CN104673367B

CN104673367B - 一种耦合油气洗涤的混合油水分步分离方法

Info

Publication number: CN104673367B
Application number: CN201510066985.2A
Authority: CN
Inventors: 杨强; 刘森; 卢浩; 许萧; 王朝阳
Original assignee: East China University of Science and Technology
Current assignee: East China University of Science and Technology
Priority date: 2015-02-09
Filing date: 2015-02-09
Publication date: 2017-01-18
Anticipated expiration: 2035-02-09
Also published as: WO2016127274A1; CN104673367A; EP3257917A1; EP3257917A4; EP3257917B1

Abstract

本发明涉及一种耦合油气洗涤的混合油水分步分离方法。首先，含0.5～6％合成水的轻油与含微量烃的低分气混合洗涤烃类组分，之后从左侧封头进入油水初步分离器，含油0.05～0.5％的污水从右侧封头进入；净化低分气从顶部排出，混合液体排出进入深度脱水器，排出轻油中含水约0.05～0.5％；左侧污水进入水包排出，右侧除油后的污水在靠近隔板的右侧排出进入深度除油器，排出水中含油约0.03～0.6％；依靠深度脱水、除油器中以特殊方式编织的组合纤维模块进行深度除油、脱水后，轻油中含水小于0.02％，污水中含油小于0.01％后分别外送。本发明采用组合油水分离及分步分离的方法能快速高效实现油品脱水及污水除油，且最大程度回收油品。

Description

一种耦合油气洗涤的混合油水分步分离方法

技术领域

本发明涉及石油炼制或者煤化工领域，涉及费托工艺中一种耦合油气洗涤的混合油水分步分离的方法。

背景技术

费托合成(Fischer-Tropsch synthesis)是煤间接液化技术之一，可简称为FT反应，它以合成气(CO和H₂)为原料在催化剂(主要是铁系)和适当反应条件下合成以石蜡烃为主的液体燃料的工艺过程。费托合成煤制油的产品主要有汽油、柴油、煤油及航空燃料、润滑油和石蜡等。费托合成煤间接液化产品为油水混合物，油水的高效分离对降低产品成本有着重要影响。

目前在费托合成中重要采用重力沉降的方法进行分离(费托合成工艺油水分离器的工艺设计，化工设计，2010，20(1))自反应器出来后经高压分离器的沉降作用分出含水油及含油水，进入卧式油水分离器进行进一步沉降分离，分离后再进入大罐沉降分离，由于费托合成的操作条件，油水乳化现象比较严重，因重力沉降分离只能有效分离粒径大于50μm游离态的油滴或者水滴，因此一般经初步油水分离后采用大罐静置沉降分离设计时间超过8小时。设备占地面积大、材料耗费大且效率低。此外经工艺流程中低压分离后排出的气相组分中也含有少量烃类，一般单独设洗涤装置洗涤回收，需配套操作控制***，造价高且比较复杂。因此需要采用型高效的油水分离方法对目前技术进行优化。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提供费托工艺中一种耦合油气洗涤的混合油水分步分离的方法。其结合费托合成油水特性，采用分步分离的方法按照油中水和水中油的粒径分布分为初步分离和深度的逐级分离，更为优化的是在初步的油脱水和水脱油采用一个设备实现，占地及配套***均减少，且在入口耦合设置了含烃气体的洗涤回收设置，满足油水高效快速分离的同时，有效减小的占地及投资，弥补了现有重力沉降分离方法的不足。

具体的技术方案为：

一种耦合油气洗涤的混合油水分步分离方法，包括以下步骤：

步骤1：将含0.5～6％合成水的轻油(在入口处的流速为1～3m/s)与含0.01～2.8％微量烃的低分气混合洗涤后，其中进入微量烃的轻油送入油水初步分离器的左侧封头，含油0.05～0.5％的污水则送入所述油水初步分离器的右侧封头；所述油水初步分离器的操作压力为0.3～4.5MPa，温度为20～60℃；

步骤2：步骤1的各组分进入所述油水初步分离器后首先在T型液气分离器中实现快速液气分离,分离出的低分气从所述油水初步分离器的顶部排出；

含水轻油以流速0.005～0.02m/s从所述油水初步分离器的左侧封头向右流动，依次通过第一CPI油水快速分离模块、亲水性粗粒化模块进行快速脱水，分离出粒径大于30μm的水滴，分离后的轻油中含水0.05～0.5％并继续向右流动到隔板左侧排出，进入深度脱水器，在所述深度脱气器中脱除粒径为3～30μm的水滴，此时得到的轻油含水量小于0.02％；

