[发明专利]一种电场协同介质聚结强化油品脱水的方法及装置

说明书

本发明提供一种电场协同介质聚结强化油品脱水的方法及装置，以电场协同介质聚结强化油包水型(W/O)乳状液深度破乳为核心，处理流程由预处理单元和深度处理单元组成，预处理单元为多介质过滤模块、介质聚结模块的单一或组合，主要针对分散态水滴、粒径5μm乳化水滴以及悬浮物的脱除；深度处理单元为电‑介协同强化破乳模块，该模块将水滴电流体动力学(EHD)迁移运动与介质聚结作用有机耦合，属于多物理场协同的物理法强化破乳技术，集中针对粒径0.1～5μm微小乳化水滴的深度脱除。

技术领域

本发明属于液-液非均相分离技术领域领域，针对高含水、高乳化、含悬浮物的油品，提供一种电场协同介质聚结强化油品脱水的方法及装置，尤其适用于油气开采、石油化工、煤化工等行业生产中产生的含水油品的净化处理。

背景技术

在石油和化学工业中，高效脱除连续油相中分散的水相非常重要。在石油开采过程中极易形成W/O型的原油乳状液，所含的水分会引起设备腐蚀、增加运输成本及加工过程中的催化剂失活等问题。在燃料油中，含水引起发动机敏感部位腐蚀、促进微生物生长及堵塞喷射系统，因此燃料油脱水是保护喷射系统的基本要求，一般对自由水零容忍。

目前在石油开采中，原油脱水广泛采用静电脱水器，一般将含水量10～30％(v/v)的原油脱除至含水量0.1～0.5％(v/v)，此类静电脱水器都采用交流或脉冲电场，主要的水滴-水滴聚结机制为偶极聚结，聚结的前提是需形成水滴链或水滴对，只有相邻水滴间距离足够小时偶极引力才能发挥作用，因此静电脱水器通常仅适用于高含水油品的初步脱水，难以用于油品的深度脱水，且由于电诱导聚结停留时间和沉降时间的要求长，导致静电脱水器体积庞大。

在石油炼制过程中，汽提、分馏等单元操作会导致燃料油中含水，乳化水含量一般不超过几千mg/L，需要脱除自由水以满足燃料油产品指标。聚结滤芯和分离滤芯常被联合使用，用以脱除燃料油中的乳化水滴，由于滤芯致密的过滤层极易堵塞、污染失效，因此滤芯寿命短、更换频繁。此外，如纤维床、颗粒床等常规介质聚结也被用于预脱水处理，由于此类介质床层的孔隙率高，需要的床层厚度大，且由于流体的粘性效应，难以捕获分离5μm以下的水滴。

现有的静电脱水、滤芯、介质聚结等技术都存在各自的缺点和不足，难以满足紧凑、高效深度、长周期的油品脱水处理需求，迫切需要设法强化分离，在此背景下，探索发展电场与介质聚结协同强化的物理法破乳分离新技术具有意义。本专利发明人认为水滴在直流电场中的电流体动力学(EHD)迁移现象可被用来加速乳化水滴，并使其与介质发生碰撞，经研究发现，电场与介质聚结是优势互补的破乳分离技术一方面，电场对水滴的EHD迁移作用，可使水滴脱离粘性绕流的连续油相流体流线而与介质表面发生碰撞，克服微小水滴与介质表面间碰撞效率低的问题；另一方面，处于电场中的聚结介质可为水滴聚结提供广泛的介质位点，介质的拦截、润湿聚结作用可直接捕获并诱导水滴快速聚结，水滴-介质碰撞聚结机制突破了传统静电脱水器中主要依赖水滴链、水滴对中水滴极化偶极聚结的电聚结机制。由于电场的施加促进了水滴-介质的碰撞，可以采用具有大孔隙通道的介质床层替代致密的聚结滤芯，从而避免了堵塞并减少了流动阻力。

经动态破乳分离性能测试，本专利发明人发现电-介协同展现出显著的强化分离效果，在破乳速率、分离深度上都显著优于单独电场或介质聚结的处理效果，且随乳状液乳化程度的加剧其优势更加显著，经粒径分析发现电-介协同可高效分离粒径0.1～5μm的微小乳化水滴，该技术在高乳化油品的脱水处理中极具应用潜力。本发明的核心电-介协同强化破乳模块正是基于上述研究基础提出的，该模块的破乳分离原理和实施装置在国内外油品脱水处理领域属技术创新前沿。本专利发明人前期申请的专利CN201910291842.X、CN201920482634.3、CN201910287441.7公开了一种电场强化纤维模块，但存在填充介质型式及装置单一、纤维介质及模块型式的排水较困难、缺乏分离原理及操作条件及关键参数等系统性阐述、缺乏物料适应性及相关技术匹配考虑等诸多系统性问题。