基於介電泳破乳機理的新型原油電脫水、脫鹽方法和設備的製作方法

2024-01-25 19:02:15 2

專利名稱：基於介電泳破乳機理的新型原油電脫水、脫鹽方法和設備的製作方法
技術領域：
本發明屬於石油化工原油電脫水、脫鹽技術領域，涉及一種基於介電泳破乳機 理的新型原油電脫水、脫鹽的方法和設備，適用於煉油廠原油乳化液中分散相小水顆粒 的聚結長大及其脫水、脫鹽，也可用於油氣田開發工程中對井口原油進行脫水、脫鹽處 理，甚至可以用於W/0型乳化液液膜分離技術等場合。
背景技術：
原油在煉油廠進蒸餾裝置前需要進行脫水、脫鹽處理而使其含水率降低為 0.1% 0.2%，並使鹽的質量濃度小於5mg/L。原油中的鹽類主要以鹼金屬和鹼土金屬 鹽的形式存在，且大部分都溶於原油所含的水中，而水與油形成了穩定的油包水(W/0) 型乳狀液。因此，原油脫鹽關鍵在於脫水，脫水關鍵在於破乳，脫鹽和脫水可以同步進 行。原油脫水(脫鹽)的方法有靜電聚結法、沉降法、過濾法、膜分離法、微波輻射法、 聲化學法等，但真正在煉油廠生產流程中得到廣泛應用者首推靜電聚結法，相應的設備 有電脫水器和電脫鹽器兩大類。目前典型的電脫水(脫鹽)器大都是臥式罐結構，電場 由電極板外加高電壓形成。外加電壓有直流、交流、交直流3種類型，其中交流電壓應 用最為廣泛。交流電場作用下的靜電聚結破乳機理主要有電泳聚結、偶極聚結和介電泳聚 結。電泳聚結是指帶有極性電荷的單個水顆粒在向相反極性電極移動過程中，受到周圍 連續油相的阻力而被拉長變形，從而削弱油水界面膜的強度，最終導致水顆粒之間發生 碰撞聚結，主要適用於DC電場。對於不帶極性電荷的中性水顆粒而言，會受電場感應影響而形成誘導偶極子， 每個誘導偶極子兩端帶等量的異性電荷，當兩個誘導偶極子非常靠近時，若其相鄰端帶 相反電荷，就會相互吸引而發生偶極聚結；若作用在誘導偶極子兩端的電場強度不相 等，就會產生一個朝著強電場梯度區域的淨作用力，亦即水顆粒有向電場強度最大位置 處移動的趨勢，在此過程中發生碰撞聚結，這種現象稱為介電泳聚結。顯然，在常規高 壓AC電場中以偶極聚結為主，而在非均勻AC電場中則產生介電泳聚結。迄今為止的商業電脫水(脫鹽)器都圍繞電泳聚結和偶極聚結破乳機理進行設 計，如美國專利US 4804453公開的多電場原油乳化液處理用電脫水器和中國專利ZL 02203973.2 (授權公告號CN 2518865Y)公開的豎掛電極原油電脫水器，其電極結構均為 平面板狀，施加高壓後產生均勻電場。很多人都認為介電泳聚結在靜電聚結作用中的貢 獻小於電泳聚結，未能對其給予足夠重視。然而應該強調指出的是，偶極聚結實際上是 介電泳聚結的一種具體表現形式，因為當兩個誘導偶極子非常接近時，可以認為每個偶 極子都努力到達二者間電場強度最大的位置。而在分散相水顆粒不可能受電極影響而帶 電時，例如當採用AC電場或絕緣電極時，介電泳現象對靜電聚結作用具有重要價值。鑑於上述原因，有必要發明新型的原油電脫水(脫鹽)設備，以充分利用介電泳 聚結機理，大幅度提高原油乳化液的電脫水(脫鹽)效率。

發明內容
