专利名称：多路与单路组合式进料的多级电脱盐—超声波联合的方法
技术领域：
本发明涉及一种原油脱盐脱水的方法及装置，特别是涉及一种不同进料形式交叉的超声波-电脱盐联合脱盐脱水的方法及装置。
背景技术：
原油破乳是油田脱水和炼油厂脱盐的技术关键。多年来，原油破乳技术的研究大多只限于化学破乳剂的研究上，对不同种类的原油有较大的局限性，而且破乳剂的应用具有诸多的生产与环保问题导致生产成本上升，造成电脱盐排水的COD值和排水含油值上升，直接影响炼油厂水处理的正常进行和处理后污水的达标排放。近年来，随着超声波技术在破乳脱盐中的应用，出现了超声波破乳与电场脱盐联合的脱盐脱水装置，用于满足生产的要求。通常的原油电脱盐罐进料为多路进料，至少为一分二的两路进料，多者由一分二， 再二分四，再四分八的八路进料，其多路进料设置的目的是为了保持原油进卧式的电脱盐罐时进料均衡，防止短路进料或沟流，保证电脱盐罐操作平稳。随着新型电脱盐技术的发展，一端单路进料的电脱盐罐也在生产中应用。在实际生产中往往将这两种进料方式同时在二级、二级以上的多级电脱盐装置上采用。2003年3月12日公开的公告号为CN2539559Y实用新型专利，原油超声波-电场联合脱盐装置，生产过程中需要控制超声波的声强一般不大于0. 5W/cm2，为了不同的生产条件，可以设置两个以上的超声波作用区串联，来满足不同的生产要求，但是，对于原油处理量较大的炼油厂，仅仅通过超声波作用区的串联，不能满足控制超声波的声强一般不大于 0. 5ff/cm2的技术要求。2005年3月9日公开的公开号CN 1589947A的发明专利申请，顺流和逆流超声波联合作用使油水乳化物破乳的方法及装置，在实施例1中提到“根据不同的生产情况，为了延长流动状态下的原油的超声波作用时间，可以设置两个以上的超声波作用区串联或并联，用来满足不同的含水含盐的生产要求。”该发明是对前述原油超声波-电场联合脱盐装置的实用新型的改进，对于实际生产中在二级以上的多级电脱盐装置采用多路与单路组合式进料的大处理量的电脱盐罐的超声波破乳技术的实施缺乏实施方案。
发明内容
本发明的目的是针对现有二级以上的多级电脱盐-超声波联合装置，提出一种多路与单路组合式进料的超声波-电脱盐方法。在二级、二级以上的多级电脱盐中，不同的电脱盐罐可以为多路进料，也可以为单路进料。形成多路与单路组合式进料时，解决了超声波作用区内超声波的分布不均勻或超声波声强大于规定参数而导致乳化或破乳效果不佳的问题，提供一种超声波作用区的压力容器设备造价较低、安装占用空间小，便于施工安装、 也便于生产操作控制，实现超声波破乳和多路与单路进料的大处理量的二级以上的多级电脱盐罐联合作用的工业应用。本发明一种多路与单路组合式进料的二级以上的多级电脱盐-超声波联合的方法，包括电脱盐罐、超声波作用区，各级电脱盐罐分别采用单路进料或多路进料方式，形成多路和单路组合进料，其特征在于在原油进电脱盐罐的多路管路上和进电脱盐罐的单路管路上均并联有超声波作用区，原油流过并联式超声波作用区，在超声波的作用下破乳后， 进入电脱盐罐进行重力沉降和/或电场分离。进电脱盐罐的单路管路上并联的超声波作用区由至少1个单个超声波作用区并联形成单路进料并联式超声波作用区，原油流过各并联式单个超声波作用区并均勻分配于单个超声波作用区。原油进电脱盐罐为多路进料方式时，可在原油进电脱盐罐的各分路上分别并联设置超声波作用区，形成多路进料并联式超声波作用区。各分路上的超声波作用区至少由1 个或1个以上单个相同的超声波作用区并联形成，原油流过各并联式单个超声波作用区并均勻分配于单个超声波作用区。以下详细说明本发明对二级电脱盐-超声波联合装置，一级可采用多路进料、二级采用单路进料，或一级采用单路进料、二级采用多路进料。