一種適用于三相分離的組合方法與裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及適用于三相分離的組合方法與裝置，所述組合方法的操作步驟包括：采用氣液慣性分離分布、旋轉(zhuǎn)流噴射脫氣、重力沉降和組合聚結(jié)技術(shù)的優(yōu)化組合，高效去除液相中夾帶的氣體和Sauter平均直徑大于3μm的液相分散相，凈化后的連續(xù)相中分散相含量低于20ppm，氣體脫除效率達98%?；谠摲椒ǎ景l(fā)明還發(fā)明了一種油脫水脫氣或水脫氣脫油的裝置。本發(fā)明的方法和裝置體積小，分離速度快、效率高，適應(yīng)范圍寬，性能穩(wěn)定，使用壽命長，可廣泛應(yīng)用于能源化工各個過程。
【專利說明】—種適用于三相分離的組合方法與裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是屬于能源化工過程氣液液三相分離【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種油脫水脫氣或者水脫氣除油的方法，具體地說，涉及采用氣液慣性分離分布、旋轉(zhuǎn)流噴射脫氣、重力沉降和組合聚結(jié)技術(shù)的優(yōu)化組合，實現(xiàn)三相的高效、迅速分離，適合于各種工藝包括原油開采提純、污水處理、石油煉制過程的烴類的脫水脫氣、化工過程烴類脫水脫氣等過程。本發(fā)明還涉及一種上述三相分離過程中使用的裝置?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]在石油開采、石油煉制及化工生產(chǎn)過程中，部分液態(tài)水和氣體殘留在油中，嚴(yán)重影響安全，降低產(chǎn)品質(zhì)量，增加加工能耗；或者加工生產(chǎn)后的水中含油且會夾帶部分烴類氣體或者酸性氣，造成了較大的資源流失并帶來環(huán)保問題。例如原油開采中，大多采用注水式開采，原油采出液中會夾帶大量的水以及天然氣等雜質(zhì)，而分離出的水中油會夾帶油及烴類氣體或酸性氣體；潤滑油和液壓系統(tǒng)中含水含氣會導(dǎo)致腐蝕、油氧化、化學(xué)腐蝕、軸承疲勞壽命降低和潤滑性能損失；在加氫工藝中，由于原油中含有水分，出裝置時柴油也會攜帶少量水分，而且會帶有參加反應(yīng)的氫氣，不可避免的遇到油脫水脫氣的過程；在烷基化裝置中，原料中的含水量對反應(yīng)效率有著重要影響，一般要求含水量小于20ppm，乙烯的存在也會增加催化劑的消耗量，因此，急需高效實用的油脫水脫氣或者水脫氣除油的氣液液三相分離器。
[0003]以油中脫氣脫水為例:油中的水一般以游離態(tài)、分散態(tài)、乳化態(tài)和溶解態(tài)的形式存在。游離態(tài)的水是已經(jīng)聚結(jié)的水相，是比較容易分離的水相；分散態(tài)的水由于處于微米級顆粒尺度，一般小于100微米，而且開始出現(xiàn)油包水的情況；乳化態(tài)水是油中存在的水包油或者油包水的狀態(tài)，一般乳化態(tài)的水滴粒徑為3-50微粒。油中的氣體一般以夾帶氣和微氣泡的形態(tài)存在，由于液相表面張力大，增大氣體上浮阻力，微氣泡幾乎很難單純依靠浮力作用而分離。同時，小水滴凝聚在氣泡周圍，在氣泡垂直浮力的作用下，氣泡周圍的水滴很難在油中沉降，氣泡也很難上浮，進一步增加了氣液液分離難度；另外一方面，在該操作壓力下，油中也會存在部分溶解態(tài)的氣體，到下游裝置后會帶來資源流失及其它問題，因此，采用高效的脫氣脫水技術(shù)尤為重要。
[0004]石油化工行業(yè)常見的油水分離技術(shù)有離心法、吸附法、膜分離法、重力沉降法和聚結(jié)法。離心法的適應(yīng)性不強，造價高，處理量小，操作條件要求苛刻，中國專利101397506A公開了一種柴油脫水方法及裝置，主要對加氫裂化工藝的柴油進行旋流分離，將柴油中的水含量降至40mg/kg以下，但是油包水和溶解水等很難得到有效分離，分離出的水中夾帶柴油，造成了資源浪費；吸附過濾和膜分離等精細(xì)方法能夠吸收油中的水分，但是對于從油中除去乳化的或者溶解的水的情況效果有限，另外，它們的處理量不理想，一旦吸收飽和，就必須更換，成本非常高。
