CN103980934A - 一种油品深度脱水的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种油品深度脱水的方法及装置。含微量水的油品首先通过整流器使流体均布，其次通过一段或者几段以X形编织的亲油疏水和亲水疏油纤维编织层进行微量水滴的捕获、聚结长大及微量油包水形式乳化液的破乳、分离，接着通过波纹强化沉降分离实现水滴的快速聚结长大分离，最后再通过一段以Ω形编织的亲油疏水和亲水疏油纤维编织层进行油品中极微量水滴的补集分离，实现油品的深度脱水。本发明还提供了一套实现该方法的装置，包括壳体、进料管、整流器、纤维聚结层、波纹强化分离层，以及液面计等几个部分。本技术分离效率高、能耗小、连续运转周期长，可广泛应用于各个含微量水的油品深度脱水过程。

Description

一种油品深度脱水的方法及装置

技术领域

本发明属于石油化工油品脱水领域，具体涉及一种油品深度脱水的方法及装置。

背景技术

油品含水对石油化工生产装置及后续成品油在发动机的安全使用都有着重大的影响，如原油中含水会增大运输量，更重要的是给原油加工带来困难，增加了常减压蒸馏装置的能耗。因水的相对分子能量比油的相对分子能量小得多，气化后体积猛增，使***压力降增加，动力消耗随之增加，因此油品中若水含量高，会使装置操作波动，造成冲塔。并且由于含水带入的无机盐(Call2、MgCl2)还会加剧装置的腐蚀。轻质燃料油中含水会使冰点、结晶点升高，导致油品低温水动性变差，造成油品在低温下分析出冰粒而堵塞过滤器及油路，尤其是航煤和柴油中的含水，会造成供油中断，酿成严重事故。润滑油中含水，会破坏润滑膜，使润滑不能正常进行，增加机件的磨损。水分带入的无机盐还会增加润滑油的腐蚀性，加剧机件的腐蚀。当使用含水的润滑油在温度较高的环境下工作时，由于水的汽化就会破坏润滑膜。重整原料油中水含量超标，会使催化剂中毒，由于油中过多的水占据了催化剂的酸性中心，破坏了酸性中心金属中心的平衡，使催化剂活性下降甚至失活，影响催化剂使用寿命。石油产品中的水分蒸发时要吸收热量，会使发热量降低；轻质石油中的水分会使燃烧过程恶化，并能将溶解的盐带入气缸内，生成积炭，增加气缸的磨损；在低温情况下，燃料中的水会结冰，堵塞燃料导管和滤清器，阻碍发电机燃料***的燃料供给；石油产品中有水会加速油品的氧化生胶；润滑油中有水时不但会引起发动机零件的腐蚀，而且水和高于100℃的金属零件接触时会变成水蒸气，破坏润滑油膜。轻质油品密度小，黏度小，油水容易分离。而重质油品则相反，不易分离。进入常减压蒸馏装置的原油要求含水量不大于0.2～0.5％；成品油的规格标准要求汽油、煤油不含水，轻柴油水分含量不大于痕迹(痕迹一般按照300mg/L考虑)；重柴油水分含量不大于0.5～1.5％；各种润滑油、燃料油都有相应的控制指标。因此油品深度脱水对石化生产及后续的油品高效使用都有着重要的影响。

目前油品物理手段脱水主要技术有重力沉降、旋流分离、聚结过滤等方法，也有通过盐吸附、闪蒸、电场分离等其它手段进行脱水。对于重力沉降来说，主要能去除油品中的明水，即粒径大于100μm的游离水滴，对100μm以下的分散水滴不能有效分离去除；旋流分离技术适用于含大量水的快速去除过程，对15μm以下水滴及乳化水滴不能有效分离，因需将势能转化为旋转动能进行分离，能耗相对较高；聚结过滤通过渗透性进行分离，适应范围较窄，工厂应用过程存在使用寿命短的问题，而采用盐吸附、电场分离、闪蒸分离则相对能耗及操作复杂，仅适用于特定处理介质。

