原油加热脱水装置及方法
【专利摘要】本发明公开了一种原油加热脱水装置及方法，属于含水原油脱水处理设备及方法领域，为解决现有装置分离效率低等问题而设计。本发明原油加热脱水装置包括罐体以及在罐体内依次连接的加热单元、整流破乳单元、分离单元和集油单元；其中，加热单元用于对原油初步气液分离并加热；整流破乳单元利用电场将加热后的处于油水乳化液状态的原油破乳；分离单元用于将破乳后液体中的原油和水进行分离；集油单元用于取出脱水后的原油。本发明原油加热脱水方法为使用电场对处于油水乳化液状态的待处理原油进行破乳、并使用静电场来加快破乳后的待处理原油的分离速度。本发明原油加热脱水装置及方法提高了油水分离效率，占地面积小，投资少，适用范围广。
【专利说明】原油加热脱水装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种石化行业中的含水原油脱水处理设备，尤其涉及一种原油加热脱水装置及使用该装置实现的原油加热脱水方法。
【背景技术】
[0002]在原油的生产过程中需要进行脱水处理。现用的由沉降罐、水套炉、三相分离器、电脱水器等设备组成脱水处理系统工艺流程复杂，造价高，能耗大，效率低。
[0003]现有的整体式加热分离装置中，多是利用重力分离，其中个别装置使用了化学破乳。这些装置的分离速度有限，生产效率低，原油的脱水效果差。
【发明内容】
[0004]本发明的一个目的是提出一种分离效率高、处理效果好的原油加热脱水装置。
[0005]本发明的另一个目的是提出一种原油分离效率高、处理效果好的原油加热脱水方法。
[0006]为达此目的，一方面，本发明采用以下技术方案:
[0007]—种原油加热脱水装置，所述装置包括罐体以及在所述罐体内依次连接的加热单元、整流破乳单元、分离单元和集油单元；其中，加热单元用于对原油初步气液分离并加热；整流破乳单元利用电场将加热后的处于油水乳化液状态的原油破乳；分离单元用于将破乳后液体中的原油和水进行分离；集油单元用于取出脱水后的原油。
[0008]特别是，所述加热单元至少包括旋流器、液体分布器、加热组件、以及集砂斗；其中，旋流器利用旋流来改变原油的流动方向，实现初步气液分离；其入口端位于所述罐体外，其出口端位于所述罐体内且连接所述液体分布器；液体分布器用于将从所述旋流器出口端流出的液体均匀地分布在所述加热单元段的罐体中；加热组件用于加热处于所述加热单元段的罐体中液体原油；集砂斗用于将原油中沉淀出的固体颗粒物排出所述罐体。
[0009]进一步，所述加热组件至少包括主体设置在所述罐体内的火筒和设置在所述火筒的端头的燃烧器，所述燃烧器位于所述罐体外；位于所述加热单元罐体中的所述火筒的主体至少形成一组换热管。
[0010]特别是，所述整流破乳单元至少包括整流管；所述整流管腔体内绝缘悬挂有电极，所述电极连接至电源；当所述电极通电、所述整流管的管壁接地，所述整流管形成内电场。
[0011]特别是，所述分离单元至少包括组合电极、集砂斗、气体出口和水出口，其中，组合电极连接电源、并在所述分离单元的罐体内形成静电场；所述电源为脉冲、交流或直流；集砂斗用于将原油中沉淀出的固体颗粒物排出所述罐体；气体出口用于将从原油中分离出来的气体排出所述罐体；水出口用于将从原油中分离出来的水排出所述罐体。
[0012]进一步，所述组合电极包括长度不同的多个电极，所述多个电极的上端分别固定在两根电极梁上的不同位置；所述组合电极分别通过两根所述电极梁连接至电源；或所述组合电极为平行于所述罐体轴向的多层水平电极板；或所述组合电极为与罐体同轴或不同轴的环形电极板。
[0013]特别是，所述气体出口的进气端连接有捕雾器。
[0014]特别是，在所述罐体内的底部设置有冲砂管，所述冲砂管能将沉积在所述罐体底部的固体颗粒物冲至集砂斗。
[0015]特别是，所述集油单元至少包括设置在所述罐体上的原油出口。
