專利名稱：順流和逆流超聲波聯(lián)合作用使油水乳化物破乳的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種油水乳化物破乳的方法及裝置。
背景技術(shù)：
原油在油田開采過程中，通過注入大量的水和表面活性劑或機械作用，形成油和水的乳化結(jié)構(gòu)。從地下采出的原油有時含水高達90％以上，把油和水分離的過程關(guān)鍵是使油水乳化物結(jié)構(gòu)破乳。首先，油田采出的原油要經(jīng)過沉降脫水工序，脫水效果好壞的關(guān)鍵是使油水乳化物破乳。其次，油田輸送的原油至煉油廠有含鹽量的指標要求，需要再次注入新鮮水進行一至三級的注水-洗鹽-電場脫水-脫鹽的電脫鹽過程，使油水乳化物結(jié)構(gòu)破乳。
原油在加工過程中，從油田輸送來的原油本身含有水，這種水一般在原油中以乳化方式存在，除此以外，原油進入煉廠第一道加工工序就是一至三級的注水-洗鹽-電場脫水-脫鹽的電脫鹽過程中再次形成新的乳化結(jié)構(gòu)，要達到較好的脫鹽效果，破壞這兩種類型的油水乳化結(jié)構(gòu)也是該工藝過程的技術(shù)關(guān)鍵。另外，在煉油廠，從原油罐底沉降下來的罐底污油的回收原油過程中需要破乳脫水，從原油電脫鹽脫除的含鹽污水的回收原油過程中需要破乳脫水，汽油、煤油及柴油的電精制過程中也需要破乳脫水，潤滑油脫氮電精制過程中也需要破乳脫水。
目前國內(nèi)外的油水破乳脫水的方法主要有加熱、加高壓電場、加破乳劑及它們的復(fù)合作用，但隨著原油品質(zhì)變差，這些方法處理復(fù)雜的乳化穩(wěn)定的油水乳化物的效果，已經(jīng)無法滿足生產(chǎn)方法的需要。超聲波作為一種能量，能夠在可流動的油水中傳播，并且對油和鹽水兩種不同的介質(zhì)產(chǎn)生相對位移作用，因此，出現(xiàn)了超聲波輔助其他脫鹽和脫水過程的方法，用于滿足生產(chǎn)的需要。
對于超聲波作用使油水破乳的技術(shù)，1998年11月4日公開的公告號為CN2296230Y實用新型專利，超聲波探頭安裝方向與作用區(qū)軸線方向垂直，使得超聲波作用的方向與油水的流動方向垂直，油水在超聲波作用區(qū)的停留時間短，超聲波因為圓管的內(nèi)弧面的超聲波的反射波的聚焦容易產(chǎn)生局部過大的聲強，使得超聲波作用區(qū)超聲波強度不均勻，反而容易引起油水的乳化。1999年申請的美國發(fā)明專利U.S.P5,885,424超聲波作用區(qū)結(jié)構(gòu)。超聲波探頭安裝在一個扁平的矩形盒子上。矩形區(qū)域，是超聲波作用區(qū)，探頭安裝在上外表面或下外表面。這種結(jié)構(gòu)通過矩形盒子的外表面，適當(dāng)增大了超聲波的作用面積，使超聲波的作用時間有所延長，但缺點仍然是超聲波作用方向與油水流動方向垂直，超聲波作用時間比較短，作用效果不明顯，沒有工業(yè)應(yīng)用價值。到目前為止，還沒有應(yīng)用到工業(yè)連續(xù)生產(chǎn)工藝上的成功技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有超聲波油水破乳的方法及設(shè)備，提出一種順流和逆流超聲波聯(lián)合作用使油水乳化物破乳的方法及裝置，解決超聲波作用容易聚焦而不均勻、作用區(qū)域面積小或作用方向垂直而時間短的問題，增強超聲波作用油水破乳的效果，實現(xiàn)超聲波作用油水破乳的工業(yè)應(yīng)用。
本發(fā)明順流和逆流超聲波聯(lián)合作用使油水乳化物破乳的方法，其特征在于在油水的流動方向上設(shè)置至少一個超聲波作用區(qū)，超聲波作用區(qū)的中軸線方向與油水流經(jīng)超聲波作用區(qū)的流動方向一致，該超聲波作用區(qū)產(chǎn)生與油水流動方向同向的順流超聲波和反向的逆流超聲波，順流超聲波和逆流超聲波同時作用于流經(jīng)該作用區(qū)的油水。
