一种油水分离装置及方法与流程

本发明属于油水分离技术领域，特别涉及油田高标准含油污水处理装置及方法。

背景技术：

在油田开发过程中，随着地层中原油含量的减少，注水开发等措施逐步实施，导致采出液含水率逐渐增加。在采出的油水混合液中，当油滴粒径大于100μm时，油将以连续相的形式存在，形成油块或油层，称为浮油；油滴粒径介于10-100μm时，其以微小的油滴形式悬浮于水中，称为分散油；当油滴粒径在0.1-10μm范围时(多数情况下粒径介于0.1-2μm之间)，称为乳化油；而当油滴粒径小于0.1μm时，以分子形式呈均匀状态存在时则为溶解油。通常，当含水率在30％以内时，油相主要以连续相形式存在，形成“油包水”型乳化液；当含水率在30％-70％范围，混合液中可能同时存在油包水和水包油两种乳化液，形成复杂的乳化现象；含水率超过70％后，水相将成为连续相，从而会形成“水包油”型乳化液；且随着含水量的增加，混合液中将出现未被乳化的“游离水”，含水量越高，游离水的含量也越高。因此，油水分离过程有时可以根据油水的含率变化而采用不同的方法。

油水混合液的分离方法可归纳为四大类：物理方法、化学方法、物理化学方法和生物化学方法。物理方法是利用各相密度、导电率、声速等物理性质的差异而实施的分离方法，主要有重力沉降、离心旋流、高压静电、高频脉冲、微波辐射、超声波等方法。化学方法是在油水混合液中加入适量的化学药剂(破乳剂、聚并剂等)破坏油水乳化液的界面稳定性，将油水间的乳化状态转变为游离状态，进而实现油水混合液的相间分离。物理化学方法是将物理分离方法与化学分离方法结合使用，达到油水分离的目的。生物化学方法是利用微生物胞体组成的生物破乳剂破坏油水乳化液的稳定状态，实现油水混合液的脱水。每种脱水方法都有各自的特点和适用条件。因此，选用原油脱水方法时要综合考虑原油性质、含水率、油水乳化性质和程度、乳状液分散度和稳定性等因素。

在油水分离工艺流程中，因为油水混合液中存在悬浮物、溶解油、以及部分破乳不彻底的乳化油等，将存在于原油脱出水中形成低含油污水。这些含油污水不能直接排放或回注，而必须进一步处理到可以排放或回注的标准，以便减少对地层和环境的污染。

目前主要的油水分离装置，依靠的原理归结为重力分离和离心分离，其都是基于油水密度差异，利用此性质来实现油水分离。但是当油水密度相近时，则应用该方法的分离效果往往不佳，难以满足污水回注的基本要求，这样以来使得污水处理的费用进一步增加。随着油田的不断开发，产出水量逐渐增多，污水的处理的成本所占比重也在逐渐增加。长期以来各种分离设备虽然不断的改进和完善，但是基于此原因，仅仅依靠改善设备，很难实现油水高的质量分离。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种新型的油水分离工艺，利用特殊吸附材料对原油的吸附和脱附特性，使材料对原油的吸附和脱附交替进行，实现油水高效、高质量得分离。由于吸附材料可以长期重复利用，因此在很大程度上节约了含油污水分离的费用。该工艺装置与现有的分离工艺相比，可以从污水中更彻底得将油分离出来，使分离水更加纯净，有利于环境保护。

本发明采用以下技术方案：

一种油水分离装置，包括依次连接的气固相分离装置、周期分离装置、吸附脱附装置、液体区分装置和储存装置，所述气固相分离装置用于对采出液中的气体以及固相进行分离处理并流入所述周期分离装置中，所述周期分离装置设置有两个分流口，用于将处理后的所述采出液按周期性流入所述吸附脱附装置中，保持整个装置的持续运转，所述吸附脱附装置交替工作对所述采出液进行吸附和脱附处理后分别流入所述储存装置完成分离储存。

进一步的，所述气固相分离装置包括气固相分离设备箱体，所述气固相分离设备箱体设置有采出液进液管、固相分离筛、出气管和油水液管，所述采出液进液管的一端与设置在所述气固相分离设备箱体内的分离头连接，所述固相分离筛设置在所述分离头的外部，所述出气管的一端与设置在所述气固相分离设备箱体内部的分离器连接，所述油水液管设置在所述气固相分离设备箱体底部，用于连接所述周期分离装置。

