部分油气水处理工艺简介(第一版)

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1、3 PES聚结填料，聚结式填料聚结法是把聚结过程和重力分离过程结合于一个单元的加速重力分离方法，有效率高、停留时间短、设备简单等优点。聚结法比重力沉降法有更高的脱水效率，且不需要大尺寸的容器设备，和离心法相比，聚结法的运行成本与维护费用都较低。因此聚结法是一种高效率、低成本的油水分离技术，因此得到了广泛的应用。聚结分离的机理是：分散相液滴在重力作用下沉降于聚结介质表面，并发生吸附、润湿、碰撞、聚结等过程，使分散相液滴长大形成大液滴或液膜，在重力和流体流动的作用下，液膜或大液滴从聚结介质表面脱除，从而实现分离。油水分离的聚结填料利用“浅池理论”使油水两相分散体系在流经填料通道的过程中，油滴随着水

2、相流动的同时由于浮力的作用而上浮，当其浮升至上平板下表面后便与板面吸附、聚结，由此产生由轻相所组成的沿平板壁面而向上流动的流动膜，此轻相流动膜流至填料上端就升浮到容器顶部轻相油层之中，从而完成分离过程。聚结填料由多组特殊结构的填料片组成，一系列填料组交错放置，为流体提供了曲折通道和微倾角，缩短了油滴的浮升高度和时间，增大了油滴的碰撞和聚结表面，有利于板上油膜的上浮并且增强了填料的强度和刚度，从而更快完成油水分离，提高整个装置的油水分离效率。聚结的过程可以分为以润湿为主和以碰撞为主两种。而当聚结机理为润湿聚结和碰撞聚结同时作用时，聚结效率可大幅度提高。由于规整填料的结构形式大大地改善了碰撞聚结的

3、运行条件，因此聚结机理都是润湿聚结和碰撞聚结并存，聚结效果都十分理想。8 静电聚结技术目前我国许多油田已经进入原油开采的后期阶段，产出原油含水量高，乳化严重。油田为提高原油采收率而注入地下的化学物质和为了运输原油而添加到原油中的化学药剂使原油乳状液更加稳定。紧凑型静电聚结器是为应对目前这种情况而开发出来的一种新型高效的乳状液聚结设备。静电聚结器破乳的最终目的是充分利用Stokes原理，其公式如下： 可见，沉降速度与液滴直径的平方成正比，这也说明了通过静电聚结增加水滴直径的重要性。电场作用下油包水乳状液中水滴的聚结过程分三步进行：首先是液滴之间的相互靠近，接着是液滴间排液及膜的薄化，最后是膜的破

4、裂并发生液滴聚结。在第一步中，液滴相互接近，被一层连续相的膜分隔开来，在高剪切速率下，膜变薄，其速率与液滴直径的平方成反比。当膜达到一个临界厚度时，任何明显的扰动或非稳定行为都会导致它的破裂。膜变薄常常是优先控制的因素。静电聚结使液滴增大的两个最重要的过程是偶极聚结和运移聚结。偶极聚结是由两个水滴间的介电泳吸引力引起的，是发生分散相聚结所必需的条件。运移聚结即是电泳，由水滴带电引起，水滴最初可以因双电层作用而带电。此种聚结多发生于直流电场中。此外，在交流电场中出现的振荡聚结也是液滴增大的重要途径。静电聚结器效果图如下所示：10 超声破乳防垢技术(1) 超声破乳超声波是物理介质中的一种弹性机械波

5、，和电、磁、光等同样是一种物理能力形式。超声波具有机械振动、空化及热作用。超声波破乳主要是利用机械振动和热作用，这些作用的机理如下： 机械振动作用促使水“粒子”凝聚。油水粒子在机械振动的作用下，产生所谓的“位移效应”，悬浮水“粒子”与原油介质一起振动，由于大小不同的水“粒子”具有不同的相对振动速度，水“粒子”将相互碰撞、粘合，使粒子的体积和重量均增大，最后沉降分离。 机械振动可使原油中的石蜡、胶质、沥青质等天然乳化剂分散均匀，增加其溶解度，降低油水界面膜的机械强度，有利于水相的沉降分离。 热作用降低油水界面膜的强度和原油粘度。一方面，边界摩擦使油水分界处的温度升高，有利于界面膜的破裂；另一方面

6、，原油吸收部分声能转化成的热能，可降低原油的粘度，有利于水“粒子”的油水重力沉降分离。国内外研究表明，超声波破乳是一种设备简单、成本低、适应性广的很有发展前途的新型破乳方法。超声波破乳利用声波作用于性质不同的流体介质产生的位移效应来实现油水分离，由于超声波在油中和水中均具有良好的传导性，所以这种方法适用于各种类型的乳状液。在有效条件下, 超声波破乳的效果可以达到化学破乳的水平, 即脱水率可达到60% 以上。另外，超声波和化学破乳剂相结合联合作用时，由于其扩散效应，能提高破乳剂的作用效率，超声波与化学破乳剂相结合用于乳化油脱水，在常规方法不能奏效的情况下有很好的发展前景。美国BRANSON公司作

7、为全球一流的超声设备生产企业，曾在原油脱水做过大量的研究和实验，并研发了相关工业用超声管道设备，取得了良好的效果。国内现在超声波破乳在工业中应用的实例不多，胜利炼油厂和大港油田有相应的工程实例。12 CFS旋流气浮旋流气浮是将加气浮选与旋流分离相结合，在旋流器中引入气体的新型旋流分离器。分为充气水力旋流器、气浮与常规液-液分离用水力旋流器单体组合、气浮与低强度旋流离心力场组合3种类型。随着边际油田、海洋深水油田的不断开发，对采油废水的处理提出了新挑战，要求相应的处理设备朝高效化、紧凑化、一体化的方向发展。国外近十年来在气浮与低强度旋流离心力场组合应用方面取得了较大进展，出现了一批紧凑型组合处理

