液电混动多级超重力加强自循环脱硫器的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种液电混动多级超重力加强自循环脱硫器，其包括壳体，所述壳体内设置有中空轴，所述中空轴上固设有主风叶、副风叶、一级填料床和二级填料床，所述中空轴的空腔形成一级填料床和二级填料床的供液通道；所述壳体内通过多个隔板自下而上分隔为多个液腔，主风叶、副风叶、一级填料床和二级填料床分别布置在多个液腔内，所述隔板上均设置有单向阀,所述壳体的顶部设置有出气口，所述壳体的侧部设置有出油口、加药管、出药剂口和进液口。本实用新型通过超重力反应器极大地提高了反应完全程度，使经过装置的原油中含硫化氢等有害气体的含量几乎为零。以实现经济、高效、安全、几乎无残渣的目的，为海上油田在井口处处理硫化氢提供了新的方法。
【专利说明】
液电混动多级超重力加强自循环脱硫器
技术领域
[0001] 本实用新型涉及一种液电混动多级超重力加强自循环脱硫器。
【背景技术】
[0002] 海上油田有很大比例是碳酸盐岩地层，而一般碳酸盐岩地层会伴生有硫化氢的产 生，在很多情况下在采出原油中含有硫化氢气体或硫化氢气体直接伴生与原油，而硫化氢 的处理技术也是保证海上油田安全、绿色、高效生产的重要技术环节之一，所以在海上采油 防止硫化氢的外泄对于人身安全以及环境安全有重要的意义，如果硫化氢的处理措施不得 当，轻则破坏生态环境，重则造成人员伤亡及财产损失。
[0003] 基于当代油田脱硫技术，多数是利用化学反应塔进行多级处理硫化氢，其特点为： 反应时间长，反应的比表面积也比较大，所以在塔形反应容器中可以很好的对硫化氢进行 反应，脱除硫化氢的效率可达到百分之九十九以上几近达到百分之百的处理效率，所以对 于陆上油田和制作焦煤，这种反应的形式可以很好的降低硫化氢带来的风险，但是对于海 上平台作业，由于空间和反应时间的限制，就不能使用塔形反应器来去除管道中随油气运 输过程中脱出的硫化氢气体或在生产过程中与油伴生的硫化氢气体，所以能在平台上或水 下采油树部分加装一个能够在短时间和反应器型外观提交较小的硫化氢脱除设备就是比 较重要的。 【实用新型内容】
[0004] 本实用新型的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种小型化、对硫化氢祛除率 高的液电混动多级超重力加强自循环脱硫器。
[0005] 为了实现上述目的，本实用新型采取的技术方案如下：
[0006] -种液电混动多级超重力加强自循环脱硫器，其关键技术特点在于，其包括壳体， 所述壳体内设置有中空轴，所述中空轴上固设有主风叶、副风叶、一级填料床和二级填料 床，所述中空轴的空腔形成一级填料床和二级填料床的供液通道；
[0007] 所述壳体内通过多个隔板自下而上分隔为进液腔、一级液腔、二级液腔和三级液 腔，所述中空轴贯穿通过所述隔板并与隔板转动配合，所述副风叶位于所述三级液腔内，所 述一级填料床位于所述一级液腔内，所述二级填料床位于所述二级液腔内，所述主风叶位 于所述三级液腔内，所述三级液腔内且位于所述主风叶上方设置有环形分离隔板；
[0008] 所述壳体的顶部设置有出气口和加药管，所述加药管与所述壳体转动配合，所述 加药管与所述空腔相通，所述壳体的侧部设置有出油口、加药管、出药剂口和进液口，所述 进液口与进液腔相通，所述出油口和出药剂口与所述三级液腔相通，多个所述隔板上分别 设置有单向阀。
[0009] 进一步地，所述中空轴通过止推轴承安装于所述壳体内。
[0010] 进一步地，所述一级填料床和二级填料床表面为多孔表面。