对二级以上的多级电脱盐-超声波联合装置，可采取自由组合的方式同时使用单路进料和多路进料。如三级电脱盐-超声波联合装置中一级、二级采用单路进料，三级采用多路进料；或一级采用单路进料，二级、三级采用多路进料；或一级采用单路进料，二级采用多路进料，三级采用单路进料，或一级采用多路进料，二级采用单路进料，三级采用多路进料等等各种情况。多路进料并联式超声波作用区由1个以上的单个超声波作用区并联而成，超声波作用区产生的超声波作用于进电脱盐罐前的原油与水的混合乳化物，起到油水乳化物的破乳作用，延长了油水乳化物超声波作用的时间，使油水乳化物充分破乳。单路进料并联式超声波作用区由1个以上的单个超声波作用区并联而成，产生的超声波作用于进电脱盐罐前的原油与水的混合乳化物，产生破乳作用，延长了油水乳化物超声波作用的时间，使油水乳化物充分破乳。单路进料和多路进料并联式超声波作用区中用于并联的单个超声波作用区的超声波最好以均勻的声强传播，超声波的强度在0. 1-0. 5w/cm2范围，优选的超声波强度在 0. 2-0. 3w/cm2 范围。单路进料和多路进料并联式超声波作用区中用于并联的每个单个超声波作用区的两端分别至少安装1个超声波探头，产生顺流和逆流的超声波作用方式，在超声波辐射的方向上，超声波作用区的反射面不能设置为曲面结构(例如曲面的封头类结构型式)，以防止产生超声波的聚焦和叠加，导致油水乳化，较好的实施方案是超声波作用区设置为管道式结构。本发明依据一种多路与单路组合式进料的超声波_电脱盐方法，发明了一种多路与单路组合式进料的超声波-电脱盐装置，其特征在于在原油多路进电脱盐罐的管路上设置至少1个超声波作用区，构成多路进料并联式超声波作用区；在原油单路进电脱盐罐的管路上设置至少1个单路进料并联式超声波作用区，单路进料并联式超声波作用区由至少1个以上的超声波作用区并联构成，实现多路与单路进料的二级以上的多级电脱盐-超声波联合脱盐脱水。
构成多路进料并联式超声波作用区的每个单个超声波作用区结构形式保持一致。构成多路进料并联式超声波作用区每个单个超声波作用区的容积基本相同。构成多路进料并联式超声波作用区每个单个超声波作用区相互连接的方式保持一致。多路进料并联式超声波作用区由1个以上的多个超声波作用区以管道式连接方式构成，多个超声波作用区可以管道式焊接方式相连，形成多路进料并联式超声波作用。多路进料并联式超声波作用区由1个以上的多个超声波作用区以管道式连接方式构成，多个超声波作用区可以管道式法兰连接方式相连，形成多路进料并联式超声波作用。多路进料并联式超声波作用区通过管路副线接入电脱盐罐前的管道上，原油与水的混合物可在关闭主线阀门、打开副线阀门时通过并联式超声波作用区。多路进料并联式超声波作用区也可以不通过副线接入而直接接入管路，原油与水的混合物可直接通过多路进料并联式超声波作用区。构成单路进料并联式超声波作用区的每个单个超声波作用区结构形式保持一致。构成单路进料并联式超声波作用区的每个单个超声波作用区的容积基本相同。构成单路进料并联式超声波作用区的每个单个超声波作用区相互连接的方式保
持一致。单路进料并联式超声波作用区由1个以上的单个超声波作用区以管道式连接方式构成，几个单个超声波作用区可以管道式焊接方式相连，形成单路进料并联式超声波作用区。单路进料并联式超声波作用区由1个以上的单个超声波作用区以管道式连接方式构成，几个单个超声波作用区可以管道式法兰连接方式相连，形成单路进料并联式超声波作用区。单路进料并联式超声波作用区通过管路副线接入电脱盐脱水罐前的管道上，在关闭主线阀门、打开副线阀门时原油与水的混合物可通过单路进料并联式超声波作用区。