含油污水从所述油水初步分离器的右侧封头向左流动，依次通过第二CPI油水快速分离模块、亲油性粗粒化模块进行快速除油，分离出粒径大于25μm的油滴，分离后污水中含油0.03～0.6％并继续向左流动到隔板的右侧，从隔板上部与隔板左侧分离后的轻油混合排出，进入深度除油器，在所述深度除油器中脱除粒径为1～25μm的油滴，此时的污水含油量小于0.01％。

步骤2中所述深度脱水器具有包括亲水性纤维和亲油性纤维的组合纤维脱水模块，所述组合纤维脱水模块中亲水性纤维占亲油性纤维的比例为5～15％；所述深度除油器具有包括亲水性纤维和亲油性纤维的组合纤维除油模块，所述组合纤维除油模块中亲油性纤维占亲水性纤维比例为10～20％。

步骤1所述轻油与低分气的混合方式是逆流或顺流，注入段后设置常规气液混合器。

步骤2所述的T型液气分离器入口段的混合液流速为3～6m/s。

步骤2所述的第一CPI油水快速分离模块和所述亲水性粗粒化模块之间具有水包；所述第二CPI油水快速分离模块和所述亲油性粗粒化模块连接设置。

步骤2所述的亲水性粗粒化模块和所述第一、第二CPI快速分离模块采用改性特氟龙、聚丙烯或者不锈钢材料。

步骤2所述的深度脱水器的底部具有水包出口，在所述水包出口还设有组合纤维除油模块；所述的深度除油器的顶部具有油包出，在所述油包出口还设有组合纤维脱水模块。

所述的深度脱水器或者深度除油器中内置的组合纤维模块采用公开号为CN103952852A(一种适用于油水深度分离的Ω型纤维编织方法)专利编织方法。

其中，CPI(高效波纹板聚结分离)油水快速分离模块选用表面具有亲油疏水(或亲水疏油，适用于脱水过程)性质的开孔波纹板材料，将“浅池原理”和“聚结技术”有效相结合，如图1所示：当含油废水通过聚结板堆时波纹板的曲折通道迫使水流形成近似正弦波的流态，从而增大油珠间的碰撞几率，促使小油滴的聚结。由于波纹板是波浪形的，流向不断发生变化，增加碰撞几率使小油珠变大，根据Stocks公式，油珠沉降速度与油珠粒径的平方成正比，且大油珠比表面积变小与水的表面张力相对变小，因此加速了油珠沉降，达到了油水分离的目的。

本发明的有益效果在于：

(1)在设计上采用了分布分级分离的思路，根据费托合成的油水性质：即大部分游离态、分散态油水混合物采用PPI、粗粒化方法先先快速分离，少量为乳化态油水混合物(占总量的0.1～3％)通过组合纤维编织模块深度分离的方法进行处理。相比较目前重力沉降的方法具有分离速度快、效率高的优势，此外该方法采用分步逐级分离可以最大限度的发挥每个技术的高效性和适应性，如初步分离后，油中水含量降低，这样通过组合纤维聚结分离，组合纤维模块能发挥对低浓度含量的快速高效分离，且能保护该模块的长周期运行；

(2)将油气洗涤集成于初步分离器，初步分离器重采用T型液气分离技术，一方面气体通过T型管液体旋转的离心力实现快速的液体脱气，结构简单且分离效率高于重力沉降分离；另一方面，在T型分离器的洗涤混合，控制T型管入口流速为3～6m/s时，气液两相在T型管中受到旋转离心力的作用，由于油水密度差的原因，液体在径向截面上是自内向外迁移运动，在垂直截面是自上向下运动，能完成二次洗涤作用，结合和混合与分离两个过程的洗涤作用；

(3)将油初步脱水与水初步脱油两个功能集成于一个初步分离器中，可以减少一个设备，所需配套的配管、控制、阀门及占地都减少，起到降低投资的作用。

(4)更为重要的是，本发明根据费托合成油水的特性将CPI、粗粒化以及组合纤维分离技术进行了组合集成，分离时间短，且分离效率提高(乳化油在重力沉降中不能分离)，提高了资源利用率，以及降低了废水中的油含量，下个过程处理难度降低。

本发明采用的方法具有简单、高效及适应性宽的特点，在功能上满足了目前费托合成的油水分离要求，且集成了洗涤回收气体中烃类组份的功能，也可应用于煤化工同类过程的油水分离。