[0011] 进一步地，所述进液腔和一级液腔之间的第一隔板上设有一级单向阀，所述一级 单向阀向左侧倾斜度方向设置;所述一级液腔和二级液腔之间的第二隔板上设有二级单向 阀，所述二级单向阀向右侧倾斜度方向设置，所述二级液腔和所述三级液腔之间的第三隔 板上设置有三级单向阀，所述三级单向阀向右侧倾斜度方向设置。
[0012] 进一步地，所述主风叶和副风叶采用四注入三风叶式布置。
[0013] 与现有技术相比，本实用新型所取得的有益效果如下：
[0014] 本实用新型采用超重力反应加强技术，增大反应时反应物与硫化物的接触表面 积，同时增加了反应的比表面积，使反应的速度大幅上升，已达到硫化氢处理效率的优化， 并且该装置采用多级旋转填料床分液腔处理，极大地增加了反应物与原油中的硫化物的接 触时间与接触面积，使反应效率大幅上升。
[0015] 本实用新型驱动方式采用液电混动驱动无极变矩功率分配，在流体压力高的时候 通过液体的压能使叶轮发生转动，带动超重力机运动，在地层流体压力提供的功率达不到 该装置驱动的额定功率时电机开始转动，补充液体压能不足的部分，实现生产消耗电能的 最小化。并且此反应的反应物利用是羟基氧化铁与N-甲基二乙醇胺(MDEA)和一种含氮有机 物，羟基氧化铁与硫化氢反应产生疏基硫化铁，而后者在高温加氧的情况下又会生成羟基 氧化铁，所以综合这两个反应，羟基氧化铁相当于催化剂，在反应过程中除去自然损耗，其 他物质可重新循环，而N-甲基二乙醇胺(MDEA)处理硫化氢具有选择性，极大的提高了脱硫 效率，并且生成物是一种无毒、绿色、环保、对于海上环境无污染的生成物，而这种含氮有机 物则是为了将硫化氢的处理效率提升到一个新的水平。此反应无有毒物质产生，并且，由于 大部分物质可以通过循环再生所以省去了外运反应残渣的费用，是此反应器成为一种绿 色、无污染的反应器，这点对于海上生产作业尤为重要。
[0016] 本实用新型实现了海上油气生产脱硫处理的小型化，是脱硫装置在平台上实现安 装的可能性，以使海上生产作业变得更加安全、可靠、绿色，并且由于反应自身的原因，生成 物需要处理的残渣十分少，对于海上外运不方便提供了有益的解决方法，使此装置对于海 上油田有不可或缺的优点，所以对于现有的油田脱硫措施有很好的补充改进，使海上硫化 氢高效处理变成了可能，使脱硫装置小型化得到了技术支持。
【附图说明】
[0017] 附图1为本实用新型的结构示意图；
[0018] 附图2为本实用新型的剖视图；
[0019] 在附图中：
[0020] 1壳体、2中空轴、3-级填料床、4二级填料床、5副风叶、6主风叶、7环形分离隔板、8 止推轴承、10第一隔板、11第二隔板、12第三隔板、20-级单向阀、21二级单向阀、22三级单 向阀、101进液腔、102-级液腔、103二级液腔、104三级液腔、105出气口、106出油口、107加 药管、108出药剂口、109进液口、2中空轴、201空腔。
【具体实施方式】
[0021] 以下结合附图对本实用新型进行进一步详细的叙述。
[0022] 如附图1和2所示的液电混动多级超重力加强自循环脱硫器，其包括壳体1，所述壳 体1内设置有中空轴2，所述中空轴2上固设有主风叶6、副风叶5、一级填料床3和二级填料床 4,所述中空轴2的空腔201形成一级填料床3和二级填料床4的供液通道，所述中空轴2的两 端为封闭结构，所述中空轴2分别通过止推轴承8安装于所述壳体1内，与所述壳体1形成转 动配合，中空轴2连接有电力驱动装置。