本發(fā)明由順流超聲波和逆流超聲波聯(lián)合作用于油水，延長了油水乳化物超聲波作用的時間，最終使油水乳化物充分破乳。
超聲波作用區(qū)的超聲波最好以均勻的聲強傳播，逆流超聲波的聲強不小于順流超聲波的聲強。逆流超聲波的聲強不大于0.8W/cm2，優(yōu)選不大于0.5W/cm2。
超聲波作用區(qū)兩端分別安裝一個超聲波探頭，分別產(chǎn)生與油水流動方向同向的順流超聲波和反向的逆流超聲波。兩個超聲波探頭的間距，也即超聲波作用區(qū)的長度，選擇越長對油水破乳有利，一般選擇大于0.5m。在超聲波輻射的方向上，超聲波作用區(qū)的反射面不能設(shè)置曲面結(jié)構(gòu)，以防止產(chǎn)生超聲波的聚焦和疊加，防止導(dǎo)致油水乳化，超聲波作用區(qū)設(shè)置為管道式結(jié)構(gòu)并且與油水流動方向一致，則是較好的實施方案。
實現(xiàn)上述方法的破乳裝置，超聲波作用區(qū)為管道式結(jié)構(gòu)并與油水管線相連接，超聲波作用區(qū)管道的兩端各安裝一個超聲波探頭，分別產(chǎn)生與油水流動方向同向的順流超聲波和反向的逆流超聲波，超聲波探頭與超聲波發(fā)生器通過超聲波功率線相連。超聲波作用區(qū)為管道式結(jié)構(gòu)，管道可以是直管，也可以是變徑管，優(yōu)選變徑管，該變徑管既可以是兩端直徑大，中間直徑小，也可以是兩端直徑小，中間直徑大，也可以是一端直徑大，一端直徑小等各種形式。管道的截面也可以是各種形狀，如圓形、方形等。管道式超聲波作用區(qū)與油水管線連接，可以焊接或法蘭連接等多種連接方式。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的方法提供一種能夠產(chǎn)生均勻聲強的超聲波作用區(qū)，該超聲波作用區(qū)能夠延長超聲波作用時間。超聲波作用區(qū)的軸線方向與油水的流動方向一致，超聲波向管道的遠端傳播，不產(chǎn)生疊加和聚焦，延長了超聲波的作用時間，產(chǎn)生均勻聲強的超聲波，破壞油水乳化結(jié)構(gòu)，提高了脫水效果。經(jīng)工業(yè)試驗表明，與單純的電脫鹽方法相比，通過這種油水超聲波-電脫鹽的方法，油水脫后含鹽可由5-10mg/l降低到1-4mg/l。脫后原油含水由原來的0.4-0.8％降低到0.1-0.4％。用本發(fā)明的方法和裝置處理高含水污油或高含水原油，排水含油可降低約50％以上。
本發(fā)明可用于煉廠原油加工過程中，即原油電脫鹽脫水工藝中、汽油電精制脫水工藝中、煤油電精制脫水工藝中、柴油電精制脫水工藝中、潤滑油脫氮電精制脫水工藝中、電脫鹽含鹽污水含油的回收脫水工藝中、原油罐底污油的原油回收脫水工藝中，本發(fā)明也可用于油田原油開采中含水原油的沉降脫水工藝、油田原油電脫鹽脫水工藝。


圖1是本發(fā)明的工藝流程示意圖。
圖2是本發(fā)明的原油超聲波破乳-電脫鹽脫水工藝流程圖。
圖3是本發(fā)明高含水原油或高含水污油污油超聲波破乳-沉降脫水工藝流程圖。
圖4是本發(fā)明餾分油超聲波破乳-電精制脫水工藝流程圖。
具體實施例方式
實施例1圖1所示，超聲波發(fā)生器1通過超聲波探頭2發(fā)生與油水流動同向的順流超聲波3，超聲波探頭4發(fā)生與油水流動反向的逆流超聲波5，圖中箭頭表示油水的流動方向，經(jīng)過逆流和順流超聲波聯(lián)合作用下，由管道中輸入的通過超聲波作用區(qū)6的油水乳化物7，油水中乳化的含水結(jié)構(gòu)破乳，破乳后的油水混合物去電場作用下脫水后沉降分離或沉降分離。
圖1中，超聲波發(fā)生器1供給超聲波探頭功率能量。
圖1中，超聲波探頭2、4的安裝方向要求產(chǎn)生的超聲波方向3、5與油水7的流動方向一致，油水7的流動方向與超聲波作用區(qū)6管道的中軸線方向一致。