单路进料并联式超声波作用区也可以不通过副线接入而直接接入管路，原油与水的混合物可直接通过单路进料并联式超声波作用区。单路进料并联式超声波破乳的装置，其超声波作用区的进口通过1个管道式物料分配器分配物料，起到物料分配的作用，实现物料尽可能相对均勻的流过每个单个超声波作用区。单路进料并联式超声波破乳的装置，其超声波作用区的出口通过1个管道式物料分配器分配物料，起到物料分配的作用，实现物料尽可能相对均勻的流过每个单个超声波作用区。构成多路进料并联式超声波的超声波作用区的数量由电脱盐罐的原油处理量确定，可以由1个超声波作用区构成，也可以由2个相同的超声波作用区构成，也可以由4个相同的超声波作用区构成等等。控制提供一种能够产生均勻声强的多路并联式超声波的强度在0. 1-0. 5w/cm2范围内，优选的超声波强度在0. 2-0. 3w/cm2范围内。构成单路进料并联式超声波作用区的每个超声波作用区数量由电脱盐脱水罐的原油处理量确定，可以由1个超声波作用区构成，也可以由2个相同的超声波作用区构成，也可以由3个相同的超声波作用区构成等等。控制单路并联式超声波作用区的超声波强度在0. 1-0. 5w/cm2范围内，优选的超声波强度在0. 2-0. 3w/cm2范围内。原油处理量小于300万吨/年的电脱盐罐，可采用1个超声波作用区，可设置在主管路上安装。原油处理量在300-500万吨/年处理量的电脱盐罐设计进料为一分二或二分四的形式，可设置在主管路分支后的2个支管路上安装2个超声波作用区，构成多路进料并联式超声波作用区；原油处理量在300-500万吨/年处理量的电脱盐罐设计为单路进料的形式，可采用2个超声波作用区并联，构成单路进料并联式超声波作用区，并设置进出口管道式物料分配器。原油处理量在500-1000万吨/年处理量的电脱盐罐设计进料为一分二或二分四的形式，可设置在二分四后的4个支管路上安装4个超声波作用区，构成多路进料并联式超声波作用区；原油处理量在500-1000万吨/年处理量的电脱盐罐设计为单路进料的形式， 可采用4个超声波作用区并联，构成单路进料并联式超声波作用区，并设置进出口管道式物料分配器。原油处理量在1000-1500万吨/年电脱盐罐设计进料为二分四或四分八的形式， 可设置在主管路分支后的4个支管路上安装4个超声波作用区，构成多路进料并联式超声波作用区；原油处理量在1000-1500万吨/年电脱盐罐设计进料为单路的形式，可采用4-6 个超声波作用区并联，构成单路进料并联式超声波作用区，并设置进出口管道式物料分配
ο本发明可按照不同种类原油性质和脱盐脱水指标的不同要求，选择二级或多级的多路与单路进料的二级以上的多级电脱盐和超声波联合的油水乳化物破乳的方案。本发明不限超声波作用区的级数，至少由1级多路进料并联式超声波作用区组成和至少由1级单路进料并联式超声波作用区组成。实现上述方式的破乳装置，多路进料与单路进料并联式超声波作用区为管道式结构并与油水管线相连接，每个小的超声波作用区管道的两端各安装一个超声波换能器，分别产生与油水流动方向同向的顺流超声波和反向的逆流超声波，超声波换能器与超声波发生器通过超声波功率线相连。超声波作用区为管道式结构，管道可以是直管，也可以是变径管，优选变径管，该变径管既可以是两端直径大，中间直径小，也可以是两端直径小，中间直径大，也可以是一端直径大，一端直径小等各种形式。管道的截面也可以是各种形状，如圆形、方形等。管道式超声波作用区与油水管线连接，可以焊接或法兰连接等多种连接方式。本发明的效果本发明解决了超声波作用区内超声波的分布不均勻或超声波声强大于规定参数而导致乳化或破乳效果不佳的问题。超声波作用区的压力容器设备造价较低、安装占用空间小，便于施工安装、也便于生产操作控制。