[0023] 本实用新型的壳体1内通过多个隔板自下而上分隔为进液腔101、一级液腔102、二 级液腔103和三级液腔104,所述中空轴2贯穿通过所述隔板并与隔板转动配合，所述副风叶 5位于所述三级液腔104内，所述一级填料床3位于所述一级液腔102内，所述二级填料床4位 于所述二级液腔103内，所述主风叶6位于所述三级液腔104内，所述三级液腔104内且位于 所述主风叶6上方设置有环形分离隔板7,所述进液腔101和一级液腔102之间的第一隔板10 上设有一级单向阀20，所述一级单向阀20向左侧倾斜30度方向设置;所述一级液腔102和二 级液腔103之间的第二隔板11上设有二级单向阀21，所述二级单向阀21向右侧倾斜30度方 向设置，所述二级液腔103和所述三级液腔104之间的第三隔板12上设置有三级单向阀22， 所述三级单向阀22向右侧倾斜30度方向设置，此种布置方式有利于增强原油与反应悬浊液 的反应时间，并实现液腔内部的压力自平衡，流体自循环。
[0024] 本实用新型的壳体1的顶部设置有出气口 105和加药管107,所述加药管107通过轴 承安装于所述壳体1上，并与壳体1形成转动配合，所述加药管107的底端与所述中空轴2连 接，并与所述空腔201相通，所述壳体1的侧部设置有出油口 106、加药管107、出药剂口 108和 进液口 109,所述进液口 109与进液腔101相通，所述出油口 106和出药剂口 108与所述三级液 腔104相通。
[0025] 为了减少中空轴2和隔板之间的阻力，中空轴2与第一隔板10和第三隔板12之间可 以装配有轴承结构。
[0026] 本实用新型的一级填料床3和二级填料床4表面为多孔表面，具有将流体切割为微 元流体的作用，当油中的气体与表面吸附发生反应后，很容易发生脱硫反应，反应后的产物 变为液相物离开多孔表面。
[0027] 主风叶6和副风叶5采用四注入三风叶式布置，使风叶和注入液体始终有夹角有利 于风叶转动。风叶设计为竖型下面带弯钩，最大可能的利用液体的动能(势能），使之转化为 风叶转动的机械能，可以节约能耗。风叶固定在轴上，通过轴与超重力机相连，供给转子机 械能，使它转动混合加速药剂脱硫。
[0028] 本装置多级多腔旋转填料床采用多腔室、多级填料床，在壳体内中部有一个转轴， 转轴则采用中空轴，连接一级填料床提供进液通道，填料床表面做成多孔表面，是油中的气 体与表面吸附发生反应后，变成液相物离开多孔表面，通过一级液腔和二级液腔的流动一 级单向阀进入二级液腔，在二级液腔中存在使反应进一步加强的二级填料床，初步实现原 油与较高浓度的反应物悬浊液的分离，经过两级旋转填料床的反应作用，剩余的未脱离的 原油与反应物及生成物的悬浊液通过二级单向阀进入三级液腔，在三级液腔中实现原油与 反应生成物与未反应物的悬浊液的最终分离，实现脱硫过程。
[0029] 进液腔进液口实现与油管的连接，并通过单向阀连接(一级液腔内的液体不能倒 流回油管），并且进液口未不对称布置，一级进液口从整体型腔底部左侧进入呈现向左侧型 腔壁倾斜30度的进入方式，并且进入口处有一段螺旋管段，防止流速过快，出现一级旋转填 料床反应程度低的情况，则二级液腔入口处单向阀下部连接一段螺旋管布置与一级液腔与 二级液腔隔板的右侧呈现向右侧型腔壁倾斜30度的进入方式，不对称布置有助于原油中硫 化氢充分与反应物悬浊液的反应，增强最终的反应效率，二级液腔到三级液腔单向阀布置 与二级与三级液腔的左侧呈现向左侧型腔壁倾斜30度的进入方式，此种布置方式有利于增 强原油与反应悬浊液的反应时间，并实现液腔内部的压力自平衡，流体自循环。