分別與油水方向順流和逆流的超聲波，相互聯(lián)合對油水乳化物作用。因超聲波作用區(qū)為管道式結(jié)構(gòu)，因而在超聲波輻射的方向上，超聲波作用區(qū)的反射面無曲面結(jié)構(gòu)，防止了產(chǎn)生超聲波的聚焦和疊加，防止導(dǎo)致油水乳化。這樣一個超聲波作用區(qū)，能夠在油水流動的管道中，產(chǎn)生長時間作用的均勻聲強的超聲波，達到較好的脫鹽脫水效果。
超聲波的聲強可選擇一般不大于0.8W/cm2，優(yōu)選不大于0.5W/cm2，逆流超聲波的聲強選擇一般不小于順流超聲波的聲強，這樣有利于油水破乳，反之可能造成油水乳化，不利于油水的脫鹽脫水。
一般情況下，超聲波的頻率選擇對油水脫鹽脫水的效果影響不大，頻率較高，超聲波容易衰減。因此一般采用0.1-50Khz的超聲波比較適宜。根據(jù)不同的生產(chǎn)情況，為了延長流動狀態(tài)下的原油的超聲波作用時間，可以設(shè)置兩個以上的超聲波作用區(qū)串聯(lián)或并聯(lián)，用來滿足不同的含水含鹽的生產(chǎn)要求。
實施例2，順流和逆流聯(lián)合作用的實施效果與單順流、單逆流實施效果比較以圖2原油超聲波-電脫鹽的技術(shù)方案為例，關(guān)閉逆流或順流可以進行單方向超聲波作用試驗。與單逆流或單順流的技術(shù)方案相比，順流和逆流聯(lián)合作用能夠較好地使油水乳化物破乳，能夠較好地降低原油脫后含鹽，能夠較好地降低脫后油水乳化物含水，而且能夠較好地降低脫后污水中含油。
(1)頻率20Khz，順流-逆流聯(lián)合、單逆流、單順流超聲波-電脫鹽裝置脫鹽效果的比較。
聲強順流-逆流聯(lián)合 單逆流 單順流0.5W/cm21.2mg/l3.5mg/l4.5mg/l0.4W/cm21.5mg/l4.0mg/l5.0mg/l0.3W/cm22.1mg/l4.4mg/l5.1mg/l0.2W/cm22.8mg/l4.7mg/l5.6mg/l0.1W/cm23.1mg/l5.6mg/l6.2mg/l
不施加超聲波作用時，原油電脫鹽脫后含鹽約8mg/l。
在同一超聲波聲強下試驗，實施順流和逆流聯(lián)合作用的本發(fā)明的方法及其裝置，與單逆流或單順流相比，原油電脫鹽脫后含鹽降低約50％。順流和逆流超聲波聯(lián)合作用的超聲波-電脫鹽聯(lián)合裝置，原油脫脫后含鹽明顯比單順流或單逆流低。
(2)頻率20Khz，順流-逆流聯(lián)合、單逆流、單順流超聲波-電脫鹽裝置脫水效果的比較。
聲強 順流-逆流聯(lián)合 單逆流單順流0.5W/cm2 0.18％ 0.32％0.45％0.4W/cm2 0.19％ 0.41％0.48％0.3W/cm2 0.22％ 0.43％0.51％0.2W/cm2 0.25％ 0.46％0.58％0.1W/cm2 0.30％ 0.59％0.66％不施加超聲波作用時，原油電脫鹽脫后含水約0.8％。
在同一超聲波聲強下試驗，實施順流和逆流聯(lián)合作用的本發(fā)明的方法及其裝置，與單逆流或單順流相比，原油電脫鹽脫后含水降低約40-60％。順流和逆流超聲波聯(lián)合作用的超聲波-電脫鹽聯(lián)合裝置，原油脫脫后含水明顯比單順流或單逆流低，脫水效果好。
(3)頻率20Khz，順流-逆流聯(lián)合、單逆流、單順流超聲波-電脫鹽裝置脫后污水含油情況比較。
本發(fā)明的順流-逆流超聲波聯(lián)合作用的方法及裝置的實施與單純的電脫鹽相比，能夠使原油脫后的污水含油降低約50％。
單逆流超聲波-電脫鹽聯(lián)合裝置的實施效果與單純的電脫鹽相比，原油脫后的污水含油量相當(dāng)。
單順流超聲波-電脫鹽聯(lián)合裝置的實施效果與單純的電脫鹽相比，原油脫后的污水含油量反而上升約40％，造成-定程度的油水乳化。
本發(fā)明的順流-逆流超聲波聯(lián)合作用的方法及裝置實施與單逆流、單順流超聲波-電脫鹽裝置相比，能夠顯著降低脫后污水含油量。
實施例3超聲波作用區(qū)用于原油超聲波-電脫鹽脫水的最佳實施方案。