[0005]重力分離法是利用油水氣的密度差及相互不溶性，在靜止或者流動條件下實現(xiàn)三相分離，從實用角度看，重力分離過程無需外加運動力，不消耗藥劑，運行維護費用低，是最經(jīng)濟的一種方法。傳統(tǒng)重力沉降罐只能去除游離態(tài)的水和夾帶的氣體，對油中的油包水(分散水)、溶解水和微氣泡難以去除，中國專利CN1204948C公開了一種三相分離器，包括一個水平罐槽，設(shè)置有一個進料口和三相物質(zhì)的單獨出口。還包括一個氣體區(qū)域的初級分離器，一個氣體區(qū)域的斜面回流盤，回流盤下端位于入口斷面附近，兩者之間形成一個通道，降低了液相中的紊流，強化了液液相沉降分離效率。
[0006]聚結(jié)又稱粗?；?，是使夾帶水分的烴類通過裝有聚結(jié)填充物的裝置時，水滴由小變大的過程。中國專利CN101857286A公開了一種折板聚結(jié)除油填料，使用不同表面粗糙度的材料并且開設(shè)了沉泥孔、除油孔和固定孔，增大了聚結(jié)油滴的效果。
[0007]石油化工行業(yè)常見的氣液分離技術(shù)有加熱法、負(fù)壓法、吸附法和重力分離法。加熱法和負(fù)壓法的能耗高，而且難以滿足大處理量的要求。吸附法成本高，難以長周期運行。重力分離難以對微氣泡進行有效分離。中國專利103071318A公開了一種利用旋流或者離心場與壓力梯度場耦合進行液體脫氣的裝置，為液體脫氣提供了新的思路，但是這種裝置不涉及三相分離領(lǐng)域。
[0008]目前在石油加工和化工領(lǐng)域，液氣分離和液液分離通常在不同的設(shè)備中進行，往往都在帶壓容器中進行。多個壓力容器不僅增加了制造成本，而且增大了占地面積，提高了操作難度，而且使用壽命不統(tǒng)一，加大整改難度。既進行液氣分離，又進行液液分離的氣液液三相分離器解決了上述問題，亟待高效的、長周期使用的烴類脫水脫氣三相分離的方法
與裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]為了解決上述能源化工中三相分離的難題，提供一種適用于三相分離的組合方法和該組合方法中使用的裝置。
[0010]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0011]一種適用于三相分離的組合方法，所述組合方法包括如下步驟:
[0012](I)首先采用中國專利申請CN102671502A中的氣液慣性分離與分布技術(shù)對入口處的氣-液-液混合相進行液-氣初步分離；分離后得到的氣體導(dǎo)出設(shè)備，含微量氣體的液相去下個步驟；
[0013](2)采用旋轉(zhuǎn)流噴射脫氣技術(shù)對步驟(I)得到的含微量氣體的液相進行深度脫氣處理；分離后得到的微量氣體出設(shè)備，液相去下個步驟；
[0014](3)采用重力沉降技術(shù)對步驟(2)得到的液相進行液-液兩相的初步分離，即，使所述液相通過整流板，消除紊流；分離后得到的分散相回收，夾帶微量分散相的連續(xù)相液體去下個步驟；
[0015](4)采用組合聚結(jié)技術(shù)對步驟(3)得到的夾帶微量分散相的連續(xù)相液體進行深度分離；將分離的所述微量分散相與步驟(3)得到的分散相混合后一并單獨導(dǎo)出設(shè)備，即得到凈化的連續(xù)相液體；
[0016]所述深度分離的過程如下:
[0017]首先，通過材料的親水疏油或者親油疏水的性質(zhì)使所述微量分散相在折流聚結(jié)板中經(jīng)表面流動碰撞聚結(jié)長大；
[0018]然后，利用設(shè)置的開孔波紋聚結(jié)板實現(xiàn)淺池強化沉降，水滴長大并從所述開孔波紋聚結(jié)板的開孔處分離，波谷油滴從波峰小孔逸出，較大水滴從波谷小孔下沉，較小水滴通過親水性波紋板；所述較小水滴在所述親水性波紋板表面首先潤濕成膜，隨后由于受到重力、水流曳力、材料吸附力而下沉聚結(jié)；其中，親水性波紋板也可用斜板替代；所述較大水滴是粒徑> 30 μ m的水滴，所述較小水滴是粒徑< 30 μ m的水滴；
[0019]最后，液體流經(jīng)納米聚纖維聚結(jié)層，所述聚結(jié)層為水滴的聚結(jié)提供很大的比表面積，液體中的水滴在所述聚結(jié)層表面不斷碰撞聚結(jié)，實現(xiàn)水滴的精細(xì)分離。
[0020]此過程的壓力降是0.005?0.05MPa。該深度分尚過程主要分尚出微量分散相中小于3微米的組分。
[0021]上述通過納米聚纖維聚結(jié)層后分散相殘留量不超過20ppm。