与现有技术相比，本发明的方法及装置提供一种能够产生均勻声强的超声波作用区，超声波的强度在0. 1-0. 5w/cm2范围，优选的超声波强度在0. 2-0. 3w/cm2范围，保证了脱盐和脱水的效果。经工业试验表明，与单纯的电脱盐装置相比，通过这种多路与单路组合式进料的二级以上的多级电脱盐-超声波破乳联合的方法及装置，原油脱后含盐可由5-10mg/L降低到l-3mg/L ；脱后原油含水由原来的0. 2-0. 3% 降低到0. 1-0.2% ；可完全代替破乳剂，电脱盐总排水COD值与电脱盐总排水含油均降低50%以上，实施后环保效益明显。本发明可用于炼厂原油加工过程中的原油电脱盐工艺中，本发明也可用于油田原油的电脱水工艺中。本发明可依据电脱盐原油处理量的不同设置不同的并联方案。本发明可按照不同种类原油性质和脱盐脱水指标的不同要求，选择二级及多级的多路进料与单路进料的超声波破乳方案。
图1是本发明的直管作用区的500万吨/年两级组合式超声波_电脱盐的工艺控制流程示意图。图2是本发明的变径管作用区的300万吨/年两级组合式超声波_三级电脱盐的工艺控制流程示意图。图3是本发明的800-1200万吨/年两级组合式超声波-电脱盐的工艺流程示意图。图中1、脱前原油，2、一级注水，3、一级静态混合器，4、一级混合阀，5、超声波作用区，6、超声波换能器，7、多路进料并联式超声波作用区，8、排水阀，9、超声波控制柜，10、中央控制室的DCS控制系统，11、一级电脱盐罐，12、二级脱前原油，13、二级注水，14、二级静态混合器，15、二级混合阀，16、进口管道式物料分配器，17、出口管道式物料分配器，18、单路进料并联式超声波作用区，19、二级电脱盐罐，20、二级脱后原油。
具体实施例方式实施例1多路与单路进料的二级电脱盐_超声波破乳在一、二级电脱盐的实施方案图1中二级电脱盐装置的一级电脱盐原油进料形式为电脱盐罐的一分二的多路进料，二级电脱盐为单路进料。图1所示，脱前原油1与一级注水2经一级静态混合器3混合，再经一级混合阀4 混合，然后，原油与水的混合物经一分二的管路，分二路进入一级电脱盐罐11 ；二路进料的油水混合物通过二支路的副线进入并联式超声波作用区7，并联式超声波作用区7由多个相同的超声波作用区5组成，超声波作用区5两端分别安装有超声波换能器6，超声波换能器6与超声波控制柜9中的超声波控制器连接，超声波控制柜9中的超声波控制器通过中央控制室的DCS控制系统10控制超声波输出与显示；打开副线阀门后，关闭主线阀门，原油与水高强度混合形成的乳化物通过多路进料并联式超声波作用区7破乳后，由一级电脱盐罐11的一端进入一级电脱盐罐，在重力、高压电场的作用下原油与水分离，实现一级脱水_脱盐，一级脱水_脱盐后的含盐污水通过排水阀8从罐底排出，一级脱后原油12从罐顶排出后，与二级注水13通过二级静态混合器14混合后，再经二级混合阀15混合，通过管路副线经由进口管道式物料分配器16进入单路进料并联式超声波作用区18，单路进料并联式超声波作用区18由多个相同的超声波作用区5构成，超声波作用区5两端分别安装有超声波换能器6，超声波换能器6与超声波控制柜9中的超声波控制器连接，超声波控制柜 9中的超声波控制器通过中央控制室的DCS控制系统10控制超声波输出与显示。原油与水高强度混合形成的乳化物通过单路进料并联式超声波作用区18破乳后，经由出口管道式物料分配器17引出，再由二级电脱盐罐19的一端进入二级电脱盐罐，油水乳化物在重力作用下沉降分离，或在重力沉降和高压电场共同作用下分离，实现二级脱水_脱盐，二级脱水_脱盐后的含盐污水从罐底排水阀8排出，二级脱后原油20从罐顶导出。