部分油氣水處理工藝簡(jiǎn)介(第1版)

1、3 PES聚結(jié)填料，聚結(jié)式填料聚結(jié)法是把聚結(jié)過程和重力分離過程結(jié)合于一個(gè)單元的加速重力分離方法，有效率 高、停留時(shí)間短、設(shè)備簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。聚結(jié)法比重力沉降法有更高的脫水效率，且不需要 大尺寸的容器設(shè)備，和離心法相比，聚結(jié)法的運(yùn)行成本與維護(hù)費(fèi)用都較低。因此聚結(jié)法 是一種高效率、低成本的油水分離技術(shù)，因此得到了廣泛的應(yīng)用。聚結(jié)分離的機(jī)理是：分散相液滴在重力作用下沉降于聚結(jié)介質(zhì)表面，并發(fā)生吸附、潤(rùn)濕、碰撞、聚結(jié)等過程，使分散相液滴長(zhǎng)大形成大液滴或液膜，在重力和流體流動(dòng)的 作用下，液膜或大液滴從聚結(jié)介質(zhì)表面脫除，從而實(shí)現(xiàn)分離。油水分離的聚結(jié)填料利用“淺池理論”使油水兩相分散體系在流經(jīng)填料通道的過程 中，

2、油滴隨著水相流動(dòng)的同時(shí)由于浮力的作用而上浮，當(dāng)其浮升至上平板下表面后便與 板面吸附、聚結(jié)，由此產(chǎn)生由輕相所組成的沿平板壁面而向上流動(dòng)的流動(dòng)膜，此輕相流 動(dòng)膜流至填料上端就開浮到容器頂部輕相油層之中，從而完成分離過程。聚結(jié)填料由多組特殊結(jié)構(gòu)的填料片組成，一系列填料組交錯(cuò)放置，為流體提供了曲 折通道和微傾角，縮短了油滴的浮升高度和時(shí)間，增大了油滴的碰撞和聚結(jié)表面，有利 于板上油膜的上浮并且增強(qiáng)了填料的強(qiáng)度和剛度，從而更快完成油水分離，提高整個(gè) 裝置的油水分離效率。聚結(jié)的過程可以分為以潤(rùn)濕為主和以碰撞為主兩種。而當(dāng)聚結(jié)機(jī)理為潤(rùn)濕聚結(jié)和碰撞聚結(jié)同時(shí)作用時(shí)，聚結(jié)效率可大幅度提 高。由于規(guī)整填料的結(jié)構(gòu)形式

3、大大地改善了碰撞聚結(jié)的運(yùn)行條件，因此聚結(jié)機(jī)理都是潤(rùn) 濕聚結(jié)和碰撞聚結(jié)并存，聚結(jié)效果都十分理想8 靜電聚結(jié)技術(shù)目 前我國(guó)許多油田已經(jīng)進(jìn)入原油開采的后期階段，產(chǎn)出原油含水量高，乳化嚴(yán)重。油田為提高原油采收率而注入地下的化學(xué)物質(zhì)和為了運(yùn)輸原油而添加到原油中的化學(xué)藥劑使原油乳狀液更加穩(wěn)定。 緊湊型靜電聚結(jié)器是為應(yīng)對(duì)目前這種情況而開發(fā)出來(lái)的一種新型高效的乳狀液聚結(jié)設(shè)備。靜電聚結(jié)器破乳的最終目的是充分利用 Stokes 原理，其公式如下：可見，沉降速度與液滴直徑的平方成正比，這也說(shuō)明了通過靜電聚結(jié)增加水滴直徑的重要性。電場(chǎng)作用下油包水乳狀液中水滴的聚結(jié)過程分三步進(jìn)行：首先是液滴之間的相互靠近，接著是液滴間

4、排液及膜的薄化，最后是膜的破裂并發(fā)生液滴聚結(jié)。在第一步中，液滴相互接近，被一層連續(xù)相的膜分隔開來(lái)，在高剪切速率下，膜變薄，其速率與液滴直徑的平方成反比。當(dāng)膜達(dá)到一個(gè)臨界厚度時(shí)，任何明顯的擾動(dòng)或非穩(wěn)定行為都會(huì)導(dǎo)致它的破裂。膜變薄常常是優(yōu)先控制的因素。靜電聚結(jié)使液滴增大的兩個(gè)最重要的過程是偶極聚結(jié)和運(yùn)移聚結(jié)。偶極聚結(jié)是由兩個(gè)水滴間的介電泳吸引力引起的，是發(fā)生分散相聚結(jié)所必需的條件。運(yùn)移聚結(jié)即是電泳，由水滴帶電引起，水滴最初可以因雙電層作用而帶電。此種聚結(jié)多發(fā)生于直流電場(chǎng)中。此外，在交流電場(chǎng)中出現(xiàn)的振蕩聚結(jié)也是液滴增大的重要途徑。靜電聚結(jié)器效果圖如下所示：10 超聲破乳防垢技術(shù)(1) 超聲破乳超聲波

