性液位計(或超聲波)放射性液位計是真正的不接觸測量各種容器中的液位和料位。能用于高溫、高壓、強腐蝕和粘度較高的工礦測量。由于原油粘度較高，特別是稠油的粘度大于50mPa·s，對于這類油，設計中采用放射性液位計。
靜態混合器發明的在工藝設計中，為減少設備投入和工序，選取直接在管道中將油品和軟化水進行混合的方法。而管道混合器主要是靜態混合器，所以設計中采用靜態混合器作為油水混合裝置。
對原油進行高頻高壓油水分離時，采用下列方法1.加熱原油到70～140℃，降低粘度；2.在熱原油輸送管路上加入5～30％(v/v)軟化水和5～100ppm破乳劑，并通過靜態混合器混合到混合度10微米以下；3.輸入到高頻高壓油水分離罐中，在極板之間加上特征頻率F特、500～2000V/cm高頻高壓電場進行油水分離處理；4.排去含鹽污水，將脫鹽后的原油輸送到儲罐。
對成品油進行高頻高壓油水分離時，采用下列方法；1.向成品油中注入5～30％(v/v)的軟化水，并通過靜態混合器混合；2.將成品油輸入油水分離罐中，在極板之間加上特征頻率F特、500～2000V/cm高頻高壓電場進行油水分離處理。
3.排去含鹽污水，將脫水后的油品輸送到儲罐。
高頻高壓油/水分離機制可以描述為高頻電場力能使乳化微水滴極化、變形、暴露出新的活性表面，使微水滴容易聚集于長大；另外，高頻的電場使微水滴的振動加劇，碰撞幾率增加，在F特最佳頻率范圍內，水滴振動最劇烈，聚集長大也最迅速，最明顯；當微水滴長達到100μm以上時，實現油水的快速分離。從而提高了油水分離的速度、效率和精度。比傳統的直流、交直流電分離精制更快速、更有效、更節能、更節時。
本發明的設備克服了目前國內電脫鹽工藝設備的不足和成品油精制效果的不理想，運用油水分離、高頻振動、電動力學原理，發明了一種節能、安全、油水分離效率高的高頻高壓油水分離方法，設計了這種方法的裝置系統。它不僅適用于一般的原油，更適于稠油的脫鹽脫水處理，稠油脫后鹽含量小于3mg/L，達到中石化標準。該設備能用于各種原油(尤其是稠油、高酸值原油等)、航空油料(如航空汽油、噴氣燃料、航空液壓油、航空潤滑油等)，一般油品(如汽油、煤油、柴油、液壓油、潤滑油、變壓器油、食用油等)，特殊油品(如松節油、桂油、八角油、玫瑰油、松香)等等的油水精分離。
權利要求
1.一種高頻高壓油水分離設備，包括供電裝置、混合裝置、分離裝置，其特征在于分離裝置是一油水分離罐，它由罐體(1)以及設在罐體(1)外部上的高壓引入棒(12)、出油管(10)、出水管(9)、進油管(5)、液位控制器(14)和設在罐體(1)內部的進油分配管(6)、正電極板(3)、負電極板(4)、正極懸掛梁(7)、負極懸掛梁(8)構成，電極懸掛梁兩端經絕緣處理固定在罐體(1)內部的左右兩端上，正極懸掛梁(7)上懸掛正電極板(3)，負極懸掛梁(8)上懸掛負電極板(4)，正負電極板按一正一負順序排列，電極板上設有掛鉤，懸掛梁上設有與電極板掛鉤相連的掛環，進油分配管(6)固定在罐體(1)的底部并且同進油管(5)連接，進油分配管(6)的管體上設有供油品流出的分配孔(15)，高壓引入棒(12)一端通過高壓電柔性連接器(11)連接在高頻高壓特種電源(2)上，另一端通過柔性耐高壓耐油導線同正負電極懸掛梁(7、8)連接，進油管(5)上連接一混合器(13)。
2.根據權利要求1所述的油水分離設備，其特征在于高壓引入棒(12)可采用聚四氟乙烯或者聚酯加玻璃纖維制成；電極板(3、4)排布以極板間距可調的垂直式懸掛方式排列；電極板(3、4)材料可選取金屬格柵極板或者復合極板。
