涡流空化破乳的设备.pdf

一种涡流空化器及涡流空化破乳的设备，用于化工分离技术领域。设备包括储槽、泵、压力计、涡流空化器、缓冲槽以及油水分离装置，储槽的出液端通过管线经过阀门与泵的进液端相连接，泵的出液端通过管线经过压力计与涡流空化器的进液端相连接，涡流空化器的喷嘴位于缓冲槽进液端的上方，缓冲槽的出液端通过管线经过阀门与油水分离装置的进液端相连接。涡流空化器有三种结构形式。利用本发明涡流空化器及其配套装置对含水乳化油或者乳化含油废水进行破乳处理后，其脱水率或者除油率均可达到92％以上，可在不加或者少加化学破乳剂的条件下对油水乳状液进行脱水或者除油处理，不仅设备结构简单，且对油水乳状液的处理量大，设备投资小、成本低。

1、  一种涡流空化破乳的设备，包括：储槽(1)、泵(2)、压力计(3)、缓冲槽(5)以及油水分离装置(6)，其特征在于还包括：涡流空化器(4)，储槽(1)的出液端通过管线经过阀门与泵(2)的进液端相连，泵(2)的出液端通过管线经过压力计(3)与涡流空化器(4)的进液端相连，涡流空化器(4)的喷嘴位于缓冲槽(5)进液端的上方，缓冲槽(5)的出液端通过管线经过阀门与油水分离装置(6)的进液端相连。

2、  根据权利要求1所述的涡流空化破乳的设备，其特征是，涡流空化器(4)包括：进液管(7)、三个同轴的内圆筒(8)、中圆筒(9)、外圆筒(10)和出口段(11)，外圆筒(10)和中圆筒(9)有它们各自的顶部和共同的底部，而内圆筒(8)为空心圆柱体，在中圆筒(9)和外圆筒(10)的顶部中心位置各有独自的入口，中圆筒(9)和外圆筒(10)的底部与喷嘴(11)的进口端相连接，内圆筒(8)以四根径向均匀分布的横梁与中圆筒(9)相连。

3、  根据权利要求2所述的涡流空化破乳的设备，其特征是，在中圆筒(9)上半部的壁上有多个切向狭缝，狭缝圆盘(14)上有多个沿圆周均匀对称分布的径向狭缝。

4、  根据权利要求1所述的涡流空化破乳的设备，其特征是，涡流空化器(4)包括：进液管(12)、抛物面形锥体(13)、狭缝圆盘(14)、导流板(15)和喷嘴(16)，进液管(12)和喷嘴(16)分别固定在抛物面形锥体(13)的顶部和底部，狭缝圆盘(14)固定在抛物面形锥体(13)上，狭缝圆盘(14)上有狭缝，导流板(15)于狭缝处固定在狭缝圆盘(14)上。

5、  根据权利要求4所述的涡流空化破乳的设备，其特征是，狭缝圆盘(14)固定在抛物面形锥体(13)距其顶部1/10～3/4倍锥体高度的位置上。

6、  根据权利要求1所述的涡流空化破乳的设备，其特征是，涡流空化器(4)包括：进液管(17)、抛物面形外锥体(18)、漏斗形内锥体(19)和喷嘴(20)，进液管(17)和喷嘴(20)分别固定在抛物面形外锥体(18)的顶部和底部，漏斗形内锥体(19)的圆锥形入口端、管状出口端固定在抛物面形外锥体(18)上。

7、  根据权利要求6所述的涡流空化器，其特征是，漏斗形内锥体(19)的圆锥形入口端固定在抛物面形外锥体(18)距其顶部1/10～1/2倍外锥体高度的位置上，漏斗形内锥体(19)的管状出口端位于抛物面形外锥体(18)底部上方0.2～2cm的位置上。