[0016]另一方面，本发明采用以下技术方案: [0017]一种基于上述装置的原油加热脱水方法，所述方法为使用电场对处于油水乳化液状态的待处理原油进行破乳；优选的，使用静电场来加快破乳后的待处理原油的分离速度；优选的，所述方法包括下述步骤:
[0018]步骤1、待处理原油初步气液分离；将气体排出，对原油液体加热；
[0019]步骤2、使用电场对待处理原油的油水乳化液进行破乳；
[0020]步骤3、对破乳后的待处理原油施加静电场，分别排出从原油中分离出来的水、气和/或砂；处理后的原油从出油口流出。
[0021]本发明原油加热脱水装置内设置有整流破乳单元，改变了原油的流动状态，利用静电破乳提高了装置的油水分离效率及处理能力；在分离单元加电场提高了油水分离速度，降低了原油含水率，提高了处理能力和效率；加热系统采用换热管或超导介质热管，传热面积大，热效率高；采用旋流器提高了气液的分离效率，有效利用了装置的全部空间。本发明原油加热脱水装置结构紧凑，占地面积小，投资少。
[0022]本发明原油加热脱水方法利用静电破乳提高了油水分离效率及处理能力，可以使处理后的原油含水量小于0.5%，含盐量小于50mg/L，经过简单的工艺即可得到合格的商品原油。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1是本发明优选实施例一中原油加热脱水装置结构示意图之一；
[0024]图2是本发明优选实施例一中原油加热脱水装置结构示意图之二 ；
[0025]图3是图2所示装置的俯视图；
[0026]图4是本发明优选实施例一中加热单元的横向剖视结构示意图；
[0027]图5是本发明优选实施例一中整流破乳单元的横向剖视图；
[0028]图6是本发明优选实施例一中原油出口的结构示意图。
[0029]图中标记为:
[0030]1-1、加热单元；1_2、整流破乳单元；1_3、分离单元；1_4、集油单元；1、罐体；2、旋流器；3、换热管；4、电极；5、整流管；6、高压电引入口 ；7、界位计；8、电极梁；9、高压电引入口 ；10、组合电极；11、气体出口 ；12、原油出口 ；13、冲砂管；14、冲砂水进口 ；15、集砂斗；16、液体分布器；17、火筒；18、燃烧器；19、烟囱；20、绝缘吊挂；21、水出口 ；22、原油分布板。
【具体实施方式】
[0031]下面结合附图并通过【具体实施方式】来进一步说明本发明的技术方案。
[0032]优选实施例一:[0033]本优选实施例提供一种原油加热脱水装置。如图1所示，装置包括罐体I以及在罐体I内依次连接的加热单元1-1、整流破乳单元1-2、分离单元1-3和集油单元1-4。其中，加热单元1-1用于对原油初步气液分离并加热；整流破乳单元1-2利用电场将加热后的处于油水乳化液状态的原油破乳；分离单元1-3用于将破乳后液体中的原油和水进行分离；集油单元1-4用于取出脱水后的原油。
[0034]利用电场对处于油水乳化液状态的原油进行破乳、使用静电场加速分离，提高了效率，降低了成本，缩短了工艺流程。
[0035]参见如图2和图3所示，加热单元1-1包括旋流器2、液体分布器16、加热组件、以及集砂斗15。其中，旋流器2利用旋流来改变原油的流动方向，实现初步气液分离；其入口端位于罐体I外，其出口端位于罐体I内且连接所述液体分布器16。液体分布器16用于将从旋流器2出口端流出的液体均匀地分布在加热单元段的罐体I中；加热组件用于加热处于加热单元段罐体I中液体原油；集砂斗15用于将原油中沉淀出的固体颗粒物排出罐体
I。图4所示为加热单元的横向剖视 结构示意图。
[0036]加热组件包括主体设置在罐体I内的火筒17和设置在火筒17的端头的燃烧器18。燃烧器18位于罐体I外，端头处设置有烟囱19 ;位于罐体I加热单元中的火筒17形成两组换热管3。