[0030] 本装置采用液电混合驱动，在进液腔底部，位于油管接口出口上方，采用叶扇式旋 转动力机组，利用液流自身的压能转化为叶扇的动能，叶扇与旋转填料床的轴相连，在叶扇 的带动下实现超重力机的旋转运动，通过根据实际井口的油压可知在中高产井前期地层能 量充足的情况下可以不需电力补充功率而实现超重力装置以及分离装置的正常工作，在开 采后期井口油压不足的时候采用液电混动驱动，利用无极变矩器实现总功率始终达到最高 值，并且可以使液力不足的功率用电功率补充，从而充分的利用了地层流体的能量，实现能 量的最小损耗，实现海上平台的节能原则。
[0031] 本装置采用药剂是羟基氧化铁与N-甲基二乙醇胺(MDEA)和一种含氮有机物，反应 中羟基氧化铁会和硫化氢反应生成中间物质(FeSSH)，在氧气和一定温度的作用下会产生 反应物质羟基氧化铁，所以根据化学原理可知羟基氧化铁相当于催化剂，除在反应过程中 的损耗，几乎无废液产生减少了海上废液的处理费用，N-甲基二乙醇胺(MDEA)在该装置中 与硫化氢反应生成无毒、绿色、环保的绿色生成物，对于海上生产有很好的优势，而氮的有 机物起到辅助处理硫化氢的作用，使反应的完全程度进一步提高，所以总体可以总结本实 验装置中的反应为一个无毒、无害、绿色、环保、生成的废液量少的特点，使其在海上油田生 产作业中能有很好的效果。
[0032] 本实用新型主风叶用来高速旋转将硫化氢和胺溶液药剂与硫化氢形成对流充分 混合，实现快速脱硫反应并能提高脱硫效率。在高速旋转的主风叶作用下，由于离心力的存 在，反应生成物FeSSH、羟基氧化铁、N-甲基二乙醇胺(MDEA)的密度比油大，可以实现分离作 用。并且在分离隔板上加高压静电并且正极位于分离隔板上，负极位于一级填料床上隔板， 由于羟基氧化铁等物质含有阳离子，在高压静电作用下，油相会浮在生成物之上过分离各 奔到出油口；生产物在下方经药剂出口流出。在两种分离措施的作用下可以很好的将反应 药剂与原油分离。
[0033]风叶采用四注入三风叶式布置，使风叶和注入液体始终有夹角有利于风叶转动。 风叶设计为竖型下面带弯钩，最大可能的利用液体的动能（势能），使之转化为风叶转动的 机械能，可以节约能耗。风叶固定在轴上，通过轴与超重力机相连，供给转子机械能，使它转 动混合加速药剂脱硫。
[0034]由于风叶转速较小，转子转速大，所以他们之间可以通过齿轮机构来达到变速。 [0035]由于液体动能有时候很小不足以带动风叶和转子转动，所以转子上必须有一个电 动机，用于提供转子较高的转速。这里可用变功率电动机，使用接入电阻控制电流大小，进 而达到控制电机功率，使转子达到规定转速。而且接入电阻部分可安装在再生装置处，产生 的热量为再生反应提供反应条件，节约部分电能。
[0036]本实用新型所用的羟基氧化铁具有较大的孔容及比表面积、有较快的净化速度及 较高的硫容、强度大、抗水性好、中性，常温下对硫化氢有很强的亲和力，因而可做脱硫剂。 羟基氧化铁与硫化氢气体接触(脱硫反应)反应生成FeSSH，而且FeSSH在高温加氧条件下可 生成羟基氧化铁(再生反应)和单质硫(反应方程式见下表）。这样羟基氧化铁可循环利用， 而单质硫可分离利用。
[0037] 脱硫反应：
[0038] FeOOH ^ ? F ?SSH r
[0039] 再生反应：
[0040] FeSSH-O,FeOOB OS .:..X
[0041 ]技术特点：
[0042] a、与一般脱硫技术相比脱硫效率较高
[0043] b、脱硫工艺简单
[0044] c、中性脱硫剂，适用范围广
[0045] d、羟基氧化铁可循环利用，一次性投资低
[0046] e、无污染，绿色环保
[0047] f、由于羟基氧化铁属中性和特殊结构，可在高二氧化碳中使用。