8、设备，如Epcon公司的紧凑型气浮装置(CFU)、CETCO公司的CrudeSep、Cyclotech公司的DeepSweep、Opus Maxim公司的紧凑型气浮装置、Monosep公司的Cyclosep、中国石油大学提出的移动式喷射气浮-旋流分离装置等。而CFS旋流气浮，即为国内厂家消化吸收Epcon公司的紧凑型气浮装置(CFU)的基础上开发的设备。含油废水从切向入口进入罐中，经由人口导片，在容器内形成旋流。由于旋转而产生的离心力作用，密度较大的水将向罐壁移动，而油滴和气泡等较轻的成分将被压向罐中间，到达内同心筒壁。油滴和气泡因密度小于周围的水而结合并上升，通过气泡的上升对油滴进行浮选。同

9、时，砂子和其他较重颗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。由气泡吸附的较小油滴逐渐凝聚，结合产生较大的油滴，最终在气浮室中液体的上层形成油或乳状液的连续层，产生的油气堆积物通过分离管道出口连续不断地被清除。处理过的水由入口导片与内筒之间的间隙流至罐底部，经过水平圆板的缓流后，由罐底部的水出口排出。这种单独的CFU处理单元能够将含油废水中的含油质量浓度减少至1520 mgL，而在实际安装中。可以根据特定应用的性能需求来对CFU采取并联或串联的工作方式。并联使用CFU可以将水中的含油质量浓度降低至10 mgL以下。但是，由于技术保密等多方面原因,即使是在该公司相关的外文文献中,也

10、仅仅是有关其优点和现场使用效果等宣传推广性的介绍,涉及到结构设计、运行参数等技术细节等方面的资料非常少,因此,需要对国内外的相关技术进行借鉴和吸收,并争取在此基础上有所创新。CFU脱气浮选组合罐的结构如下图所示：14 管道式分离器T形管（T-junction）一般也称直角三通管，由直管和支管垂直正交构成，常常用作管路分配器出现在流体输送管路系统中。由于这种T形管分离器具有集约、连续、简单、经济、安全等特点，目前国际上一些大型石油、石化企业正在对T形管分离器进行工业化研发，用于海上油气田的油-气、油-水两相的管路输送分离，从而省去搭建大型海上平台，节省大量费用，并提高过程的安全性。气液两相流动是

11、过去40年T形管研究的重点，主要着重于实验研究和模型研究，已经积累了大量的实验数据，也在模型研究方面取得了一定的进展。目前为止对液液两相在T形管处分离的研究报道较少。两相在T形管处流动的研究在国外开展得较早，在气液两相方面研究得也最为充分。虽已对各种影响因素进行了研究，也开展了模型化工作，但由于影响因素复杂，对其机理方面的研究还缺乏一定的手段，因此研究的深度或在理论方面的构建还有待进一步扩展。对于其它两相流体系，研究的深度和广度都远不及气液两相体系，也有待更进一步的研究和开发。近年来，国外也已开展了串接T形管和并列T形管等复合T形管分离器的研究，一方面这能提高单次通过T形管的分离效率，从而扩大

12、T形管的实际应用面；另一方面由于将复合T形管研究与工业自动控制过程连接了起来，为T形管研究走向工业化应用打下了基础。由于两相流动或多相流动在石油、化工、采矿等行业广泛存在，加上T形管结构简单、价格低廉、安装和更换方便、集约、安全等特点，未来的应用前景较为广阔，对两相在T形管处流动的研究将成为新型分离器研究的一个重点。16 GLCC作为一种新型的高效两相分离器，GLCC可代替传统的分离器用于海上采油，在改善分离性能的同时降低了成本。GLCC（Gas-Liquid Cylindrical Cyclone 柱状旋流式气-液分离器）是塔尔萨(Tulsa)大学分离技术研究中心（MSI）经过多年研究、试验

13、、改进的一种高效旋流分离器。分离器原理如图所示，进口由倾角向下的管道沿切线方向与铅垂管道相连，多相流经预分离后进入主分离器。由于旋流作用，在主分离器中，离心力、重力和浮力形成一个倒圆锥型涡流面。密度大的液相沿铅垂管道的管壁流到分离器底部，密度小的气相沿涡旋的中央上升至分离器顶部，最终气相和液相分别从分离器的顶部和底部排出。并通过控制阀调整液位和压力，实现两相充分分离。GLCC分离器的精确设计是保证其整体性能的关键。精确的分离器设计可以确保即使在发生严重段塞流时，气相出口为饱和气，液相出口含气率在1%以内，从而保证液体测量的精度。原理图和外形图如下图所示。17 高精度油水分离器高精度油水分离器适用于含油污水的处理。粗粒化原理就是想办法使水中的油滴直径变大（粗粒化）从而达到油水分离的目的。该设备主要运用粗粒化原理中的润湿聚结方式，使油滴在特殊材料（亲油疏水的改性纤维）的表面快速润湿而聚结长大。其机制就是将水中细小的油滴在材料的表面聚集长大后从材料表面分离上升到水体表面从而实现分离。这种分离方法可以达到很高的精度。解决了常规油水分离器无法解决的问题。 油水分离原理图如下图所示： 9 / 9