3.根據權利要求1所述的油水分離設備，其特征在于在電極進行油品分離時，采用了高頻高壓電場；輸入的工業電源經高頻發生控制器和高頻變壓器后形成一高頻高壓特種電源(2)，高頻高壓控制器采用橋式高頻高壓硅整流器，電纜采用多芯硅橡膠耐溫耐壓電纜，其高頻高壓電場輸出性能為電信號輸出高頻、高頻直流迭加電流與電壓；高頻信號波形三角形、矩形、鋸齒形；高頻信號的脈寬比在0～50％范圍可以連續調節；高頻頻率0～50000Hz，連續可調節；輸出電壓0～50000V連續可調；輸出電流0～10A；輸出功率500KVA。
4.根據權利要求1所述的油水分離設備，其特征在于電極板(3、4)采用高導電率的碳纖維與低導電率的材料復合而成。
5.根據權利要求1所述的油水分離設備，其特征在于液位控制器(14)可采用浮筒式液位計或者放射性液位計。
6.一種高頻高壓油水分離方法，其特征在于成品油(a)第一步在待精制成品油輸送管路上加入5～30％(v/v)軟化水，通過混合器混合到混合度1～10微米；第二步將混合后的成品油輸入到高頻高壓油水分離罐中，在極板之間加上特征頻率F特、500～2000V/cm高頻高壓電場進行油水分離處理；第三步通過高頻高壓電場分離處理后的成品油由出水管(9)排去含鹽污水，將脫水后的成品油經出油管(10)輸送到儲罐中；原油(b)第一步在待精制原油輸送管路上加入5～30％(v/v)軟化水和5～100ppm破乳劑，通過混合器混合到混合度1～10微米；第二步將混合后的原油輸入到高頻高壓油水分離罐中，在極板之間加上特征頻率F特、500～2000V/cm高頻高壓電場進行油水分離處理；第三步通過高頻高壓電場分離處理后的出水管(9)排去含鹽污水，將脫鹽后的原油經出油管(10)輸送到儲罐中。
7.根據權利要求6所述的油水分離方法，其特征在于成品油(a)，工作頻率和電場強度500～20000Hz、500～2000V/cm的高頻高壓、高頻直流迭加電場；軟化水加入量5～30％(v/v)；在電場中停留時間4～8min；原油(b)，工作頻率和電場強度500～20000Hz、500～2000V/cm的高頻高壓、高頻直流迭加電場；破乳劑加入量5～100ppm；在電場中停留時間4～8min；加熱原油溫度70～140℃。
8.根據權利要求7所述的油水分離方法，其特征在于采用的破乳劑根據原油的性質選取適合的破乳劑，進行破乳、分離原油中的水。
9.根據權利要求1所述的油水分離設備，其特征在于該設備可對原油、航空油料、一般油品、特殊油品進行油水分離處理。
10.根據權利要求1所述的油水分離設備，其特征在于針對原油處理后鹽含量均小于3mg/L。
全文摘要
本發明公開了一種高頻高壓油水分離方法及其設備，它由罐體以及設在罐體外部上的高壓引入棒、出油管、出水管、進油管、液位控制器和設在罐體內部的進油分配管、電極板、懸掛梁構成，電極懸掛梁兩端經絕緣處理固定在罐體內部的左右兩端上，進油分配管固定在罐體的底部并且同進油管連接，高壓引入棒一端通過高壓電柔性連接器連接在高頻高壓特種電源上，另一端通過柔性耐高壓耐油導線同正負電極懸掛梁連接，進油管上連接一混合器。本發明的高頻電場力能使乳化微水滴極化、變形、暴露出新的活性表面，使微水滴容易聚集于長大，在F
文檔編號B01D17/06GK1424128SQ0215869
公開日2003年6月18日 申請日期2002年12月26日 優先權日2002年12月26日
發明者朱岳麟, 彭昕, 熊常健, 馬志鋒 申請人:北京航空航天大學