高频高压油水分离方法及其设备 技术领域
本发明涉及一种油水分离装置，是利用高频电场从成品油、原油中分离水的方法及其设备，特别是指一种高频高压油水分离方法及其设备。
背景技术
水是油品中危害最大的污染物之一，油品中的盐类主要溶解在水中，盐和水的存在是造成设备、管线和机器等腐蚀的主要原因。
从油井中开采出来的原油，含有不同程度的盐和水。这些盐和水的存在，对原油加工造成了极大的危害，必须进行脱除。由于原油中的盐类绝大部分溶于水，因此原油脱盐处理是通过脱除含盐的水来进行的，即脱盐脱水同时进行。我国现有交、直流电脱盐/电脱水工艺设备近1000台套，仍采用高压交流(第一代电脱盐)、高压直流或交直流(第二代电脱盐)式的电诱导、电迁移工艺装备系统。然而随着高粘度原油产量的增大、石油酸和有机硫含量(界面活性物质)的增高，电脱水的难度加大，致使电脱盐(脱CaCl2、MgCl2等盐)的效率显著下降(＞3mg/L)，从而导致炼油工艺设备的腐蚀加剧。2001年，我国劣质原油(高酸、高硫、高黏度原油)的产量达8500多万吨，超过轻质原油7800万吨的产量，其中高粘度稠油的产量约为4000多万吨，原有的电脱盐脱水工艺已经不能满足生产的需求。
发明内容
本发明地目的在于克服目前国内电脱盐工艺设备的不足和成品油精制效果的不理想，运用油水分离、高频振动、电动力学原理，发明了一种节能、安全、油水分离效率高的高频高压油水分离方法，设计了这种方法的装置系统。它不仅适用于一般的原油，更适于稠油的脱盐脱水处理，稠油脱后盐含量小于3mg/L，达到中石化标准。该设备能用于各种原油(尤其是稠油、高酸值原油等)、航空油料(如航空汽油、喷气燃料、航空液压油、航空润滑油等)，一般油品(如汽油、煤油、柴油、液压油、润滑油、变压器油、食用油等)，特殊油品(如松节油、桂油、八角油、玫瑰油、松香)等等的油水精分离。
本发明的一种高频高压油水分离设备，包括供电装置、混合装置、分离装置，分离装置是一油水分离罐，它由罐体以及设在罐体外部上的高压引入棒、出油管、出水管、进油管、液位控制器和设在罐体内部的进油分配管、正电极板、负电极板、正极悬挂梁、负极悬挂梁构成，电极悬挂梁两端经绝缘处理固定在罐体内部的左右两端上，正极悬挂梁上悬挂正电极板，负极悬挂梁上悬挂负电极板，正负电极板按一正一负顺序排列，电极板上设有挂钩，悬挂梁上设有与电极板挂钩相连的挂环，进油分配管固定在罐体的底部并且同进油管连接，进油分配管的管体上设有供油品流出的分配孔，高压引入棒一端通过高压电柔性连接器连接在高频高压特种电源上，另一端通过柔性耐高压耐油导线同正负电极悬挂梁连接，进油管上连接一混合器。
所述的油水分离设备，其高压引入棒可采用聚四氟乙烯或者聚酯加玻璃纤维制成；电极板排布以极板间距可调的垂直式悬挂方式排列；电极板材料可选取金属格栅极板或者复合极板。
所述的油水分离设备，在电极进行油品分离时，采用了高频高压电场；输入的工业电源经高频发生控制器和高频变压器后形成一高频高压特种电源，高频高压控制器采用桥式高频高压硅整流器，电缆采用多芯硅橡胶耐温耐压电缆，其高频高压电场输出性能为：电信号输出：高频、高频直流迭加电流与电压；高频信号波形：三角形、矩形、锯齿形；高频信号的脉宽比：在0～50％范围可以连续调节；高频频率：0～50000Hz，连续可调节；输出电压：0～50000V连续可调；输出电流：0～10A；输出功率：500KVA。
所述的油水分离设备，其电极板采用高导电率的碳纤维与低导电率的材料复合而成。
所述的油水分离设备，其液位控制器可采用浮筒式液位计或者放射性液位计。
本发明的一种高频高压油水分离方法，其成品油(a)
第一步：在待精制成品油输送管路上加入5～30％(v/v)软化水，通过混合器混合到混合度1～10微米；
第二步：将混合后的成品油输入到高频高压油水分离罐中，在极板之间加上特征频率F特、500～2000V/cm高频高压电场进行油水分离处理；
第三步：通过高频高压电场分离处理后的成品油由出水管9排去含盐污水，将脱水后的成品油经出油管10输送到储罐中；