[0037]整流破乳单元1-2包括整流管5。图5所示为整流破乳单元优选结构的横向剖视图。整流管5布置在两端的挡板上，整流管5的腔体内通过绝缘吊挂悬挂有电极4。电极4位于整流管5的中心。通过高压电引入口 6引入交流、直流或脉冲等高压电(电场强度为200-5000V/cm)，高压电连接电极4 ;整流管5的管壁接地，从而形成电场。
[0038]分离单元1-3包括组合电极10、集砂斗15、气体出口 11和水出口 21。组合电极10包括长度不同的多个电极，多个电极的上端分别固定在两根电极梁8上的不同位置；两根电极梁8分别通过绝缘吊挂20悬挂于罐体I内的顶部。
[0039]两根电极梁8分别通过高压电引入口 9通入交流、直流或脉冲高压电，优选为脉冲，电场强度200-5000V/cm。组合电极10连接至该高压电，相邻电极之间形成电位差，从而形成电场。由于水比油密度大从上到下水含量增大，所以下部电极之间的间距大，这样有利于降低电耗。
[0040]集砂斗15用于将原油中沉淀出的固体颗粒物排出罐体I ;气体出口 11用于将从原油中分离出来的气体排出罐体I ;水出口 21用于将从原油中分离出来的水排出罐体I。
[0041]气体出口 11的进气端连接有捕雾器。在罐体I内的底部设置有冲砂管13 ;水流从冲砂水进口 14进入冲砂管13，水流沿着冲砂管13将沉积在罐体I底部的固体颗粒物冲至集砂斗15。
[0042]集油单元1-4包括设置在罐体I上的原油出口 12，其优选结构如图6所示。
[0043]在整流破乳单元和分离单元之间设置界位计7。在各个单元之间设置有挡板，挡板上用于原油流通的结构的形状不限，以满足各个单元的功能要求为准。
[0044]原油加热脱水方法为使用电场对处于油水乳化液状态的待处理原油进行破乳、并使用静电场来加快破乳后的待处理原油的分离速度。该方法包括下述步骤:
[0045]步骤1、原油来液先通过油气旋流器2旋流改变流体流动方向，气、液初步分离；气体通过气相连通管进入罐体I的顶部，经出气筒内的捕雾器后从气体出口 11排出；分离后的液体通过降液管进入液体分布器16，液体通过液体分布器16在罐体I底部缓慢均匀地流出；流体经换热管或超导介质热管加热，温度升高。
[0046]步骤2、油水混合介质流经整流破乳区，由于整流管5内电场的作用，使油水乳化液破乳，水平流动进入有静电场的分离区。使用界位计7控制装置内的油水界面。
[0047]步骤3、已经破乳的油水混合物中的小液滴破碎成一个大液滴，液滴半径逐渐增大并且聚结过程中液滴的数目逐渐减少，各大液滴依靠重力沉降至油界面以下，凝聚并进入水相，并逐渐形成明显的油水界面层；分离出的水经水出口 21排出。与单纯的沉降分离相t匕，由于电场的存在，加快了油水沉降分离的速度，提高了装置的处理能力和处理效率。
[0048]在油水分离的同时，原油中的固体颗粒在重力作用下沉积在罐体I的底部。当固体颗粒沉积到一定厚度时，通过冲砂管13将固体沉积物从集砂斗15的排砂管密闭排出。脱水分离后的原油经原油分布板22流至集油区，通过原油出口 12流出。
[0049]优选实施例二:[0050]本优选实施例提供一种原油加热脱水装置及使用该装置实现的原油加热脱水方法，该装置的结构与优选实施例一基本相同。该装置包括罐体以及在罐体内依次连接的加热单元、整流破乳单元、分离单元和集油单元。其中，加热单元用于对原油初步气液分离并加热；整流破乳单元利用电场将加热后的处于油水乳化液状态的原油破乳；分离单元用于将破乳后液体中的原油和水进行分离；集油单元用于取出脱水后的原油。
[0051]不同之处在于:在处理密度小、粘度低的原油时，分离区可以不设电场。即，分离单元中不设置组合电极，利用重力方法进行分离。即使设置电场，电场的形式也可以不同于优选实施例一中的形式，即，组合电极可以为平行于罐体轴向的多层水平电极板，或为与罐体同轴或不同轴的环形电极板。
【权利要求】