图1中多路进料并联式超声波作用区7为管道式结构，多路进料并联式超声波作用区7由1个以上的相同结构尺寸的超声波作用区5通过进料管路分支的副线接入构成， 单个超声波作用区的接入可以焊接，也可以由法兰连接。图1中，超声波控制柜9中的超声波控制器由交流电源供给能量，超声波控制器供给换能器6能量，由换能器将电能转换为超声波的机械振动能量，通过超声波作用区5将超声能量传递给原油与水的乳化物。多路进料的超声波的声强可选择一般不大于0. 8w/cm2，优选不大于0. 5w/cm2。一般情况下，多路进料的超声波的频率选择对油水脱盐脱水的效果影响不大，频率较高，超声波越容易衰减，因此，采用0. l-50Khz的超声波比较适宜。图1中单路进料并联式超声波作用区18为管道式结构，单路进料并联式超声波作用区18由1个以上的相同结构尺寸的小的单个超声波作用区5、进口管道式物料分配器 16、出口管道式物料分配器17构成。图1中进口管道式物料分配器16、出口管道式物料分配器17与单个超声波作用区 5可以通过焊接的方式连接，也可以由法兰连接。图1中单路进料并联式超声波作用区对于单路进料的大处理量的电脱盐罐，实现了管道式结构设计，避免了设计成罐式结构，解决了超声波作用区内超声波的分布不均勻， 易于造成原油与水的乳化或破乳效果不佳的问题，解决了超声波_电脱盐脱水联合时超声波声强大于规定参数而导致乳化或破乳效果不佳的问题，超声波作用区设备造价较低，既便于施工安装，也便于操作控制，实现了超声波破乳——电脱盐联合的理想应用效果，可达到较好的脱盐脱水效果。图1中，超声波控制柜10中的超声波控制器由电源供给能量，超声波控制器供给换能器6能量，由换能器6将电能转换为超声波的机械振动能量，通过超声波作用区18将超声能量传递给原油与水的乳化物。单路进料的超声波的声强可选择一般不大于0. 8w/cm2，优选不大于0. 5w/cm2。一般情况下，单路进料的超声波的频率选择对油水脱盐脱水的效果影响不大，频率较高，超声波越容易衰减，因此，采用0. l-50Khz的超声波比较适宜。根据不同的生产情况，可以分别在二级以上的多级电脱盐罐前设置1个以上的单路进料并联式超声波作用区和多路进料并联式超声波作用区，用来满足不同的含水含盐的生产要求。图3是单路进料并联式超声波作用区18由4个相同的超声波作用区5并联构成。 单路进料并联式超声波作用区18与进电脱盐罐19的管路为并联连接方式，在各管理上设置有阀门。多路进料并联式超声波作用区7由在进电脱盐罐11的两个分路上分别设置的与分路并联的并联式超声波作用区构成，该并联式超声波作用区各由2个的相同结构尺寸的超声波作用区5并联构成。实施例2
500万吨/年原油处理量的多路与单路进料的二级以上的多级电脱盐_超声波联合破乳在一、二级电脱盐的实施。多路与单路组合式进料的二级电脱盐-超声波联合破乳与无超声波时二级电脱盐的实施效果比较。如图1，某500万吨/年原油处理量的多路与单路组合式进料的二级电脱盐，在一级电脱盐罐前原油一分为二，通过管路副线引入多路进料并联式超声波作用区；二级电脱盐罐前原油通过管路副线引入三个超声波作用区并联的单路进料并联式超声波作用区。两级超声波参数的控制由中央控制室DCS集中控制，DCS通过控制柜中的超声波控制器控制超声波作用区两端超声波换能器，实施前后效果对比如下
权利要求