涡流空化破乳的设备
技术领域
本发明涉及一套油水分离的设备，具体是一种涡流空化破乳的设备，用于化工分离技术领域。
背景技术
从油井中采出的原油大多数与天然气及盐水混合产出，经油气分离器分离出天然气及游离水后得到的“原油”，一般仍然是含有一定量的盐和水的油包水(W/O)型乳状液。原油中盐和水的存在会增加泵、管线和储罐的负荷，并会造成设备和管线的腐蚀和结垢以及使催化剂中毒，因此原油在输送和加工之前要先经过脱盐脱水处理，使其中的含盐量和含水量达到某种要求。石油工业的采油、炼油、贮油运输和石油化学工业、机械加工业以及食品加工业均会产生含油废水，这些含油废水有相当大一部分以乳化油的形式存在，因其具有相当的稳定性而较难处理。
经文献检索发现，中国专利公开号：CN1424128A，专利名称：一种高频高压油水分离方法及设备，该设备是由罐体以及设在罐体外部的高压引入棒、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、电极板、悬挂梁构成。利用该设备对普通原油、稠油进行油水分离处理后，可使其中盐的含量小于3mg/L。但该设备存在着设备的制造成本和运行成本均较高及操作复杂等缺点。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述现有技术中存在的不足，提出一种涡流空化破乳的设备，即一套实现含水乳化油或者乳化含油废水破乳的设备，使其可以在较低的温度和不加或者少加化学破乳剂的条件下对含水乳化油或者乳化含油废水进行低成本和高效率的破乳处理。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：储槽、泵(油泵或者水泵)、压力计、涡流空化器、缓冲槽以及油水分离装置。储槽的出液端通过管线经过阀门与泵的进液端相连接，泵的出液端通过管线经过压力计与涡流空化器的进液端相连接，涡流空化器的喷嘴位于缓冲槽进液端的上方，缓冲槽的出液端通过管线经过阀门与油水分离装置的进液端相连接。
本发明将流体机械中应极力避免的涡流空化效应应用于含水乳化油或者乳化含油废水的破乳处理，为此设计了三种不同结构的涡流空化器。
第一种结构的涡流空化器由进液管、三个同轴的内圆筒、中圆筒、外圆筒和喷嘴所组成，其中外圆筒和中圆筒有它们各自的顶部和共同的底部，而内圆筒为空心圆柱体，在中圆筒和外圆筒的顶部中心位置各有独自的入口，中圆筒和外圆筒有共同的底部，它们的底部与喷嘴的进口端相连接，内圆筒以四根径向均匀分布的横梁与中圆筒相连。在中圆筒上半部的壁上有多个切向狭缝。
第二种结构的涡流空化器由进液管、抛物面形锥体、狭缝圆盘、导流板和喷嘴组成。进液管和喷嘴分别固定在抛物面形锥体的顶部和底部，狭缝圆盘固定在抛物面形锥体距其顶部1/10～3/4倍锥体高度的位置上，狭缝圆盘上有多个沿圆周均匀对称分布的径向狭缝，导流板于狭缝处固定在狭缝圆盘上。
第三种结构的涡流空化器由进液管、漏斗形内锥体、抛物面形外锥体和喷嘴组成。进液管和喷嘴分别固定在抛物面形外锥体的顶部和底部，漏斗形内锥体的圆锥形入口端固定在抛物面形外锥体距其顶部1/10～1/2倍锥体高度的位置上，漏斗形内锥体的管状出口端位于抛物面形外锥体底部上方0.2～2cm的位置上。
本发明利用涡流空化器对含水乳化油或者乳化含油废水进行破乳，当含水乳化油或者乳化含油废水的乳状液经过泵加压以一定的压力(0.1～1MPa)和流速通过涡流空化器时，乳状液在空化器的内部形成了高速涡流。控制操作条件使涡流内部的压力低于乳状液连续相本身(如油相或者水相)或者其中的低沸点组分(如原油中的某种低沸点组分)的饱和蒸汽压，涡流内乳状液的连续相(如油相或者水相)迅速汽化，同时溶解于乳状液连续相中的微气核(如氮气和氧气等)也会逸出形成气泡或者空泡，连续相的蒸汽凝结形成数量众多的内部压力极小的空化气泡，当乳状液由高速涡流状态进入常压区时，这些空化气泡在突然增大的外界压力的作用下迅速崩溃。由于该过程发生的时间极短(约为10^-6～10^-8s)，类似于绝热过程，因此在乳状液的连续相内部产生了瞬时的高温和高压，同时伴随大量的微冲击波并形成高速微射流，这些因素使乳状液分散相的微小液滴聚并长大而从连续相中析出，进而达到破乳的目地。当乳状液在空化器的内部形成高速涡流时，压力的减小使乳状液分散相的微小乳化液滴(如水滴或者油滴)膨胀，也促进了破乳。含水乳化油或者乳化含油废水经过涡流空化器破乳后再进入油水分离装置中，利用该装置中油水两相出口高度的不同而实现油相和水相的自动分离。该设备既适用于处理含水乳化原油、航空油料、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)和特殊油品等成品油，亦适合于处理各类乳化含油废水，包括石油工业、石油化学工业、机械加工业以及食品加工业所产生的乳化含油废水。
采用本发明所述的设备对上述各类含水乳化油或者乳化含油废水进行脱水或者除油处理，不仅具有破乳效果好的优点，同时，由于该套设备所需的设备结构简单、对油水乳状液的处理量大、设备的制造成本低廉，设备在运行过程中可以不加或者少加化学破乳剂，因而具有设备投资小和运行成本低的优点。