如圖2，煉廠或油田的原油通過超聲波作用區(qū)裝置8后，油水乳化結(jié)構(gòu)破乳，然后，進入電脫鹽罐9進行繼續(xù)在高壓電場的作用下，進行脫鹽脫水，通過沉降分離，原油從上部流出，水從下部流出，達到最佳的脫鹽脫水效果。
(1)在某煉廠電脫鹽裝置上應(yīng)用本發(fā)明方法進行工業(yè)試驗的脫鹽脫水效果。
(a)試驗前未采用本發(fā)明的工業(yè)生產(chǎn)情況試驗時間 原油脫后含鹽原油脫后含水2003年6月10日5mg/l 0.4％2003年6月11日6mg/l 0.4％2003年6月13日10mg/l 0.7％2003年6月20日5mg/l 0.5％2003年6月21日7mg/l 0.4％2003年7月22日5mg/l 0.5％2003年6月23日7mg/l 0.4％2003年7月1日 10mg/l 0.8％(b)采用本發(fā)明的工業(yè)試驗結(jié)果試驗時間 原油脫后含鹽 原油脫后含水2003年6月13日1.6mg/l0.2％2003年6月14日2.6mg/l0.3％2003年6月15日2.5mg/l0.1％2003年6月16日2.7mg/l0.2％2003年7月2日 2.8mg/l0.2％2003年7月3日 3.2mg/l0.3％2003年7月4日 4.0mg/l0.2％2003年7月5日 1.8mg/l0.1％2003年7月15日2.5mg/l0.3％2003年7月16日2.7mg/l0.2％比較(a)組與(b)組數(shù)據(jù)，可以看出，本發(fā)明的方法及裝置應(yīng)用于電脫鹽脫水中，可以降低原油脫后含鹽約50％。原油脫后含水約降低約50％。
(2)在某煉廠電脫鹽裝置上應(yīng)用本發(fā)明方法，明顯增大了電脫鹽電壓，降低了電脫鹽電流，節(jié)省了電脫鹽的電功率消耗。
在不改變其它生產(chǎn)條件的情況下，試驗在一級電脫鹽進行本發(fā)明方法及裝置的工業(yè)應(yīng)用試驗，一級電脫鹽注水5％，不改變二級電脫鹽單純的電脫鹽操作，二級電脫鹽注水只有3％。一般地，原油乳化較嚴重時，一級電脫鹽比二級電脫鹽的電壓較低，電流較高。在試驗期間，二級電脫鹽的電壓較低，電流較高。
通過以下一些數(shù)據(jù)顯示工業(yè)試驗期間的一些有益效果試驗時間 一級電脫鹽 二級電脫鹽2003年6月13日9:00 電壓v 348 360 350348 364 354電流I 189 249 230249 268 2522003年6月14日9:00 電壓v 367 367 363239 65 258電流I 163 228 185358 528 3752003年6月15日9:00 電壓v 344 355 354154 58 224電流I 197 255 233384 530 4192003年6月16日9:00 電壓v 340 328 34427 29 30電流I 207 291 229445 529 4462003年7月2日9:00 電壓v 301 322 307285 280 285電流I 283 317 296328 387 3272003年7月3日9:00 電壓v 337 354 336324 342 327電流v 253 275 262282 303 2842003年7月4日9:00 電壓v 373 384 365363 375 366電流I 193 215 203216 231 222比較試驗期間施加本發(fā)明的一級電脫鹽與不施加本發(fā)明的二級電脫鹽的電壓和電流指示值比較可以看出，本發(fā)明的超聲波作用，對降低電脫鹽電流，增大電脫鹽電壓具有作用。一般的，降低電脫鹽電流就能降低電脫鹽電耗。
實施例4，超聲波作用區(qū)用于高含水原油或高含水污油的超聲波破乳-沉降脫水回收工藝的最佳實施方案。
圖3所示，在沉降罐中10中的原油罐底污油高含水污油、原油電脫鹽后排出的高含油污水以及油田從井下采出高含水原油，乳化物含水高達5％以上，有的甚至高達90以上，這種高含水油水乳化物，通過超聲波作用區(qū)裝置8后，油水乳化結(jié)構(gòu)破乳，然后，再循環(huán)進入污油沉降罐中10中進行重力作用下沉降脫水，罐底排水后，回收原油和污油。