附图说明

图1是CPI快速除油或脱水(下部开孔)原理示意；

图2是实施例1的工艺流程图；

图3是实施例1所使用装置的结构示意图。

符号说明

1 含烃气体；2 含0.5～6％合成水的油；3 脱烃后气体；

4 含油0.05～0.5％的污水；5 含0.03～0.6％油的污水；

6 含0.05～0.5％水的油；7 含0.03～0.6％油的污水；

8 含水小于0.02％的油；9 含水小于0.02％的油(去污油罐)；

10 含油小于0.01％的污水；101 含水油进口；

20 含烃类气体入口；30 气液混合器；40 T型液气分离器；

50 快速脱水CPI模块；60 亲水性粗粒化模块；70 隔板；

80 气相出口；90 亲油性粗粒化模块；102 快速除油CPI模块；

110 含油废水进口；120 水包；13-1、13-2 组合纤维除油模块；

14-1、14-2 组合纤维脱水模块。

具体实施方式

以下通过实施例对本发明的方法及其装置进行具体描述，但实施例只用于对本发明进一步说明，并不限制本发明的保护范围。

对比例1

某煤化工厂费托合成装置经高压分离器后轻油流量为50t/h，含油废水流量7t/h，其中轻油中含水约3～4％，含油废水中含油约2～3％，产生富烃气约4t/h，目前采用以下方法进行油水分离：高压分离器分离出来的含水约3～4％的轻油进入初步油水分离器进行沉降脱水，此过程设计沉降时间为0.5小时，沉降后达到含水约0.5～1.5％送入脱水罐进行长时间脱水，此过程脱水时间不小于8个小时，含水降为约0.1％以下后送到油品储罐；而高压分离器底部分离出的含油合成水进入污水缓冲罐，与初步油水分离器沉降出的水在污水缓冲罐进行混合缓冲，之后由泵送到隔油罐进行长时间沉降除油，此过程隔油时间为24小时以上，隔油后污水含油约0.05左右后送到污水处理厂，而隔油罐顶部回收的污油送往地下污油罐进行回收，处理后回用。由于脱水罐、隔油罐占地面积大，因此该两个设备放到核心生产装置之外进行，中间采用泵通过管道将油、水输送过去。

由于费托合成的工艺原因，在高压分离器分离出的油中含水、水中含油，且存在油水乳化现象，因此现有分离方法采用常规重力沉降方式只能通过长时间的沉降来提高油水的分离效果，存在设备大、分离效率低的问题，且设备大占地面积大，相关配套的基础、配管等费用也高，因此需进行改造。

实施例1

本实施例的工艺流程如图2所示，采用两级分离的方法进行油水分离，将含0.5～6％合成水的油2(在入口处的流速为1～3m/s)与含0.01～2.8％微量烃的含烃气体1混合洗涤后，其中进入微量烃的轻油送入油水初步分离器的左侧封头，含油0.05～0.5％的污水4则送入油水初步分离器的右侧封头；油水初步分离器的操作压力为0.3～4.5MPa，温度为20～60℃。

然后，各组分进入油水初步分离器后首先在T型液气分离器40(如图3)中实现快速液气分离，分离出的脱烃后气体3从油水初步分离器的顶部排出。

含水轻油以流速0.005～0.02m/s从油水初步分离器的左侧封头向右流动，依次通过快速脱水CPI模块50、亲水性粗粒化模块60进行快速脱水，分离出粒径大于30μm的水滴，分离后的轻油中含水0.05～0.5％并继续向右流动到隔板70左侧排出，进入深度脱水器，在深度脱气器中脱除粒径为3～30μm的水滴，此时得到的轻油含水量小于0.02％，即图2中的8和9；

含油0.05～0.5％的污水4从油水初步分离器的右侧封头向左流动，依次通过快速除油CPI模块102、亲油性粗粒化模块90进行快速除油，分离出粒径大于25μm的油滴，分离后中含0.03～0.6％油的污水7继续向左流动到隔板70的右侧，从隔板70上部与隔板70左侧分离后的轻油混合排出，进入深度除油器，在深度除油器中脱除粒径为1～25μm的油滴，此时的污水含油量小于0.01％，即图2中的10。