[0022]進一步地，通過控制氣液界面高度和油水界位高度來實現(xiàn)油脫水脫氣三相界面的形成，從而穩(wěn)定整個三相分離系統(tǒng)。
[0023]步驟(I)中在所述入口處設(shè)置慣性分離分布器，利用動量的劇烈變化初步分離氣液兩相，防止分散液相的破碎，此步驟的操作壓力為0.1?50MPa，溫度為-30?580°C，操作壓力降是0.0001?0.008MPa。
[0024]步驟(2)中所述深度脫氣處理是通過旋轉(zhuǎn)流噴射脫氣管進行旋轉(zhuǎn)流閃蒸和文丘里噴射耦合作用實現(xiàn)的，對微氣泡及液體中部分溶解氣體進行精細(xì)分離，此步驟的操作壓力為0.1?50MPa，溫度為-30?580°C，操作壓力降是0.001?0.1MPa0旋轉(zhuǎn)流閃蒸利用旋流場中的壓力梯度場可實現(xiàn)部分溶解氣的脫出，結(jié)合離心場將夾帶或脫出的氣泡進行迅速分離。
[0025]步驟1、2中分離出來的氣體可經(jīng)過絲網(wǎng)除沫器脫除氣體夾帶的液體，主要用于分離直徑大于3?5 μ m的液滴。
[0026]步驟(3)中重力沉降通過設(shè)定容器大小保證停留時間而實現(xiàn)的，氣體經(jīng)重力沉降后出設(shè)備，液液兩相通過重力沉降實現(xiàn)初步分離，此過程可分離出大于15 μ m的分散相液滴。
[0027]上述任一種適用于三相分離的組合方法中使用的三相分離裝置，所述裝置包括外殼和內(nèi)件，按照三相的流向，所述外殼設(shè)有進料口、液體輕相出口、氣包、氣相出口、油包或水包、液體重相出口、液位計和界位計，所述內(nèi)件設(shè)有與所述進料口連接的氣液慣性分離分布器、旋轉(zhuǎn)流噴射脫氣管、折流聚結(jié)板、開孔波紋聚結(jié)板、親水性波紋板、絲網(wǎng)除沫器和納米聚纖維聚結(jié)層。
[0028]所述絲網(wǎng)除沫器安裝在氣包內(nèi)，上述組合方法的步驟1、2中分離出來的氣體須經(jīng)過絲網(wǎng)除沫器脫除氣體夾帶的液體，主要用于分離直徑大于3?5μπι的液滴；所述折流聚結(jié)板安裝氣液界面處。
[0029]所述氣液慣性分離分布器位于液流橫截面的中心部位，其形式可以為開孔管或慣性分布弧形葉片組。
[0030]所述旋轉(zhuǎn)流噴射脫氣管具有一個或多個水平切向進口，在上下頂端分別設(shè)有氣體出口和液體出口，所述液體出口的中心設(shè)有圓錐體，并且，所述液體出口為縮放管形式，對應(yīng)所述液體出口的外部設(shè)置有傘狀布液器。
[0031]所述旋轉(zhuǎn)流噴射脫氣管可以并聯(lián)安裝，滿足處理量要求。
[0032]所述折流聚結(jié)板采用親水疏油或者親油疏水材料，為不銹鋼、聚丙烯、聚四氟乙烯或其它材料。
[0033]所述開孔波紋聚結(jié)板為按一定角度放置的波紋板組，波紋方向與液流方向一致，在波峰和波谷處各開圓孔，所述圓孔的直徑為5?50mm,孔距為5?100mm,波紋板間距為5 ?50mmo
[0034]所述納米聚纖維聚結(jié)層由有機纖維和無機纖維編織而成，可以使用玻璃纖維、聚四氟乙烯纖維、聚丙烯纖維和不銹鋼纖維等，在保證成型強度條件下，編織比例按照處理精度相應(yīng)調(diào)整。
[0035]所述折流聚結(jié)板、開孔波紋聚結(jié)板和納米聚纖維聚結(jié)層采用模塊化方式設(shè)置。
[0036]所述三相分離裝置為臥式氣液液三相分離器或立式氣液液三相分離器；當(dāng)使用所述臥式氣液液三相分離器進行三相分離時，折流聚結(jié)器的多折向結(jié)構(gòu)增加了液滴被捕集的機會，未被除去的液滴在下一個轉(zhuǎn)彎處經(jīng)過相同的作用而被捕集，反復(fù)作用，大大提高了除霧效率。所述折流聚結(jié)器主要安裝在氣液界面處。既可以增加了捕集液滴的幾率，也解決了氣體分離過程和液體流動過程中，在氣液界面上容易產(chǎn)生泡沫，嚴(yán)重影響液位和界位控制的難題。
[0037]臥式氣液液三相分離器的入口難以安裝轉(zhuǎn)流噴射脫氣芯管，因此，對于氣液分離，立式氣液液三相分離器的效果優(yōu)于臥式氣液液三相分離器；立式氣液液三相分離器中混合液體的水平運動距離有限，因此，對于油水分離，臥式氣液液三相分離器優(yōu)于立式氣液液三相分離器。
[0038]有益效果