进一步的，所述气固相分离设备箱体内部一侧还设置有浮漂连杆机构，所述浮漂连杆机构包括四连杆机构和一个球型浮漂，能够上下浮动用于实时监控所述气固相分离设备箱体内的油水液面的液面高度和含水率。

进一步的，所述周期分离装置包括周期分离装置箱体，所述周期分离装置箱体顶部通过油水液管与所述气固相分离装置连接，所述周期分离装置箱体内设置有活塞和转盘，所述转盘通过连接轴与所述活塞连接，用于驱动所述活塞进行往复运动，所述周期分离装置箱体底部设置有两个分流油水液管，所述分流油水液管分别与所述吸附脱附装置连接。

进一步的，所述活塞上设置有密封圈，所述转盘通过第一凸轮结构驱动转动。

进一步的，所述吸附脱附装置包括设置有空气连通阀的吸附装置箱体，所述吸附装置箱体为漏斗形结构，上部通过油水液管与所述周期分离装置连接，下部通过油水周期液管与所述储存装置连接，内部设置有脱附装置，所述脱附装置为蜂窝型结构，节点处设置有吸附棒，所述油水液管上设置有喷头，所述采出液经过所述喷头流入所述脱附装置中。

进一步的，所述储存装置包括液体区分装置、储油桶和储水桶，所述液体区分装置由第二凸轮驱动旋转，一端通过油水周期液管与所述吸附脱附装置连接，另一端通过旋转分别与油管和水管连接，用于在吸附周期和脱附周期中停留在不同的旋转角度，将油和水分别流入所述储油桶和储水桶。

进一步的，所述液体区分装置由转轮、轴、水通道和油通道组成，所述转轮通过所述轴连接所述第二凸轮，所述水通道和油通道设置在所述转轮上，沿所述轴的轴向交错分布，用于分别连接所述水管和油管。

进一步的，所述储油桶由蓄油桶箱体、出油管和油泵组成，通过所述油管与所述液体区分装置连接，所述储水桶由蓄水桶箱体出水管和水泵组成，通过所述水管与所述液体区分装置连接。

一种油水分离方法，包括以下步骤：

S1、利用气固相分离装置将水中混合的固体和气体进行分离；

S2、将步骤S1分离的液体按照吸附周期通过周期分离装置分成两部分；

S3、利用吸附脱附装置对步骤S2液体进行油水分离；

S4、利用液体区分装置将分离好的油和水分别经过不同的输送管流入储油桶和储水桶中。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明一种油水分离装置可以将连续不断输入的油水混合液经过气固相分离装置、周期分离装置、吸附脱附装置进行高质量的分离，然后通过液体区分装置和储存装置分开存储，从而在满足生产需要的前提下达到更高的污水处理标准，可以将油水混合液中残留的少量固体进行分离；

进一步的，由于该设备为一个通过吸附作用分离油水的装置，固相进入设备会造成分离设备的堵塞，气相进入设备会降低装置的分离效果，所以在吸附脱附装置之前安装部分设备进行固相与气相的分离。

进一步的，由于后续的吸附装置中存在一个吸附与脱附周期，为了提高设备的处理能力，这里用周期分离装置将连续不断流入的油水混合液分成两部分处理，以充分利用设备的处理能力，不需要控制液体流量以适应生产周期，使后续设备不间断地处理连续流入的液体。

进一步的，吸附脱附装置不但可以相对于传统分离装置更加高质量得将油水进行分离，而且由于其脱附性使得材料可以重复利用，很大程度上减少了生产成本并增加了设备的使用寿命。

进一步的，液体区分装置通过自身的旋转，周期性地将两只不同的通道与吸附脱附装置的出口相连接，将周期性流入已分离的水和油从不同的通道流出并汇集，防止了通道内表面对已分离水和油的再次污染。