根據背景技術所述，本發明的目的在於提供一種基於介電泳破乳機理的新型原 油電脫水、脫鹽方法和設備。基於介電泳破乳機理的新型原油電脫水、脫鹽設備主要包括入口組件(18)、罐 體(17)和電極組件(14)，其中入口組件(18)由原油入口(1)、新鮮水入口(3)、流量 計(4)、靜態混合器(6)及閥門(2)、(5)組成；罐體(17)上設置有連接入口組件(18) 的入口管(7)、分布器(8)、出水管(9)、出水口(10)，在罐體(17)的背部設置出油口 (13)；高壓絕緣導線(15)採用開孔接管的方式穿過罐體(17)，將高壓防爆變壓器(16) 與電極組件(14)相連接。所述的分布器⑶為一開有圓孔或方孔的鋼板。所述的電極組件(14)採用豎直懸掛的波紋板狀電極，或採用波紋板狀電極與平 面板狀電極交替組合豎直排列的型式，兩相鄰電極的波峰與波谷分別一一對應，電極表 面覆蓋緻密絕緣層。本發明所採用的方法是來自上遊的原油和注入的新鮮水通過靜態混合器攪拌 均勻後泵送入電脫水、脫鹽裝置中，幹路的節流閥控制原油乳化液的流量，而新鮮水支 路的流量計和節流閥則可以控制原油乳化液的含水率；原油乳化液進入電脫水、脫鹽裝 置後，通過分布器均勻向上流動，經電極組件時，高壓防爆變壓器通過高壓絕緣導線向 罐內電極組件送入高壓交流電，電極板間產生水平非均勻交流電場，引起分散相水顆粒 的介電泳聚結，流過聚結部分後，分散相小水顆粒聚集成大水顆粒，由於油水兩相的密 度差，在重力作用下，大水顆粒向下沉降流入出水管，並通過出水口排出；而分離出的 原油流入收油管內，並通過出油口進入原油集輸管線。由於採用上述技術方案，本發明具有以下優點和效果1、本發明能適應不同含水率原油乳化液的脫水、脫鹽要求，且脫水、脫鹽效果 較好；2、本發明波紋板狀電極結構對小水顆粒的聚結效果較好，能顯著減少後續重力 沉降所需的時間；3、本發明電脫水、脫鹽裝置的出入口能形成均勻的流動速度場，減少原油乳化 液對電極板的衝刷，從而延長電極板的使用壽命；4、本發明基於介電泳現象的破乳機理可以大幅度減少化學破乳劑的用量，降低 總體運行成本，進而提高煉油廠的經濟效益；5、本發明除可用於煉油廠之外，也可用於油氣田開發工程中對井口原油進行脫 水、脫鹽處理，甚至可以用於W/0型乳化液液膜分離技術等場合。


圖1為本發明結構總體示意2為本發明的波紋板狀電極結構立體示意3為本發明另一實施例結構示意圖
具體實施例方式下面結合附圖作進一步詳細的說明。由圖1可知，本發明設備主要包括入口組件18、罐體17和電極組件14，其中 入口組件18由原油入口 1、新鮮水入口 3、流量計4、靜態混合器6及閥門2、5等組成； 罐體17上設有連接入口組件18的入口管7，還設置有分布器8、出水管9、出水口 10， 並設有閥門，在罐體17的背部設置出油13;高壓絕緣導線15穿過罐體17外殼，將高壓 防爆變壓器16與電極組件相連；分布器8為一開有圓孔或方孔的鋼板。由圖2示出電極細件14為波紋板狀，波紋板狀電極14豎直排列，兩相鄰電極的 波峰與波谷分別一一對應，每個金屬電極板除導線外的部分都覆蓋緻密絕緣層，以避免 水滴在相鄰的兩個電極間造成短路或在水滴流經電極間時形成水阻。由圖3示出本發明另一實施例結構示意圖，與圖2的不同之處在於電極細件 14採用波紋板狀電極與平面板狀電極交替組合豎直排列的方式。