专利ZL01823742.8油脱水器公开了一种采用膜进行油脱水的方法，但存在使用成本高、易污染损坏的问题；申请号为200810042145.2的专利公开了一种柴油脱水的方法与装置，该专利采用旋流方法进行分离，由于旋流分离的技术特性，仅能适用于15μm以上的游离水滴的分离，且操作压降较大，不能实现油品高效且低耗的深度脱水；专利ZL201010145423.4公开了一种重油及煤焦油脱水机，采用滚筒蒸发形式脱水，相对能耗较高，操作较为复杂，仅适用于特定介质的油品脱水过程，ZL200910065725.8公开了一种采用电场脱水的方法及装置，专利201010261697.X公开了一种采用超声波技术脱水的方法及装置，申请号为201310352748.3的专利公开了一种采用过滤-旋流-聚结-旋流的方法进行重污油脱水的方法，以上专利技术仅在特定的场合适用，都存在能耗较高、适应范围较窄的问题，也达不到油品深度脱水的要求。

因此本领域迫切需要开发成本低、操作简单、能耗低且效率高的油品深度脱水技术。

发明内容

为了解决上述现有技术的不足，本发明提供一种油品深度脱水的方法及装置，具体技术方案如下：

一种油品深度脱水的方法，包括如下步骤：

(1)首先，含微量水的油品通过流体整流器进行整流，使流体在流体流动的径向截面实现均匀分布；所述油品中微量水的浓度不大于1000mg/L,所述微量水的水滴粒径为0.1～30μm，操作温度为5～99℃；

(2)经整流后的含微量水油品均匀进入亲水疏油性纤维和亲油疏水性纤维交错编织形成的X形编织层，在所述X形编织层中进行微量水滴的捕获、聚结长大及微量油包水形式乳化液的破乳、分离，该过程结束后水滴粒径长大至10～50μm；

(3)经步骤(2)聚结分离后的油品进入波纹强化分离层进行水滴的快速长大和分离，经该过程后油品含水量降为200mg/L以内；

(4)经步骤(3)分离后的油品在出口前进入亲水疏油纤维和亲油疏水纤维的Ω形编织层，在所述Ω形编织层中对油品中未分离的分散水滴和乳化水滴进行深度补集分离，经该过程后油品中含水量降为20mg/L以内。

所述流体整流器为一多孔均布的开孔厚板，所述孔为圆孔或方形孔，开孔率大于等于60％，开孔率是开孔面积占板面积的百分比。

步骤(2)的所述X形编织层中亲水疏油性纤维与水平线的夹角为25度至60度(顺时针)，所述X形纤维编织层为1块或者多块地充满整个流体流动的截面。

经发明人长期研究发现，当亲水疏油性纤维与水平线(亲油疏水性纤维)夹角为25度至45度之间时，对乳化水滴有着高效的分离效率，因亲水疏油性纤维与水平的亲油疏水性纤维夹角较小，乳化水滴(油包水)运动到两根纤维的节点处时，如图1所示，受亲水疏油及亲油疏水极性作用力，水滴受到亲水疏油纤维的拖拽力，而角度较小时在水平运动距离相等时水滴受力过程较长，更容易被分离，反之，如果角度大时，水滴因受力过程短，而不易分离；而当亲水疏油性纤维与水平线夹角为45度至60度之间时，对分散水滴的快速分离有着较好的作用，因水平角度大，水平运动时水滴更能快速顺着亲水性纤维向下运动而被快速分离。