结合图3，具体实施过程为：高压分离器分离出来的含水约3～4％的轻油首先通过含水油进口101与含烃类气体入口20进来的富烃气通过气液混合器30进行顺流洗涤，洗涤后再进入初步油水分离器左侧入口处的T型液气分离器40进行液气分离，并完成2次洗涤脱烃处理，净化后的富烃气从气相出口8排出；含水轻油通过400mm段长的快速脱水CPI模块50进行快速脱除粒径大于80μm游离水，之后再通过200mm段的亲水性粗粒化模块60将油中夹带的水滴进行聚结长大并拦截，此过程完成30μm以上游离水的粗粒化长大并拦截分离，控制此过程的液相流动速度不大于0.02m/s，分离后达到油中带水不超过的0.15％后从隔板70的右侧排出，分离出的水由于密度差的作用沉降进入水包120；含油约2％～3％的废水从初步分离器的右侧进入，依次通过快速除油CPI模块102、亲油性粗粒化模块90进行快速除油后流动到隔板70的右侧，控制此过程液相流动速度不大于0.025m/s，分离出的污油从隔板70上部与左侧分离后的轻油混合排出，分离后的污水中油含量不大于0.1％，污水从靠近隔板70的右侧排出到深度除油器；经初步分离器分离后的轻油进入深度脱水器，通过深度脱水器中设置的组合纤维脱水模块14-2(含亲水性纤维和亲油性纤维)进行深度脱水，此过程实现油中夹带的粒径为3～30μm的水滴分离，轻油含水量小于0.02％，脱除的少量水再经组合纤维除油模块13-2(含亲水性纤维和亲油性纤维)处理后达到水中含油不大于0.01％后送到污水处理厂；经初步分离器分离后的污水进入深度除油器，通过深度除油器中设置的组合纤维除油模块13-1(含亲水性纤维和亲油性纤维)进行深度除油，此过程实现油中夹带的粒径为1～25μm的油滴分离，污水含油量小于0.005％后送到污水处理厂进行处理，分离出的少量污油再经纤维脱水模块14-1(含亲水性纤维和亲油性纤维)进行深度脱水达到污油含水量小于0.05％后送到地下污油罐进行回收；其中组合纤维脱水模块中亲水性纤维占亲油性纤维的比例为12％，组合纤维除油模块中亲油性纤维占亲水性纤维的比例为16％，深度除油器内液相流速不大于0.022m/s，深度脱水器内液相流速不大于0.015m/s。

实施效果，采用该发明方法进行改造后，设备占地减小，分离效率提高。先前油脱水总分离时间8.5小时减小到10分钟以内，而除油总分离时间由24小时减小到8分钟以内，设备减小投资降低且均能布置在生产装置区，减小了外输配套泵、管线及相关设施的造价；其次分离效率提高，经深度除油、脱水后油中水含量降低到200ppm以内，水中油含量降低到50ppm以内，对比以前大罐沉降的油中水含量1000ppm，水中油含量500ppm来说，油品回收效率提高，后续污水处理设施的投资降低，起到了良好的节能降耗资源回收的作用；最后通过初步分离器设置的气体洗涤设施，回收了部分烃，也起到了经济效益。

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

Claims

1.一种耦合油气洗涤的混合油水分步分离方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：将含0.5～6％合成水的轻油与含0.01～2.8％微量烃的低分气混合洗涤后，其中进入微量烃的轻油送入油水初步分离器的左侧封头，含油0.05～0.5％的污水则送入所述油水初步分离器的右侧封头；所述油水初步分离器的操作压力为0.3～4.5MPa，温度为20～60℃；

步骤2：步骤1的各组分进入所述油水初步分离器后首先在T型液气分离器中实现快速液气分离，分离出的低分气从所述油水初步分离器的顶部排出；

含水轻油以流速0.005～0.02m/s从所述油水初步分离器的左侧封头向右流动，依次通过第一CPI油水快速分离模块、亲水性粗粒化模块进行快速脱水，分离出粒径大于30μm的水滴，分离后的轻油中含水0.05～0.5％并继续向右流动到隔板左侧排出，进入深度脱水器，在所述深度脱水器中脱除粒径为3～30μm的水滴，此时得到的轻油含水量小于0.02％；

含油污水从所述油水初步分离器的右侧封头向左流动，依次通过第二CPI油水快速分离模块、亲油性粗粒化模块进行快速除油，分离出粒径大于25μm的油滴，分离后污水中含油0.03～0.6％并继续向左流动到隔板的右侧，从隔板上部与隔板左侧分离后的轻油混合排出，进入深度除油器，在所述深度除油器中脱除粒径为1～25μm的油滴，此时的污水含油量小于0.01％；

2.根据权利要求1所述的混合油水分步分离方法，其特征在于，步骤1所述轻油与低分气的混合方式是逆流或顺流，注入段后设置常规气液混合器。

3.根据权利要求1所述的混合油水分步分离方法，其特征在于，步骤2所述的T型液气分离器入口段的混合液流速为3～6m/s。

4.根据权利要求1所述的混合油水分步分离方法，其特征在于，步骤2所述的第一CPI油水快速分离模块和所述亲水性粗粒化模块之间具有水包；所述第二CPI油水快速分离模块和所述亲油性粗粒化模块连接设置。

5.根据权利要求1所述的混合油水分步分离方法，其特征在于，步骤2所述的亲水性粗粒化模块和所述第一、第二CPI快速分离模块采用改性特氟龙、聚丙烯或者不锈钢材料。

6.根据权利要求1所述的混合油水分步分离方法，其特征在于，步骤2所述的深度脱水器的底部具有水包出口，在所述水包出口还设有组合纤维除油模块；所述的深度除油器的顶部具有油包出，在所述油包出口还设有组合纤维脱水模块。