1.一种多路与单路组合式进料的二级以上的多级电脱盐-超声波联合的方法，包括电脱盐罐、超声波作用区，各级电脱盐罐分别采用单路进料或多路进料方式，形成多路和单路组合进料，其特征在于在原油进电脱盐罐的多路管路上和进电脱盐罐的单路管路上均并联有超声波作用区，原油流过并联式超声波作用区，在超声波的作用下破乳后，进入电脱盐罐进行重力沉降和/或电场分离。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于进电脱盐罐的单路管路上并联的超声波作用区由至少1个单个超声波作用区并联形成单路进料并联式超声波作用区，原油流过各并联式单个超声波作用区并均勻分配于单个超声波作用区。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述单个超声波作用区的两端分别安装至少1个超声波换能器，产生与原油流动方向同向的顺流超声波和反向的逆流超声波，在超声波辐射的方向上，超声波作用区的反射面不能设置为曲面结构。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述单路进料并联式超声波作用区通过管路副线或直接接入电脱盐罐前的管道上。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于单路进料并联式超声波作用区进口通过1 个管道式物料分配器分配物料，出口通过1个管道式物料分配器分配物料进入电脱盐罐。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于单路进料并联式超声波作用区由1个以上相同的单个超声波作用区并联，单路进料并联式超声波作用区为管道式结构并与油水管线相连接，单个超声波作用区为直管式或变径管状的管道式结构。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于原油进电脱盐罐为多路进料方式时，在原油进电脱盐罐的各分路上分别并联设置超声波作用区，形成多路进料并联式超声波作用区。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于所述各分路上的超声波作用区至少由1个或1个以上单个相同的超声波作用区并联形成，原油流过各并联式单个超声波作用区并均勻分配于单个超声波作用区。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于所述单个超声波作用区的两端分别安装至少一个超声波换能器，产生与原油流动方向同向的顺流超声波和反向的逆流超声波，在超声波辐射的方向上，超声波作用区的反射面不能设置为曲面结构。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于多路进料并联式超声波作用区通过管路副线或直接接入电脱盐罐前的管道上，多路进料并联式超声波作用区为管道式结构并与油水管线相连接，单个超声波作用区为直管式或变径管状的管道式结构。
11.根据权利要求2或8所述的方法，其特征在于单个超声波作用区的超声波以均勻的声强传播，超声波的强度在0. 1-0. 5w/cm2范围。
全文摘要
本发明涉及一种多路与单路组合式进料的二级以上的多级电脱盐-超声波联合的方法。针对二级以上的多级电脱盐装置中单路和多路进料同时存在的情况，提出了电脱盐-超声波联合的方法。在原油进电脱盐罐的多路管路上和进电脱盐罐的单路管路上均并联有超声波作用区，原油流过并联式超声波作用区，在超声波的作用下破乳后，进入电脱盐罐进行重力沉降和/或电场分离。本发明解决了超声波作用区内超声波的分布不均匀或超声波声强大于规定参数而导致乳化或破乳效果不佳的问题。本发明可用于炼油厂原油电脱盐工艺中，也可用于油田原油沉降脱水或电脱水工艺。
文档编号B01D17/04GK102451578SQ20101051699
公开日2012年5月16日 申请日期2010年10月25日 优先权日2010年10月25日
发明者刘爱华, 常文之, 张义玲, 张红宇, 徐兴忠, 王业君, 王建华, 苟社全, 许金山 申请人:中国石油化工股份有限公司