以下列出了采用本發(fā)明的方法和裝置后，電脫鹽脫后含鹽污水含油的回收中產(chǎn)生的效果。
(1)沉降含鹽污水含油回收時的排水含油情況2003年7月1日7％2003年7月6日10％2003年7月7日9％2003年7月8日10％2003年7月9日10％(2)應(yīng)用于本發(fā)明方法及裝置，含鹽污水含油回收時的排水含油試驗情況2003年7月2日3.5％2003年7月3日4％2003年7月4日4％2003年7月5日4％比較(1)組與(2)組的數(shù)據(jù)，可以看出，本發(fā)明的方法及裝置應(yīng)用于罐式沉降脫水中，可以降低排水含油50％以上。
實施例5，超聲波作用區(qū)用于餾分油的超聲波破乳-電精制脫水工藝的流程的實施方案。
圖4所示，在餾分油電精制中，應(yīng)用本發(fā)明的方法及裝置的流程的實施方案，可應(yīng)用于汽油電精制破乳脫水工藝、煤油電精制破乳脫水工藝、柴油電精制破乳脫水工藝以及潤滑油脫氮電精制的破乳脫水中。圖4中示出，前述各餾分油通過超聲波作用區(qū)裝置8后，油水乳化結(jié)構(gòu)破乳，然后，進入電精制罐11中在高壓電場作用下繼續(xù)脫水、沉降、排水。
權(quán)利要求
1.一種順流和逆流超聲波聯(lián)合作用使油水乳化物破乳的方法，其特征在于在油水的流動方向上設(shè)置至少一個超聲波作用區(qū)，超聲波作用區(qū)的中軸線方向與油水流經(jīng)超聲波作用區(qū)的流動方向一致，該超聲波作用區(qū)產(chǎn)生與油水流動方向同向的順流超聲波和反向的逆流超聲波，順流超聲波和逆流超聲波同時作用于流經(jīng)該作用區(qū)的油水。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于超聲波作用區(qū)的超聲波以均勻的聲強傳播，逆流超聲波的聲強不小于順流超聲波的聲強。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于所述逆流超聲波的聲強不大于0.8W/cm2。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于所述逆流超聲波的聲強不大于0.5W/cm2。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于超聲波作用區(qū)兩端分別安裝一個超聲波探頭，分別產(chǎn)生與油水流動方向同向的順流超聲波和反向的逆流超聲波。
6.一種使用權(quán)利要求1所述方法的破乳裝置，超聲波作用區(qū)為管道式結(jié)構(gòu)并與油水管線相連接，其特征在于超聲波作用區(qū)管道的兩端各安裝一個超聲波探頭，分別產(chǎn)生與油水流動方向同向的順流超聲波和反向的逆流超聲波，超聲波探頭與超聲波發(fā)生器通過超聲波功率線相連。
全文摘要
一種順流和逆流超聲波聯(lián)合作用使油水乳化物破乳的方法及裝置。超聲波發(fā)生器(1)通過超聲波探頭(2)發(fā)生與油水流動同向的順流超聲波(3)，超聲波探頭(4)發(fā)生與油水流動反向的逆流超聲波(5)，經(jīng)過逆流和順流超聲波聯(lián)合作用下，通過超聲波作用區(qū)(6)的油水乳化物(7)破乳，破乳后的油水混合物去沉降分離或電場作用下脫水后沉降分離。本發(fā)明可用于原油從開采到加工過程中的油水分離水工藝。
文檔編號C02F1/40GK1589947SQ0313917
公開日2005年3月9日 申請日期2003年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月27日
發(fā)明者茍社全, 達建文, 張由貴, 韓平, 張敬義, 孫振光, 雷平, 張召利, 周玉新, 高淑美 申請人:中國石油化工股份有限公司