5、是物理介質(zhì)中的一種彈性機(jī)械波， 和電、 磁、 光等同樣是一種物理能力形式。超聲波具有機(jī)械振動(dòng)、空化及熱作用。超聲波破乳主要是利用機(jī)械振動(dòng)和熱作用，這些作用的機(jī)理如下：? 機(jī)械振動(dòng)作用促使水“粒子”凝聚。油水粒子在機(jī)械振動(dòng)的作用下，產(chǎn)生所謂的“位移效應(yīng)”，懸浮水“粒子”與原油介質(zhì)一起振動(dòng)，由于大小不同的水“粒子”具有不同的相對(duì)振動(dòng)速度，水“粒子”將相互碰撞、粘合，使粒子的體積和重量均增大，最后沉降分離。? 機(jī)械振動(dòng)可使原油中的石蠟、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)等天然乳化劑分散均勻，增加其溶解度，降低油水界面膜的機(jī)械強(qiáng)度，有利于水相的沉降分離。? 熱作用降低油水界面膜的強(qiáng)度和原油粘度。一方面，邊界摩擦使油水分界處

6、的溫度升高，有利于界面膜的破裂；另一方面，原油吸收部分聲能轉(zhuǎn)化成的熱能，可降低原油的粘度，有利于水“粒子”的油水重力沉降分離。國(guó)內(nèi)外研究表明，超聲波破乳是一種設(shè)備簡(jiǎn)單、成本低、適應(yīng)性廣的很有發(fā)展前途的新型破乳方法。 超聲波破乳利用聲波作用于性質(zhì)不同的流體介質(zhì)產(chǎn)生的位移效應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)油水分離，由于超聲波在油中和水中均具有良好的傳導(dǎo)性，所以這種方法適用于各種類型的乳狀液。在有效條件下 , 超聲波破乳的效果可以達(dá)到化學(xué)破乳的水平, 即脫水率可達(dá)到 60% 以上。另外，超聲波和化學(xué)破乳劑相結(jié)合聯(lián)合作用時(shí)，由于其擴(kuò)散效應(yīng)，能提高破乳劑的作用效率，超聲波與化學(xué)破乳劑相結(jié)合用于乳化油脫水，在常規(guī)方法不能奏效的情

7、況下有很好的發(fā)展前景。美國(guó) BRANSON 公司作為全球一流的超聲設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)， 曾在原油脫水做過大量的研究和實(shí)驗(yàn)，并研發(fā)了相關(guān)工業(yè)用超聲管道設(shè)備，取得了良好的效果。國(guó)內(nèi)現(xiàn)在超聲波破乳在工業(yè)中應(yīng)用的實(shí)例不多，勝利煉油廠和大港油田有相應(yīng)的工程實(shí)例。12 CFS 旋流氣浮旋流氣浮是將加氣浮選與旋流分離相結(jié)合，在旋流器中引入氣體的新型旋流分離器。分為充氣水力旋流器、氣浮與常規(guī)液-液分離用水力旋流器單體組合、氣浮與低強(qiáng)度旋流離心力場(chǎng)組合3種類型。隨著邊際油田、海洋深水油田的不斷開發(fā)，對(duì)采油廢水的處理提出了新挑戰(zhàn)，要求相應(yīng)的處理設(shè)備朝高效化、緊湊化、一體化的方向發(fā)展。國(guó)外近十年來(lái)在氣浮與低強(qiáng)度旋流離心力

8、場(chǎng)組合應(yīng)用方面取得了較大進(jìn)展，出現(xiàn)了一批緊湊型組合處理設(shè)備，如Epcon公司的緊湊型氣浮裝置（CFU）、CETCO公司的CrudeSep、Cyclotech公司的 DeepSweep 、 Opus Maxim 公司的緊湊型氣浮裝置、 Monosep 公司的Cyclosep 、中國(guó)石油大學(xué)提出的移動(dòng)式噴射氣浮-旋流分離裝置等。而CFS旋流氣浮，即為國(guó)內(nèi)廠家消化吸收Epcon公司的緊湊型氣浮裝置（CFU）的基礎(chǔ)上開發(fā)的設(shè)備。含油廢水從切向入口進(jìn)入罐中，經(jīng)由人口導(dǎo)片，在容器內(nèi)形成旋流。由于旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的離心力作用，密度較大的水將向罐壁移動(dòng)，而油滴和氣泡等較輕的成分將被壓向罐中間，到達(dá)內(nèi)同心筒壁。油滴和

9、氣泡因密度小于周圍的水而結(jié)合并上升，通過氣泡的上升對(duì)油滴進(jìn)行浮選。同時(shí)，砂子和其他較重顆粒沿罐壁向罐底下沉，以油泥的形式由罐底部的油泥出口排出。由氣泡吸附的較小油滴逐漸凝聚，結(jié)合產(chǎn)生較大的油滴，最終在氣浮室中液體的上層形成油或乳狀液的連續(xù)層，產(chǎn)生的油氣堆積物通過分離管道出口連續(xù)不斷地被清除。處理過的水由入口導(dǎo)片與內(nèi)筒之間的間隙流至罐底部， 經(jīng)過水平圓板的緩流后， 由罐底部的水出口排出。這種單獨(dú)的CFU處理單元能夠?qū)⒑蛷U水中的含油質(zhì)量濃度減少至1520 mg /L,而在實(shí)際安裝中?？梢愿鶕?jù)特定應(yīng)用的性能需求來(lái)對(duì)CFU采取并聯(lián)或串聯(lián)的工作方式。并聯(lián)使用CFU可以將水中的含油質(zhì)量濃度降低至10 m