本发明还提供一种油水分离方法，分离效果优秀，能耗低，设备使用周期长，设备规模小，适应性强，可以有效处理油气水固体的混合液。

综上所述，本装置空间小，方便携带，油水分离效率高。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

【附图说明】

图1为本发明气、固相分离设备结构图；

图2为本发明周期分离装置结构图；

图3为本发明吸附装置结构图；

图4为本发明脱附装置截面图；

图5为本发明脱附装置截面汇集原理图；

图6为本发明液体区分装置结构图，其中，(a)为主视图，(b)为侧视图；

图7为本发明液体区分装置旋转180°的结构示意图，其中，(a)为主视图，(b)为侧视图；

图8为本发明蓄油桶结构图；

图9为本发明蓄水桶结构图；

图10为本发明整体结构示意图。

其中：1.气固相分离设备箱体；2.法兰；3.采出液进液管；4.分离头；5.固相分离筛；6.油水液面；7.出气管；8.分离器；9.浮漂连杆机构；10.油水液管；12.转盘；13.连接轴；14.周期分离装置箱体；15.密封圈；16.活塞；17.分流油水液管；22.空气连通阀；23.吸附装置箱体；24.喷头；25.脱附装置；26.吸附棒；27.油水周期液管；32.水通道；33.油通道；34.轴；35.转轮；36.油管；39.水管；42.蓄油桶箱体；43.出油管；44.油泵；52.蓄水桶箱体；53.出水管；54.水泵。

【具体实施方式】

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参阅图10所示，本发明一种油水分离装置，包括依次连接的气固相分离装置、周期分离装置、吸附脱附装置、液体区分装置和储存装置，所述气固相分离装置用于对采出液中的气体以及固相进行分离处理并流入所述周期分离装置中，所述周期分离装置设置有两个分流口，用于将处理后的所述采出液按周期性流入所述吸附脱附装置中，保持整个装置的持续运转，所述吸附脱附装置交替工作对所述采出液进行吸附和脱附处理后分别流入所述储存装置完成分离储存。

请参阅图1所示，气固相分离装置具体如下：

采出液经采出液进液管3流入气固相分离设备箱体1内，采出液进液管3的进口端装有分离头4，使采出液均匀进入，另一端通过法兰2外接设备。固相分离筛5由固定装置固定在分离头4的四周，它可以将采出液中的固相分离出来，并可以在固相达到一定数量以致影响设备正常生产的时候，由反馈装置告知工作人员更换固相分离筛。

当油气混合物由采出液进液管3流入时，在分离头4处均匀散开。由于液流进入分离器后容积突然变大，流速降低，缓冲降压，油流分散，是气体很容易自液体脱离。由于气体相对于液体和固体密度偏小，气体上升并沿分离器上层运动。出气管7处装有分离器8，分离器8内装有多层不锈钢丝网。采出液中分离出的气体上升到设备的顶部时与分离器8中的不锈钢丝网相接触，由于液体的黏附作用，气体中的微小液滴再次被分离，附着在不锈钢丝网表面，随后滴下，气体从出气管7排出后通过管道在平台收集。

经固相分离筛5分离固相后的液体和从分离器8上聚集滴落的液体在气固相分离设备箱体1底部汇合，并根据油井产液能力的大小形成一个有微小变化的油水液面6。浮漂连杆机构9会随时监控油水液面6的液面高度和含水率变化，反馈给外部系统并可以根据进液量的大小调节后续周期分离装置的运行周期，从而有效地发挥吸附装置的吸附作用，从而降低能耗并提高设备的使用寿命。

气固相分离设备箱体1底部的油水混合液通过油水液管10流入周期分离装置进行后续分离。

请参阅图2所示，周期分离装置具体如下：

由于后续的吸附装置中存在一个吸附与脱附周期，所以为了提高设备的处理能力，这里用周期分离装置将连续不断流入的油水混合液分成两个周期处理，油水混合液经油水液管10流入周期分离装置箱体14内，在周期分离装置箱体14内由固定的时间间隔均匀将流入液体分流进两个分流油水液管17中。转盘12在第一凸轮结构驱动进行非匀速转动，形成以吸附装置中吸附与脱附时间总量为最短周期的转动，通过连接轴13带动周期分离装置箱体14内的活塞16运动。在周期性活塞与密封圈的接触下，油水液管10流入的油水混合液体在活塞16的格挡下，周期性流入不同的分流油水液管17中。