所述X形编织层中相邻两根亲油疏水性纤维的间距a是相邻两根亲水疏油性纤维的间距b的1～3倍。

步骤(3)中所述波纹强化分离层采用的是亲水性材料，其中波纹板的间距为5～25mm，波谷处开有直径5～10mm的圆孔，所述圆孔之间的间距为50～300mm。

步骤(4)的所述Ω形编织层中亲水疏油性纤维与亲油疏水性纤维的数量比例为3:2～7:1，所述Ω形编织层的面积为流体流动截面面积的30～80％且位于流体流动的上部截面；另外，所述Ω形编织层是预先将亲水疏油性纤维与亲油疏水性纤维各自排列为Ω形状后交错编织形成的。该过程采用Ω形编织更侧重于亲水疏油纤维的吸附作用，采用Ω形编织接触点多且为亲水纤维为顺着油品流动方向呈水平波纹形状，对特别细小水滴有着导流牵引及吸附的作用，而在运动到凹部位置又可起到水滴聚积长大作用，进而将出口油品中的更微量水滴捕获分离，达到深度脱水的效果，如图2所示。

所述亲油疏水性纤维选自改性聚丙烯、特氟龙、尼龙，亲水疏油性纤维选自金属、陶瓷。

整个过程中油品脱水的压力损失为0.01～0.05MPa。

实现上述任一方法的装置，所述装置包括壳体、油品入口、流体整流器、纤维聚结分离层、波纹强化分离层、纤维聚结补集层、水包及净化油相出口；

其中，所述油品入口在所述壳体的上部一端，所述净化油相出口在所述壳体的上部另一端；所述水包在所述壳体的下部，该水包与所述净化油相出口相对或稍有偏差地相对设置，所述水包具有液面计，所述水包的底部设有水相出口；流体整流器、纤维聚结分离层、波纹强化分离层、纤维聚结补集层位于所述壳体的内部并依次互不相连地排列，其中，所述流体整流器靠近所述油品入口，所述纤维聚结补集层的面积为流体流动截面面积的30～80％且处于流体流动的上部截面。

所述壳体是卧式圆形罐，或卧式长方体罐。

所述纤维聚结分离层是亲油疏水纤维和亲水疏油纤维进行编织形成的X形编织层，其中亲水疏油性纤维与水平线的夹角为25度至60度；并且，相邻两根亲油疏水性纤维的间距a是相邻两根亲水疏油性纤维的间距b的1～3倍；

所述纤维聚结补集层是亲水疏油性纤维和亲油疏水性纤维进行编织形成的Ω形编织层，其中亲水疏油性纤维与亲油疏水性纤维的数量比例为3:2～7:1。由于油品中水含量较小，因此亲水性纤维的比例越多捕获水滴的概率也越大，又由于较低含量的水滴以微小颗粒状附着在油滴上，因此比例控制在1～3倍时效果最好，因一部分需要通过亲水疏油及亲油疏水纤维节点的作用力进行破乳分离，而超过3倍时的效率未见明显提高，再增加亲水性纤维比例的话成本较大且无意义。

所述波纹强化分离层采用的是亲水性材料，其中波纹板的间距为5～25mm，波谷处开有直径5～10mm的圆孔，所述圆孔之间的间距为50～300mm。在此部分水滴已得到上一级的聚结长大，在波纹流动过程中，水滴由于密度较大而在波纹板的凹处聚积，迅速长大为更大水滴而下沉分离。

本发明的有益效果在于，将流体均布，亲水疏油及亲油疏水以不同组合形式进行编织，起到破乳、聚结及水滴快速导流下沉分离作用，且针对油品含水滴的特性进行针对性的分离形式组合，具有高效且低耗的特点，适用于不同过程的油品脱水过程。

附图说明

图1是破乳分离原理示意图；

图2是Ω形编织层的深度除水示意图；

图3是X形编织层的结构示意图；

图4是水滴在X形编织层上的分离示意图；

图5是亲水疏油纤维和亲油疏水纤维形成Ω形编织层的编织过程示意图；

图6是适用于含微量水的油品深度脱水的装置结构示意图。

符号说明：

1壳体；2油品入口；3流体整流器；4、X形编织层；

5波纹强化分离层；6Ω形编织层；7净化油相出口；

8液面计；9水相出口；10水包。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

实施例

某石化公司两套柴油加氢装置，采用了本发明的油品深度脱水的方法及装置，对柴油加氢装置分馏塔出来的柴油进行脱水处理，脱水后的柴油送往成品油罐。

上述装置的结构示意图如图6所示，包括壳体1、油品入口2、流体整流器3、X形编织层4(纤维聚结分离层)、波纹强化分离层5、Ω形编织层6(纤维聚结补集层)、水包10及净化油相出口7；