[0039]本發(fā)明采用氣液慣性分離分布、旋轉(zhuǎn)流噴射脫氣、重力沉降和組合聚結(jié)技術(shù)的優(yōu)化組合后，大大提高了分離效率，降低了操作維護成本、設(shè)備體積，成為石油化工氣液液三相分離【技術(shù)領(lǐng)域】的關(guān)鍵突破。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0040]圖1是實施例的三相分離處理流程圖；
[0041]圖2是實施例1的旋轉(zhuǎn)流噴射脫氣管的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0042]圖3是實施例1的臥式氣液液三相分離器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0043]圖4是實施例2的立式氣液液三相分離器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0044]符號說明
[0045]I切向進口 ；2圓錐體；3縮放式液體出口 ；4傘狀布液器；5氣體出口 ；
[0046]11,21慣性分離分布器；12整流板；13、23開孔波紋聚結(jié)板；
[0047]14,24親水性波紋聚結(jié)板；15折流除沫器；16、26絲網(wǎng)除沫器；
[0048]17,25纖維聚結(jié)層；18、28液位計；19、27界位計；22旋轉(zhuǎn)流噴射脫氣管。
【具體實施方式】
[0049]下面將結(jié)合實施例進一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但這些實施例并不限制本發(fā)明的保護范圍。
[0050]實施例1
[0051]某石化加氫裝置中的冷低壓分離過程采用該技術(shù)，其三相分離處理流程圖如圖1所示，三相分離裝置的操作參數(shù)如下表I所示:
[0052]表I
【權(quán)利要求】
1.一種適用于三相分離的組合方法，其特征在于，所述組合方法包括如下步驟: (O首先采用中國專利申請CN102671502A中的氣液慣性分離與分布技術(shù)對入口處的氣-液-液混合相進行液-氣初步分離；分離后得到的氣體導(dǎo)出設(shè)備，含微量氣體的液相去下個步驟； (2)采用旋轉(zhuǎn)流噴射脫氣技術(shù)對步驟(1)得到的含微量氣體的液相進行深度脫氣處理；分離后得到的微量氣體出設(shè)備，液相去下個步驟； (3)采用重力沉降技術(shù)對步驟(2)得到的液相進行液-液兩相的初步分離，即，使所述液相通過整流板，消除紊流；分離后得到的分散相回收，夾帶微量分散相的連續(xù)相液體去下個步驟； (4)采用組合聚結(jié)技術(shù)對步驟(3)得到的夾帶微量分散相的連續(xù)相液體進行深度分離；將分離的所述微量分散相與步驟(3)得到的分散相混合后一并單獨導(dǎo)出設(shè)備，即得到凈化的連續(xù)相液體； 步驟(4)所述深度分離的過程如下: 首先，通過材料的親水疏油或者親油疏水的性質(zhì)使所述微量分散相在折流聚結(jié)板中經(jīng)表面流動碰撞聚結(jié)長大； 然后，利用設(shè)置的開孔波紋聚 結(jié)板實現(xiàn)淺池強化沉降，水滴長大并從所述開孔波紋聚結(jié)板的開孔處分離，波谷油滴從波峰小孔逸出，較大水滴從波谷小孔下沉，較小水滴通過親水性波紋板；所述較小水滴在所述親水性波紋板表面首先潤濕成膜，隨后由于受到重力、水流曳力、材料吸附力而下沉聚結(jié)；其中，親水性波紋板也可用斜板替代；所述較大水滴是粒徑> 30 μ m的水滴，所述較小水滴是粒徑< 30 μ m的水滴； 最后，液體流經(jīng)納米聚纖維聚結(jié)層，所述聚結(jié)層為水滴的聚結(jié)提供很大的比表面積，液體中的水滴在所述聚結(jié)層表面不斷碰撞聚結(jié)，實現(xiàn)水滴的精細(xì)分離； 所述深度分離的過程中壓力降是0.005~0.05MPa。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述組合方法，其特征在于，進一步地，通過控制氣液界面高度和油水界位的高度來實現(xiàn)油脫水脫氣三相界面的形成，從而穩(wěn)定整個三相分離系統(tǒng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述組合方法，其特征在于，在步驟(4)中通過納米聚纖維聚結(jié)層后分散相殘留量不超過20ppm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述組合方法，其特征在于，步驟(1)中在所述入口處設(shè)置慣性分離分布器，利用動量的劇烈變化初步分離氣液兩相；此步驟的操作壓力為0.1~50MPa，溫度為-30~580°C，操作壓力降是0.0001~0.008MPa。