[0048] 以上所述实施方式仅为本实用新型的优选实施例，而并非本实用新型可行实施的 穷举。对于本领域一般技术人员而言，在不背离本实用新型原理和精神的前提下对其所作 出的任何显而易见的改动，都应当被认为包含在本实用新型的权利要求保护范围之内。
【主权项】
1. 一种液电混动多级超重力加强自循环脱硫器，其特征在于，其包括壳体（1)，所述壳 体(1)内设置有中空轴(2)，所述中空轴(2)上固设有主风叶(6)、副风叶(5)、一级填料床(3) 和二级填料床(4 )，所述中空轴(2)的空腔(201)形成一级填料床(3)和二级填料床(4)的供 液通道； 所述壳体（1)内通过多个隔板自下而上分隔为进液腔（101)、一级液腔（102)、二级液腔 (103)和三级液腔（104)，所述中空轴(2)贯穿通过所述隔板并与隔板转动配合，所述副风叶 (5)位于所述三级液腔（104)内，所述一级填料床(3)位于所述一级液腔（102)内，所述二级 填料床(4)位于所述二级液腔（103)内，所述主风叶（6)位于所述三级液腔（104)内，所述三 级液腔（104)内且位于所述主风叶(6)上方设置有环形分离隔板(7); 所述壳体（1)的顶部设置有出气口（105)和加药管（107)，所述加药管107与所述壳体1 转动配合，所述加药管107与所述空腔(201)相通，所述壳体（1)的侧部设置有出油口（106)、 加药管（107 )、出药剂口（108)和进液口（109 )，所述进液口（109)与进液腔（101)相通，所述 出油口（106)和出药剂口（108)与所述三级液腔（104)相通，多个所述隔板上分别设置有单 向阀。2. 根据权利要求1所述的一种液电混动多级超重力加强自循环脱硫器，其特征在于，所 述中空轴(2)通过止推轴承(8)安装于所述壳体(1)内。3. 根据权利要求1所述的一种液电混动多级超重力加强自循环脱硫器，其特征在于，所 述一级填料床(3)和二级填料床(4)表面为多孔表面。4. 根据权利要求1所述的一种液电混动多级超重力加强自循环脱硫器，其特征在于，所 述进液腔（101)和一级液腔（102)之间的第一隔板（10)上设有一级单向阀（20)，所述一级单 向阀（20)向左侧倾斜30度方向设置;所述一级液腔（102)和二级液腔（103)之间的第二隔板 (11)上设有二级单向阀（21 )，所述二级单向阀（21)向右侧倾斜30度方向设置，所述二级液 腔（103)和所述三级液腔（104)之间的第三隔板（12)上设置有三级单向阀（22 )，所述三级单 向阀（22)向右侧倾斜30度方向设置。5. 根据权利要求1-4任一项所述的一种液电混动多级超重力加强自循环脱硫器，其特 征在于，所述主风叶(6)和副风叶（5)采用四注入三风叶式布置。6. 根据权利要求4所述的一种液电混动多级超重力加强自循环脱硫器，其特征在于，所 述分离隔板(7)上设置有高压静电正极，所述第三隔板(12)上设置有高压静电负极。
【文档编号】C10G53/02GK205676423SQ201620472231
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年5月23日 公开号201620472231.7, CN 201620472231, CN 205676423 U, CN 205676423U, CN-U-205676423, CN201620472231, CN201620472231.7, CN205676423 U, CN205676423U
【发明人】谭欣剑, 赵志冬, 刘耀阳
【申请人】谭欣剑