本發明的實際操作過程為原油與注入的新鮮水通過靜態混合器6攪拌均勻後 形成原油乳化液，並泵送入電脫水、脫鹽罐體中，其流量與含水率可以根據閥門2、5進 行調節；入口端的乳液分布器8使流入電脫水、脫鹽罐體的原油乳化液分布均勻，以避 免流體對電極板4產生劇烈衝刷；原油乳化液流經電脫水(脫鹽)罐內的電極組件時，高 壓防爆變壓器16通過高壓絕緣導線15向罐內電極組件送入高壓交流電，由於採用波紋板 狀電極14，且相鄰電極的波峰與波谷分別一一對應，便在電極板間產生水平非均勻交流 電場，引起分散相水顆粒的介電泳聚結；分散相小水顆粒在介電泳力的作用下聚結成大 水顆粒並向下沉降，分離出來的水流過出水管9，自罐體底部的出水口 10排出電脫水、 脫鹽裝置，溶解在水中的鹽也一併排出；脫水、脫鹽後達到標準的油經過收油管12聚集 後，從罐體頂部的出油口 13排出。
權利要求
1.一種基於介電泳破乳機理的新型原油電脫水、脫鹽方法，其主要步驟是將來 自上遊的原油與注入的新鮮水通過靜態混合器攪拌均勻後成為原油乳化液，再泵送入電 脫水、脫鹽裝置的罐體中，原油乳化液的流量通過幹路節流閥進行調節，新鮮水支路的 流量計和節流閥控制原油乳化液的含水率；原油乳化液進入電脫水、脫鹽裝置後，通過 分布器均勻向上流動，經電極組件時，高壓防爆變壓器通過高壓絕緣導線向罐內電極組 件送入高壓交流電，電極板間產生水平非均勻交流電場，引起分散相水顆粒的介電泳聚 結，流過聚結部分後，分散相小水顆粒聚集成大水顆粒，在重力作用下，大水顆粒向下 沉降流入出水管，並通過出水口排出；而分離出的原油流入收油管內，並通過出油口進 入原油集輸管線。
2.實現權力要求1所述方法的設備，包括入口組件(18)、罐體(17)和電極組件 (14)，其特徵在於所述的入口組件(18)由原油入口(1)、新鮮水入口(3)、流量計 (4)、靜態混合器(6)及閥門(2)、(5)組成；罐體(17)上設置有連接入口組件(18)的入 口管(7)、分布器(8)、出水管(9)、出水口(10)，在罐體(17)的背部設置出油口(13)； 高壓絕緣導線(15)採用開孔接管的方式穿過罐體(17)，將高壓防爆變壓器(16)與電極組 件(14)相連接。
3.根據權利要求2所述的基於介電泳破乳機理的新型原油電脫水、脫鹽設備，其特徵 在於所述的分布器(8)為一開有圓孔或方孔的鋼板。
4.根據權利要求2所述的基於介電泳破乳機理的新型原油電脫水、脫鹽設備，其特徵 在於所述的電極組件(14)採用豎直懸掛的波紋板狀電極，兩相鄰電極的波峰與波谷分 別一一對應，電極表面覆蓋緻密絕緣層。
5.根據權利要求2所述的基於介電泳破乳機理的新型原油電脫水、脫鹽設備，其特 徵在於所述的電極組件(14)採用波紋板狀電極與平面板狀電極交替組合豎直排列的型 式，電極表面覆蓋緻密絕緣層。
全文摘要
一種基於介電泳破乳機理的新型原油電脫水、脫鹽方法和設備，其核心部分為電極組件，電極組件可以採用豎直懸掛的波紋板狀電極，安裝時兩相鄰電極的波峰與波谷分別一一對應，也可以採用波紋板狀電極與平面板狀電極交替組合豎直排列的方式，在每個電極表面均覆蓋有緻密絕緣層。當向電極組件施加高壓交流電後，在電極板間產生水平非均勻交流電場，引起原油乳化液中的分散相水顆粒發生介電泳聚結。本發明的方法和設備能適應不同含水率原油乳化液的脫水或脫鹽要求，特別適用於煉油廠原油乳化液中分散相小水顆粒的聚結長大及其精細脫水脫鹽，並且可以大幅度減少化學破乳劑的用量，降低總體運行成本，進而提高煉油廠的經濟效益。
文檔編號C10G33/02GK102021020SQ20091009276
公開日2011年4月20日 申請日期2009年9月23日 優先權日2009年9月23日
發明者丁藝, 陳家慶 申請人:北京石油化工學院