在总分离设备对油井产液量和含水率的监测中，可以通过合理的计算，在充分发挥吸附装置吸附潜力的前提下，增加或者降低周期分离装置的运行周期，从而降低能耗并增加设备的使用寿命。

20世纪70年代以来，吸附分离技术作为一种低能耗的固相萃取分离技术，在环境保护领域中受到广泛关注。它是利用具有较强吸附能力的多孔性固体吸附剂，选择性的将一种或一类物质吸附在固体表面，从而实现流体混合物中不同组分的分离。吸附过程实质上是通过相界面上的吸附作用以达到一种或数种组分在固相吸附剂上的富集浓缩。

请参阅图3至图5所示，吸附脱附装置具体如下：

油水混合液经过周期分离装置进入吸附脱附装置，这部分为该分离设备的核心部件，它的两个吸附桶将交错吸附与脱附来处理流入的油水混合液。

油水混合液经分流油水液管17，在喷头24处均匀洒入吸附脱附装置的截面。在空气连通阀22打开的情况下，吸附装置箱体23内部与外界联通，从而可以使液体在纵向上的小孔道中自由流动。脱附装置25为蜂窝型结构，吸附棒26在脱附装置25的固定下呈六边形均匀分布在界面中，并充满整个吸附脱附装置截面。

脱附装置25在吸附周期中不起任何作用，进入吸附脱附装置的油水混合液中的油会吸附在吸附棒26上，而不含油的水则流下去在油水周期液管27中汇合，并流入液体区分装置。

脱附装置25在脱附周期中会对吸附棒26进行加热，并发出超声波，使吸附棒26表面提高温度，并在超声波作用下实现对吸附油的脱附。这时油沿着吸附棒26流下，并在下部逐圈汇合缩小，最终汇合成一点，使油流入油水周期液管27中汇合流入液体区分装置。

吸附周期的时间由产液量和含水率决定，而脱附周期的时间由设备本身决定。设备的处理周期最小为吸附和脱附时间的总和，如果单位时间产油量较大则需要使用相对较大的设备才能保证处理水中不含油；如果单位时间内产油量较小则可以通过调整周期分离装置对油水混合液的分离周期来充分发挥吸附装置的作用。

储存装置包括液体区分装置、储油桶和储水桶，所述液体区分装置由第二凸轮驱动旋转，一端通过油水周期液管27与所述吸附脱附装置连接，另一端通过旋转分别与油管36和水管29连接，用于在吸附周期和脱附周期中停留在不同的旋转角度，将油和水分别流入所述储油桶和储水桶。

请参阅图6和图7所示，液体区分装置具体如下：

为了将周期性流入的油流和水流区分开，此处加入一个可以绕中轴旋转的液体区分装置，其运行周期受周期分离装置控制。在转轮35中的油通道33和水通道32在轴向上交错分布，其转动停止的时间即为吸附周期时间和脱附周期时间。

所述液体区分装置由转轮35、轴34、水通道32和油通道33组成，所述转轮35通过所述轴34连接所述第二凸轮，所述水通道32和油通道33设置在所述转轮35上，沿所述轴34的轴向交错分布，用于分别连接所述水管29和油管36。

设备中的转轮35由第二凸轮控制旋转周期，分别在吸附周期和脱附周期中停留在不同的旋转角度。

在吸附周期中，油吸附在吸附棒26上，从油水周期液管中流入的只有水，这时的装备通道旋转角度，油通道33与水通道32在轴向上存在一定的高度差呈交错状分布，水从水通道32流入水管29中。

待吸附周期结束进入脱附周期时，转轮35沿着轴34在短时间旋转180度，此时设备通道的旋转角度所示，油从油通道33流入油管36中。

储油桶结构如图8所示，所述储油桶由蓄油桶箱体42、出油管43和油泵44组成，通过所述油管36与所述液体区分装置连接，在储油桶中将实现分离油的聚集和输送。

储水桶结构如图9所示，所述储水桶由蓄水桶箱体52出水管53和水泵54组成，通过所述水管29与所述液体区分装置连接，在储水桶中将实现分离水的聚集和输送。

本发明还提供一种油水分离方法，包括以下步骤：

S1、利用气固相分离装置将水中混合的固体和气体进行分离；

采出液经采出液进液管流入设备，进口端装有分离头，使采出液均匀进入，固相分离筛由固定装置固定在分离头四周，它可以将采出液中的固相分离出来，并可以在固相达到一定数量以致影响设备正常生产的时候，由反馈装置告知工作人员更换固相分离筛。