10、g /L以下。但是， 由于技術(shù)保密等多方面原因,即使是在該公司相關(guān)的外文文獻(xiàn)中,也僅僅是有關(guān)其優(yōu)點(diǎn)和現(xiàn)場(chǎng)使用效果等宣傳推廣性的介紹 ,涉及到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、 運(yùn)行參數(shù)等技術(shù)細(xì)節(jié)等方面的資料非常少, 因此 ,需要對(duì)國(guó)內(nèi)外的相關(guān)技術(shù)進(jìn)行借鑒和吸收,并爭(zhēng)取在此基礎(chǔ)上有所創(chuàng)新。CFU脫氣浮選組合罐的結(jié)構(gòu)如下圖所示：14 管道式分離器T 形管( T-junction )一般也稱直角三通管，由直管和支管垂直正交構(gòu)成，常常用作管路分配器出現(xiàn)在流體輸送管路系統(tǒng)中。由于這種 T 形管分離器具有集約、連續(xù)、簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、安全等特點(diǎn)，目前國(guó)際上一些大型石油、石化企業(yè)正在對(duì)T 形管分離器進(jìn)行工業(yè)化研發(fā)，用于海上油氣田的油 -

11、氣、油 -水兩相的管路輸送分離，從而省去搭建大型海上平臺(tái)，節(jié)省大量費(fèi)用，并提高過程的安全性。氣液兩相流動(dòng)是過去40 年 T 形管研究的重點(diǎn)，主要著重于實(shí)驗(yàn)研究和模型研究，已經(jīng)積累了大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，也在模型研究方面取得了一定的進(jìn)展。目前為止對(duì)液液兩相在T 形管處分離的研究報(bào)道較少。兩相在 T 形管處流動(dòng)的研究在國(guó)外開展得較早， 在氣液兩相方面研究得也最為充分。雖已對(duì)各種影響因素進(jìn)行了研究，也開展了模型化工作，但由于影響因素復(fù)雜，對(duì)其機(jī)理方面的研究還缺乏一定的手段， 因此研究的深度或在理論方面的構(gòu)建還有待進(jìn)一步擴(kuò)展。對(duì)于其它兩相流體系，研究的深度和廣度都遠(yuǎn)不及氣液兩相體系，也有待更進(jìn)一步的研究和開

12、發(fā)。近年來(lái)，國(guó)外也已開展了串接T 形管和并列 T 形管等復(fù)合T 形管分離器的研究，一方面這能提高單次通過T 形管的分離效率， 從而擴(kuò)大 T 形管的實(shí)際應(yīng)用面； 另一方面由于將復(fù)合 T 形管研究與工業(yè)自動(dòng)控制過程連接了起來(lái)， 為 T 形管研究走向工業(yè)化應(yīng)用打下了基礎(chǔ)。由于兩相流動(dòng)或多相流動(dòng)在石油、化工、采礦等行業(yè)廣泛存在，加上T 形管結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、安裝和更換方便、集約、安全等特點(diǎn)，未來(lái)的應(yīng)用前景較為廣闊，對(duì)兩相在 T 形管處流動(dòng)的研究將成為新型分離器研究的一個(gè)重點(diǎn)。GLCC作為一種新型的高效兩相分離器，GLCC可代替?zhèn)鹘y(tǒng)的分離器用于海上采油，在改善分離性能的同時(shí)降低了成本。 GLCC（ G

13、as-Liquid Cylindrical Cyclone 柱狀旋流式氣-液分離器）是塔爾薩（Tulsa）大學(xué)分離技術(shù)研究中心（MSI）經(jīng)過多年研究、試驗(yàn)、改進(jìn)的一種高效旋流分離器。分離器原理如圖所示，進(jìn)口由傾角向下的管道沿切線方向與鉛垂管道相連，多相流經(jīng)預(yù)分離后進(jìn)入主分離器。由于旋流作用，在主分離器中，離心力、重力和浮力形成一個(gè)倒圓錐型渦流面。密度大的液相沿鉛垂管道的管壁流到分離器底部，密度小的氣相沿渦旋的中央上升至分離器頂部，最終氣相和液相分別從分離器的頂部和底部排出。并通過控制閥調(diào)整液位和壓力，實(shí)現(xiàn)兩相充分分離。GLCC 分離器的精確設(shè)計(jì)是保證其整體性能的關(guān)鍵。精確的分離器設(shè)計(jì)可以確保即使在發(fā)生嚴(yán)重段塞流時(shí)，氣相出口為飽和氣，液相出口含氣率在1% 以內(nèi)，從而保證液體測(cè)量的精度。原理圖和外形圖如下圖所示。高精度油水