其中，油品入口2在壳体1的上部一端，净化油相出口7在壳体1的上部另一端；水包10在壳体1的下部，水包10与净化油相出口7相对或稍有偏差地相对设置，水包10具有液面计8，水包10的底部设有水相出口9；流体整流器3、X形编织层4、波纹强化分离层5、Ω形编织层6位于壳体1的内部并依次互不相连地排列，其中，流体整流器3靠近油品入口2，Ω形编织层6的面积为流体流动截面面积的30～80％且处于流体流动的上部截面。

本实施例的图6中的壳体1是卧式圆形罐，还可以选用卧式长方体罐。

X形编织层4的结构示意图如图3所示，其中亲水疏油性纤维与水平线的夹角可为25度至60度；相邻两根亲油疏水性纤维的间距a是相邻两根亲水疏油性纤维的间距b的1～3倍；图1是流体在X形编织层4上的破乳分离原理示意图，图4是水滴在X形编织层4上的分离示意图。

图2是Ω形编织层的深度除水示意图，图5是亲水疏油纤维和亲油疏水纤维形成Ω形编织层的编织过程示意图，其中亲水疏油纤维与亲油疏水纤维的数量比例为3:2～7:1。

使用上述装置对含低浓度污油的废水进行深度除油，其具体运作过程及效果描述如下：

操作条件：

项目	柴油加氢柴油	加氢改质重柴油
			介质	柴油(微量水)	柴油(微量水)
流量，t/h	40	50
			入口压力，MPa	1.3	0.5
操作温度，℃	50	50
			密度，kg/m3	810	855
入口游离水，ppm	600	500
			出口游离水要求，ppm	80	80
残余，v％	4.2	1.7
			胶质，mg/100ml	100	/
粘度，mm2/s	3.635	6.128

要求指标：除油后污水中油含量不大于80mg/L。

方案选择：本方案中柴油含水量较低，且初期经过了沉降分离，因此水滴大多以微小颗粒形态分散于柴油中，因出口要求油含量需稳定不大于80mg/L，因此采用流体整流器、X形纤维编织层分离、波纹强化分离、Ω形纤维编织层深度分离的组合方法进行处理。

(1)柴油加氢装置柴油：考虑柴油密度较小，且加氢装置柴油中乳化水占少量部分，因此X形纤维编织层采用一段式，X形纤维编织层的纤维间距比为a:b＝2.5，(如图3所示，相邻两根亲油疏水性纤维的间距是a，相邻两根亲水疏油性纤维的间距是b；是亲水疏油性纤维与水平线的夹角)，该角度适用于小水滴的高效、快速补集聚结及快速导流分离，对乳化水滴有着一部分破乳作用；波纹强化分离段波纹板采用316L材质，波纹板间距为15mm。考虑出口要求柴油中水含量较低，因此Ω形纤维编织层亲水疏油纤维与亲油疏水纤维的数量比例为2.5:1，适用于未破乳分离的水滴的破乳分离及油品中微量的水滴的补集分离。

(2)加氢改质重柴油：考虑柴油密度较大，因此X形纤维编织层采用两段式，第一段X形纤维编织层的纤维间距比为a:b＝2，(a、b、的定义如上)，该角度适用于小水滴的高效、快速补集聚结及部分乳化水滴的破乳，另外能兼顾柴油与水密度差较小，较小角度有利于水滴的导流分离；第二段X形纤维编织层的纤维间距比为a:b＝1.5，°(a、b、的定义如上)，适用于第一段聚结后的小水滴的快速导流下沉分离。波纹强化分离段波纹板采用316L材质，波纹板的间距为18mm。考虑出口要求柴油中水含量较低，因此Ω形纤维编织层中亲水疏油纤维与亲油疏水的数量比例为2:1，适用于油品中微量的水滴的补集分离。