当油气混合物由采出液进液管流入时，在分离头处均匀散开。由于液流进入分离器后容积突然变大，流速降低，缓冲降压，油流分散，使气体很容易自液体脱离。由于气体相对于液体和固体密度偏小，气体上升并沿分离器上层运动。分离器的出气筒口处装有分离筒，筒内装有多层不锈钢丝网。采出液中分离出的气体上升到设备的顶部时与分离器中的不锈钢丝网相接触，由于液体的黏附作用，气体中的微小液滴再次被分离，附着在不锈钢丝网表面，随后滴下，气体从出气筒排出后通过管道在平台收集。

经固相分离筛分离固相后的液体和从分离器上聚集滴落的液体在设备底部汇合，并根据油井产液能力的大小形成一个有微小变化的液面。浮漂连杆机构会随时监控设备中的液面高度和含水率变化，反馈给管理系统并可以根据产液量的大小调节后续周期分离装置的运行周期。

S2、将步骤S1分离的液体按照吸附周期通过周期分离装置分成两部分；

为了提高设备的处理能力，用周期分离装置将连续不断流入的油水混合液分成两部分处理。油水混合液经油水液管流入周期分离装置，在装置内由固定的时间间隔均匀将流入液体分流进两个分流油水液管中。转盘在凸轮结构中非匀速转动，形成以吸附装置中吸附与脱附时间总量为最短周期的转动，通过连杆带动周期分离装置箱体内的活塞运动。在周期性活塞与密封圈的接触下，油水液管流入的油水混合液体在活塞的格挡下，周期性流入不同的分流油水液管中。在总分离设备对油井产液量和含水率的监测中，可以通过合理的计算，在充分发挥吸附装置吸附潜力的前提下，增加或者降低周期分离装置的运行周期，从而降低能耗并增加设备的使用寿命。

S3、利用吸附脱附装置对步骤S2液体进行油水分离；

油水混合液经分流油水液管，在喷头处均匀洒入吸附装置截面。在空气连通阀打开的情况下，装置内部与外界联通，从而可以使液体在纵向上的小孔道中自由流动。吸附棒在脱附装置的固定下呈六边形均匀分布在界面中，并充满整个截面截面。

脱附装置在吸附周期中不起任何作用，进入吸附装置的油水混合液中的油会吸附在吸附棒上，而不含油的水则流下去在油水周期液管中汇合，并流入液体区分装置。

脱附装置在脱附周期中会对吸附棒进行加热，并发出超声波，使吸附棒表面提高温度，并在超声波作用下实现对吸附油的脱附。这时油沿着吸附棒流下，并在下部逐圈汇合缩小，最终汇合成一点，使油流入油水周期液管中汇合流入液体区分装置。

S4、利用液体区分装置将分离好的油和水分别经过不同的输送管流入储油桶和储水桶中。

为了将周期性流入的油和水区分开，加入一个可以绕中轴旋转的液体区分装置，其运行周期受周期分离装置控制。在转盘中的油通道和水通道在轴向上交错分布，其转动停止的时间即为吸附周期时间和脱附周期时间。设备中的转轮由凸轮控制旋转周期，分别在吸附周期和脱附周期中停留在不同的旋转角度。

在吸附周期中，油吸附在吸附棒上，从油水周期液管中流入的只有水，这时的装备通道旋转角度如第一图所示，油通道与水通道在轴向上存在一定的高度差呈交错状分布，水从水通道流入水管中。

待吸附周期结束进入脱附周期时，转轮沿着轴在短时间旋转180度，此时设备通道的旋转角度如第二图所示，油从油通道流入油管中。

油从油管流入蓄油桶中，蓄油桶根据其中油液面的高低来决定油泵的功率，从而在控制能耗的前提下将分离出来的油泵送至储油罐。

水从水管流入蓄水桶中，蓄水桶根据其中水液面的高度来决定水泵的功率，从而在控制能耗的前提下将分离出来的污水进行污水回注，减少将水集输所需要的能耗和存储设备。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。