原油(b)：
第一步：在待精制原油输送管路上加入5～30％(v/v)软化水和5～100ppm破乳剂，通过混合器混合到混合度1～10微米；
第二步：将混合后的原油输入到高频高压油水分离罐中，在极板之间加上特征频率F特、500～2000V/cm高频高压电场进行油水分离处理；
第三步：通过高频高压电场分离处理后的出水管9排去含盐污水，将脱盐后的原油经出油管10输送到储罐中。
所述的油水分离方法，其成品油(a)，工作频率和电场强度：500～20000Hz、500～2000V/cm的高频高压、高频直流迭加电场；软化水加入量：5～30％(v/v)；在电场中停留时间：4～8min；原油(b)，工作频率和电场强度：500～20000Hz、500～2000V/cm的高频高压、高频直流迭加电场；破乳剂加入量：5～100ppm；在电场中停留时间：4～8min；加热原油温度：70～140℃。
所述的油水分离方法，其采用的破乳剂根据原油的性质选取适合的破乳剂，进行破乳、分离原油中的水。
所述的油水分离设备，该设备可对普通原油、稠油进行油水分离处理后，盐含量均小于3mg/L。
本发明的优点：使用高频高压油水分离器提高了油水分离的速度、效率和精度。比传统的直流、交直流电分离精制更快速、更有效、更节能、更节时。而且采用复合极板可以抑制持续电弧产生，而且不会引入新的金属离子污染，避免了金属离子引起的催化剂中毒现象。
附图说明
图1是本发明的油水分离罐结构示意图。
图2是本发明油水分离方法的流程示意图。
图3是电极间电场和水脱除示意图。
图中：1.罐体 2.高频高压特种电源 3.正电极板 4.负电极板5.进油管 6.进油分配管 7.正极悬挂梁 8.负极悬挂梁 9.出水管10.出油管 11.高压电柔性连接器 12.高压引入棒 13.混合器 14.液位控制器 15.分配孔
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
请参见图1所示，本发明的一种高频高压油水分离设备，包括供电装置、混合装置、分离装置。分离装置是一油水分离罐，它由罐体1以及设在罐体1外部上的高压引入棒12、出油管10、出水管9、进油管5、液位控制器14和设在罐体1内的进油分配管6、正电极板3、负电极板4、正极悬挂梁7、负极悬挂梁8构成。两根电极悬挂梁两端经聚四氟乙烯或者聚酯加玻璃纤维包裹固定在罐体1内的左右两端上，油水分离罐卧式安装，正极悬挂梁7上悬挂正电极板3，负极悬挂梁8上悬挂负电极板4，正负电极板按一正一负顺序排列，形成复合结构形式，电极板上设有挂钩，悬挂梁上设有与电极板挂钩相挂连的挂环，挂环可在悬挂梁上左右移动，以方便电极板移动距离的大小和增加电极板数量。进油分配管6固定在罐体1的底部并且同进油管5连接，进油分配管6的管体上设有供油品流出的分配孔15，分配孔15用来调节油的流速，使待分离的油流速稳定、均匀上升，使油在高频高压电场中得到更好的分离。高压引入棒12一端通过高压电柔性连接器11连接在高频高压特种电源2上，另一端通过柔性耐高压耐油导线同正负电极悬挂梁7、8连接，进油管5上连接一静态混合器13，以方便软化水同成品油混合降低成品油的稠度，同时也是用来混合原油中所需的软化水和破乳剂的。
本发明的设备各部分既具有独立性，同时又具有很好的相互协调功能，共同实现油相与水的快速精分离。
高频高压电源系统：
在电极进行油品分离时，采用了高频高压电场。输入的工业电源380V 50Hz经高频发生控制器和高频变压器后形成一高频高压特种电源2，高频高压控制器采用桥式高频高压硅整流器，电缆采用多芯硅橡胶耐温耐压电缆，其高频高压电场输出性能为：电信号输出：高频、高频直流迭加电流与电压；高频信号波形：三角形、矩形、锯齿形；高频信号的脉宽比：在0-50％范围可以连续调节；高频频率：0～50000Hz，连续可调节；输出电压：0～50000V，连续可调；输出电流：0～10A；输出功率：500KVA。
电极系统：