附图说明
图1为本发明的设备总体结构示意图
图2为一种涡流空化器结构示意图(一)
图3为一种涡流空化器结构示意图(二)
图4为图3所示A-A剖视图
图5一种涡流空化器结构示意图(三)
具体实施方式
如图1所示，本发明涡流空化破乳的设备包括：储槽1、泵(油泵或者水泵)2、压力计3、涡流空化器4、缓冲槽5以及油水分离装置6。储槽1的出液端通过管线经过阀门与泵2的进液端相连，泵2的出液端通过管线经过压力计3与涡流空化器4的进液端相连，涡流空化器4的喷嘴位于缓冲槽5进液端的上方，缓冲槽5的出液端通过管线经过阀门与油水分离装置6的进液端相连。
如图2所示，涡流空化器4由进液管7、三个同轴的内圆筒8、中圆筒9、外圆筒10和出口段11所组成，其中外圆筒10和中圆筒9有它们各自的顶部和共同的底部，而内圆筒8为空心圆柱体，在中圆筒9和外圆筒10的顶部中心位置各有独自的入口，中圆筒9和外圆筒10有共同的底部，它们的底部与喷嘴11的进口端相连接，内圆筒8以四根径向均匀分布的横梁与中圆筒9相连。在中圆筒9上半部的壁上有多个切向狭缝。当含水乳化油或者乳化含油废水经过泵2加压以一定的压力和流速进入此涡流空化器的外圆筒10后，其中一部分流体自中圆筒9的顶端开孔流入内圆筒8，形成轴向射流，流体的其余部分通过中圆筒9壁上的切向狭缝流入中圆筒9和内圆筒8之间的区域形成涡流。控制操作条件使涡流或者射流内部的压力低于乳状液连续相本身或者其中的低沸点组分的饱和蒸汽压，使乳状液连续相的内部产生数量众多的空化气泡。当流体由喷嘴11外泄并进入缓冲槽5中时，这些空化气泡在突然增大的外界压力的作用下迅速崩溃，产生瞬时的高温高压、微冲击波和高速微射流，使乳状液分散相中的微小液滴聚并长大而从连续相中析出。
如图3、图4所示，或者涡流空化器4包括：进液管12、抛物面形锥体13、狭缝圆盘14、导流板15和喷嘴16。进液管12和喷嘴16分别固定在抛物面形锥体13的顶部和底部，狭缝圆盘14固定在抛物面形锥体13距其顶部1/10～3/4倍锥体高度的位置上，狭缝圆盘14上有多个沿圆周均匀对称分布的径向狭缝，导流板15于狭缝处固定在狭缝圆盘14上。当含水乳化油或者乳化含油废水经过泵2加压以一定的压力和流速从涡流空化器4的进液管12流入抛物面形锥体13的顶部经过狭缝圆盘14从其狭缝处沿导流板15流向抛物面形锥体13的底部时，其内部的压力突然降低产生涡流。当流体流至断面较小的喷嘴16时，涡流内部的压力进一步降低。控制操作条件使涡流内的压力低于乳状液连续相本身或者其中的低沸点组分的饱和蒸汽压，使乳状液连续相的内部产生数量众多的空化气泡。当流体流过涡流空化器4的喷嘴16进入缓冲槽5中时，这些空化气泡在突然增大的外界压力的作用下迅速崩溃，产生瞬时的高温高压、微冲击波和高速微射流，使乳状液中分散相的微小液滴聚并长大而从连续相中析出。
如图5所示，或者涡流空化器4包括：进液管17、抛物面形外锥体18、漏斗形内锥体19和喷嘴20。进液管17和喷嘴20分别固定在抛物面形外锥体18的顶部和底部，漏斗形内锥体19的圆锥形入口端固定在抛物面形外锥体18距其顶部1/10～1/2倍外锥体高度的位置上，漏斗形内锥体19的管状出口端位于抛物面形外锥体18底部上方0.2～2cm的位置上。当乳状液经过泵2加压以一定的压力和流速从涡流空化器的进液管17流入抛物面形外锥体18的上半部再进入漏斗形内锥体19到达其管径细小的管状出口端时，其内部的压力突然降低形成涡流。控制操作条件使涡流内的压力低于乳状液连续相本身或者其中的低沸点组分的饱和蒸汽压，使乳状液连续相的内部产生数量众多的空化气泡。当流体由漏斗形内锥体19的管状出口端流过涡流空化器4的喷嘴20进入缓冲槽5中时，这些空化气泡在突然增大的外界压力的作用下迅速崩溃，产生瞬时的高温高压、微冲击波和高速微射流，使乳状液中分散相的微小液滴聚并长大而从连续相中析出。
下面通过具体的实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
实施例1～3：
某油田的W/O型乳化原油含水22.5％，含沥青质2.6％，比重0.93，50℃时的粘度为103mPa·s，体积均为100升，在温度为55℃的条件下，以0.8MPa的压力分别通过喷嘴出口直径均为0.7cm的三种结构的涡流空化器，油水混合液在重力分离装置中的停留时间均为60分钟，乳化原油的脱水率分别为92.5％、93.7％和92.2％。
实施例4～6：
使用比重为0.823的柴油及表面活性剂配制三份乳化含油废水样品，废水中油的含量均为1000mg/L，水中粒径范围为0.5～10μm的油滴均占95％，废水的体积均为100升，在废水的温度为25℃的条件下，以0.8MPa的压力分别通过喷嘴出口直径均为0.7cm的三种结构的涡流空化器，废水在重力分离装置中的停留时间均为30分钟，乳化含油废水的除油率分别为95.7％、94.3％和92.8％。