结果分析：柴油加氢装置柴油脱水后，净化油品中水含量为30～50mg/L；加氢改质重柴油脱水后，净化油品中水含量为45～65mg/L，稳定小于80mg/L的分离要求，进出口压力降为0.01MPa，能耗较低，满足设计运行条件。

综上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限制本发明的实施范围。及凡依本发明申请专利范围的内容所做的等效变化与修饰，都应为本发明的技术范畴。

Claims (10)

1.一种油品深度脱水的方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)首先，含微量水的油品通过流体整流器进行整流，使流体在流体流动的径向截面实现均匀分布；所述油品中微量水的浓度不大于1000mg/L,所述微量水的水滴粒径为0.1～30μm，操作温度为5～99℃；

(2)经整流后的含微量水油品均匀进入亲水疏油性纤维和亲油疏水性纤维交错编织的X形编织层，在所述X形编织层中进行微量水滴的捕获、聚结长大及微量油包水形式乳化液的破乳、分离，该过程结束后水滴粒径长大至10～50μm；

(3)经步骤(2)聚结分离后的油品进入波纹强化分离层进行水滴的快速长大和分离，经该过程后油品含水量降为200mg/L以内；

(4)经步骤(3)分离后的油品在出口前进入亲水疏油纤维和亲油疏水纤维的Ω形编织层，在所述Ω形编织层中对油品中未分离的分散水滴和乳化水滴进行深度补集分离，经该过程后油品中含水量降为20mg/L以内。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述流体整流器为一多孔均布的开孔厚板，所述孔为圆孔或方形孔，开孔率大于等于60％。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)的所述X形编织层中亲水疏油性纤维与水平线的夹角为25度至60度，所述X形纤维编织层为1块或者多块地充满整个流体流动的截面。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述X形编织层中相邻两根亲油疏水性纤维的间距a是相邻两根亲水疏油性纤维的间距b的1～3倍。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)中所述波纹强化分离层采用的是亲水性材料，其中波纹板的间距为5～25mm，波谷处开有直径5～10mm的圆孔，所述圆孔之间的间距为50～300mm。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(4)的所述Ω形编织层中亲水疏油性纤维与亲油疏水性纤维的数量比例为3:2～7:1，所述Ω形编织层的面积为流体流动截面面积的30～80％且位于流体流动的上部截面；所述Ω形编织层是预先把亲水疏油性纤维与亲油疏水性纤维各自排列为Ω形状后交错编织而成。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，整个过程中油品脱水的压力损失为0.005～0.05MPa。

8.一种实现权利要求1～7任一所述方法的装置，其特征在于，所述装置包括壳体、油品入口、流体整流器、纤维聚结分离层、波纹强化分离层、纤维聚结补集层、水包及净化油相出口；

其中，所述油品入口在所述壳体的上部一端，所述净化油相出口在所述壳体的上部另一端；所述水包在所述壳体的下部，该水包与所述净化油相出口相对或稍有偏差地相对设置，所述水包具有液面计，所述水包的底部设有水相出口；流体整流器、纤维聚结分离层、波纹强化分离层、纤维聚结补集层位于所述壳体的内部并依次互不相连地排列，其中，所述流体整流器靠近所述油品入口，所述纤维聚结补集层的面积为流体流动截面面积的30～80％且处于流体流动的上部截面。

9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述壳体是卧式圆形罐，或卧式长方体罐。

10.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述纤维聚结分离层是亲油疏水纤维和亲水疏油纤维进行编织形成的X形编织层，其中亲水疏油性纤维与水平线的夹角为25度至60度；并且，相邻两根亲油疏水性纤维的间距a是相邻两根亲水疏油性纤维的间距b的1～3倍；

所述纤维聚结补集层是亲水疏油性纤维和亲油疏水性纤维进行编织形成的Ω形编织层，其中亲水疏油性纤维与亲油疏水性纤维的数量比例为3:2～7:1。