在本发明中在电极进行油品分离时，采用了高频高压电场，通过高压引入棒12与特种电源系统相联接，采用的是极板间距可调的垂直式悬挂极板系统。系统采用了两种材料的极板：金属格栅极板和复合极板。
在本发明中在电极进行油水分离时，电极之间的电场如图3所示，在电极板中间位置的电场最强，然后逐渐向两端成非线性减弱。当进行油水分离时，油品先进入电极下端，在弱电场的作用下脱除大部分的水，然后油品进入电极中部的强电场区，在强电场作用下进行破乳、聚集，脱除粒度比较小的水粒，最后通过电极上部的弱电场脱除残余的水。当油品通过电极间电场后，油品中绝大部分水脱除干净，达到国家或行业标准。
复合极板
该电极系统使用复合极板是用高导电率的碳纤维与低导电率的材料复合而成(如图3所示)。这种复合极板的特点是：极板中部导电性高，产生最高的电场强度，靠近电极两端的部分上导电性较差，产生递减的电场强度。低导电材料另一个优点是材料本身所固有的电流调节特性，此特性使持续的电弧不可能产生，从而在高电压下抑制电弧的发生和持续，所以可以注入更多的洗涤水和加上更高的电压，提高了电脱盐效率。此外，使用复合极板不会引入金属离子污染，避免了金属离子引起的催化剂中毒现象。
液位控制器：
本发明针对原油和成品油两类粘度、比重相差较大的油品，所采用的液位控制器有两种，分别针对这两类油设计。它们分别是：浮筒式液位计和放射性液位计。
浮筒式液位计
这种液位计，测量范围有限，一般为300～2000mm，适用于液面波动较小，密度稳定，洁净介质的液面和界面测量。对高温、高粘介质，密度变化较大不宜采用。根据浮筒式液位计的特点，设计中将它应用于成品油高频高压电精制罐中。
放射性液位计(或超声波)
放射性液位计是真正的不接触测量各种容器中的液位和料位。能用于高温、高压、强腐蚀和粘度较高的工矿测量。由于原油粘度较高，特别是稠油的粘度大于50mPa·s，对于这类油，设计中采用放射性液位计。
静态混合器：
发明的在工艺设计中，为减少设备投入和工序，选取直接在管道中将油品和软化水进行混合的方法。而管道混合器主要是静态混合器，所以设计中采用静态混合器作为油水混合装置。
对原油进行高频高压油水分离时，采用下列方法：
1.加热原油到70～140℃，降低粘度；
2.在热原油输送管路上加入5～30％(v/v)软化水和5～100ppm破乳剂，并通过静态混合器混合到混合度10微米以下；
3.输入到高频高压油水分离罐中，在极板之间加上特征频率F特、500～2000V/cm高频高压电场进行油水分离处理；
4.排去含盐污水，将脱盐后的原油输送到储罐。
对成品油进行高频高压油水分离时，采用下列方法；
1.向成品油中注入5～30％(v/v)的软化水，并通过静态混合器混合；
2.将成品油输入油水分离罐中，在极板之间加上特征频率F特、500～2000V/cm高频高压电场进行油水分离处理。
3.排去含盐污水，将脱水后的油品输送到储罐。
高频高压油/水分离机制可以描述为：高频电场力能使乳化微水滴极化、变形、暴露出新的活性表面，使微水滴容易聚集于长大；另外，高频的电场使微水滴的振动加剧，碰撞几率增加，在F特最佳频率范围内，水滴振动最剧烈，聚集长大也最迅速，最明显；当微水滴长达到100μm以上时，实现油水的快速分离。从而提高了油水分离的速度、效率和精度。比传统的直流、交直流电分离精制更快速、更有效、更节能、更节时。
本发明的设备克服了目前国内电脱盐工艺设备的不足和成品油精制效果的不理想，运用油水分离、高频振动、电动力学原理，发明了一种节能、安全、油水分离效率高的高频高压油水分离方法，设计了这种方法的装置系统。它不仅适用于一般的原油，更适于稠油的脱盐脱水处理，稠油脱后盐含量小于3mg/L，达到中石化标准。该设备能用于各种原油(尤其是稠油、高酸值原油等)、航空油料(如航空汽油、喷气燃料、航空液压油、航空润滑油等)，一般油品(如汽油、煤油、柴油、液压油、润滑油、变压器油、食用油等)，特殊油品(如松节油、桂油、八角油、玫瑰油、松香)等等的油水精分离。