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述組合方法，其特征在于，步驟(2)中所述深度脫氣處理是通過旋轉(zhuǎn)流噴射脫氣管進行旋轉(zhuǎn)流閃蒸和文丘里噴射耦合作用實現(xiàn)的；此步驟的操作壓力為0.1~50MPa，溫度為-30~580°C，操作壓力降是0.001~0.1MPa0
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述組合方法，其特征在于，步驟(1)和步驟(2)中分離出來的氣體經(jīng)過絲網(wǎng)除沫器脫除氣體夾帶的直徑大于3~5 μ m的液滴。
7.權(quán)利要求1至6中任一適用于三相分離的組合方法中使用的三相分離裝置，器特征在于，所述裝置包括外殼和內(nèi)件，按照三相的流向，所述外殼設(shè)有進料口、液體輕相出口、氣包、氣相出口、油包或水包、液體重相出口、液位計和界位計，所述內(nèi)件設(shè)有氣液慣性分離分布器、旋轉(zhuǎn)流噴射脫氣管、折流聚結(jié)板、開孔波紋聚結(jié)板、親水性波紋板、絲網(wǎng)除沫器和納米聚纖維聚結(jié)層；所述氣液慣性分離分布器與所述進料口相連，所述絲網(wǎng)除沫器安裝在所述氣包內(nèi)；所述折流聚結(jié)板安裝在氣液界面處。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的三相分離裝置，其特征在于，所述氣液慣性分離分布器位于液流橫截面的中心部位，其形式為開孔管或慣性分布弧形葉片組。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的三相分離裝置，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)流噴射脫氣管具有一個或多個水平切向進口，在上下頂端分別設(shè)有氣體出口和液體出口，所述液體出口的中心設(shè)有圓錐體，并且，所述液體出口為縮放管形式，對應(yīng)所述液體出口的外部設(shè)置有傘狀布液器。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的三相分離裝置，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)流噴射脫氣管為并聯(lián)安裝。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的三相分離裝置，其特征在于，所述折流聚結(jié)板采用親水疏油或者親油疏水材料。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的三相分離裝置，其特征在于，所述開孔波紋聚結(jié)板為按一定角度放置的波紋板組，波紋方向與液流方向一致，在波峰和波谷處各開圓孔，所述圓孔的直徑為5~50mm,孔距為5~100mm,波紋板間距為5~50_。
13.根據(jù)權(quán)利要求7所述的三相分離裝置，其特征在于，所述納米聚纖維聚結(jié)層由有機纖維和無機纖維編織而成。
14.根據(jù)權(quán)利要求7所述的三相分離裝置，其特征在于，所述折流聚結(jié)板、開孔波紋聚結(jié)板和納米聚纖維聚結(jié)層采用模塊化方式設(shè)置。`
15.根據(jù)權(quán)利要求7所述的三相分離裝置，其特征在于，所述三相分離裝置為臥式氣液液三相分離器或立式氣液液三相分離器。
【文檔編號】B01D19/00GK103861329SQ201410127115
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2014年3月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月31日
【發(fā)明者】楊強, 許蕭, 王朝陽, 盧浩 申請人:華東理工大學(xué)