1.一种原油加热脱水装置，其特征在于，所述装置包括罐体(1)以及在所述罐体(1)内依次连接的加热单元(1-1)、整流破乳单元(1-2)、分离单元(1-3)和集油单元(1-4);其中， 加热单元(1-1)，用于对原油初步气液分离并加热； 整流破乳单元(1-2)，利用电场将加热后的处于油水乳化液状态的原油破乳； 分离单元(1-3)，用于将破乳后液体中的原油和水进行分离； 集油单元(1-4)，用于取出脱水后的原油。
2.根据权利要求1所述的原油加热脱水装置，其特征在于，所述加热单元(1-1)至少包括旋流器(2)、液体分布器(16)、加热组件、以及集砂斗(15);其中， 旋流器(2)，利用旋流来改变原油的流动方向，实现初步气液分离；其入口端位于所述罐体(1)外，其出口端位于所述罐体(1)内且连接所述液体分布器(16)； 液体分布器(16)，用于将从所述旋流器(2)出口端流出的液体均匀地分布在所述加热单元(1-1)段的罐体(1)中； 加热组件，用于加热处于所述加热单元(1-1)段的罐体(1)中液体原油； 集砂斗(15)，用于将原油中沉淀出的固体颗粒物排出所述罐体(1)。
3.根据权利要求2所述的原油加热脱水装置，其特征在于，所述加热组件至少包括主体设置在所述罐体⑴内的火筒(17)和设置在所述火筒(17)的端头的燃烧器(18)，所述燃烧器(18)位于所述罐体(1)外；位于所述加热单元(1-1)罐体(1)中的所述火筒(17)的主体至少形成一组换热管(3)。
4.根据权利要求1所述的原油加热脱水装置，其特征在于，所述整流破乳单元(1-2)至少包括整流管(5);所述整流管(5)腔体内绝缘悬挂有电极(4)，所述电极(4)连接至电源；当所述电极⑷通电、所述整流管(5)的管壁接地，所述整流管(5)形成内电场。
5.根据权利要求1所述的原油加热脱水装置，其特征在于，所述分离单元(1-3)至少包括组合电极(10)、集砂斗(15)、气体出口(11)和水出口(21);其中， 组合电极(10)，连接电源、并在所述分离单元(1-3)的罐体(1)内形成静电场；所述电源为脉冲、交流或直流； 集砂斗(15)，用于将原油中沉淀出的固体颗粒物排出所述罐体(1)； 气体出口(11)，用于将从原油中分离出来的气体排出所述罐体(1)； 水出口(21)，用于将从原油中分离出来的水排出所述罐体(1)。
6.根据权利要求5所述的原油加热脱水装置，其特征在于，所述组合电极(10)包括长度不同的多个电极，所述多个电极的上端分别固定在两根电极梁(8)上的不同位置；所述组合电极(10)分别通过两根所述电极梁(8)连接至电源； 或，所述组合电极(10)为平行于所述罐体(1)轴向的多层水平电极板； 或，所述组合电极(10)为与罐体(1)同轴或不同轴的环形电极板。
7.根据权利要求5所述的原油加热脱水装置，其特征在于，所述气体出口(11)的进气端连接有捕雾器。
8.根据权利要求2或5所述的原油加热脱水装置，其特征在于，在所述罐体(1)内的底部设置有冲砂管(13)，所述冲砂管(13)能将沉积在所述罐体(1)底部的固体颗粒物冲至集砂斗(15)。
9.根据权利要求1所述的原油加热脱水装置，其特征在于，所述集油单元(1-4)至少包括设置在所述罐体(1)上的原油出口(12)。
10.一种基于权项I至9任一所述装置的原油加热脱水方法，其特征在于，所述方法为使用电场对处于油水乳化液状态的待处理原油进行破乳；优选的，使用静电场来加快破乳后的待处理原油的分离速度；优选的，所述方法包括下述步骤: 步骤1、待处理原油初步气液分离；将气体排出，对原油液体加热； 步骤2、使用电场对待处理原油的油水乳化液进行破乳； 步骤3、对破乳后的待处理原油施加静电场，分别排出从原油中分离出来的水、气和/或砂；处理后的原 油从出油口流出。
【文档编号】C10G33/02GK103937532SQ201410185160
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年5月5日 优先权日:2014年5月5日
【发明者】娄世松, 王丽, 沈懿桐, 胡传芬, 邸建军 申请人:碧海舟（北京）石油化工设备有限公司