專利名稱：用于蒸餾塔中除水的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的領(lǐng)域涉及從含油水除水，且特別涉及從來自天然氣和精煉分餾裝備中的蒸餾塔的含油水除水。
背景技術(shù)：
從含油水中分離油和水是許多烴處理設(shè)施中的常見事項，且本領(lǐng)域中已知多種此 類分離的方式。例如，美國專利NO. 4，088，578描述了一種系統(tǒng)，在其中基于水和油的特定 比重采用沉降方案來分離油和水。作為備選，如美國專利No. 4，359，386中示例性地描述， 使用多個過濾器來將水與油分離。在又一種已知方法中，可如美國專利No. 5，368，700中所 述采用旋風(fēng)汽提器組合裝置。典型地以降低的壓力進行蒸餾已在美國專利No. 5，980，694 中公開。類似的是，美國專利No. 4，089，662教導(dǎo)了一種聯(lián)接在塔上以從塔中產(chǎn)生的含油水 中分離水相的蒸發(fā)器。在又一種已知方法中，美國專利No. 5，100, 546教導(dǎo)了采用化學(xué)吸附 齊U，而美國專利No. 5，188，742公開了在其中燃燒從含油水中分離出的油的處理。雖然大多數(shù)此類系統(tǒng)對于它們的預(yù)期目的而言至少在一定程度上有效，但是當(dāng)用 于從塔中產(chǎn)生的含油水在線(on-line)分離水時，這些方法即使不是全部也大部分具有突 出的缺點。應(yīng)當(dāng)注意在精煉和天然氣裝備輸送氣體中溶解和夾雜的水經(jīng)常引起分餾困難， 特別是在其中水趨于變得被堵住并且導(dǎo)致過量的內(nèi)部回流和產(chǎn)品損耗的脫乙烷塔中。此 夕卜，來自塔的含油水通常不適合排出到下水道或環(huán)境中，因為這種水由于含硫化合物(例 如，硫醇和H2S)、重質(zhì)烴(例如，苯和甲苯)和/或其它不希望的組分而受到污染。為了解決與分離塔中過量水相關(guān)的困難，通常增加塔底溫度以將水分驅(qū)動到塔 頂。雖然這種方法在概念上相對簡單并且通常從塔中除去了大量的水，但仍存在突出的運 行缺點。例如，對于這種運行而言通常要求較高的再沸器負荷，這增加了溢流和蒸汽需求。 此外，較高的底部溫度還通常導(dǎo)致產(chǎn)品損耗。例如，在脫乙烷塔中將底部溫度從220° F增 加到240° F通常證明有10%到20%的丙烷損耗。已證實其它已知的除水方法同樣是低效 和昂貴的。例如，煙囪式塔盤可結(jié)合充足的滯留時間來進行水、油分離。然而，即使并非不 可能，分餾塔內(nèi)部很少存在用于分離相所需的穩(wěn)定區(qū)(例如，由于紊流環(huán)境)，導(dǎo)致此類備 選方案也通常是低效的。因此，雖然本領(lǐng)域中已知各種油水分離裝置和方法，但其全部或幾乎全部都有一 個或多個缺點，特別是在對于穩(wěn)定的塔運行而言需要分離含油水的情況下。因此，仍然需要 改進的特別是用于分離塔的油水分離的構(gòu)造和方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及通過在分離期間從分離塔提取含油水而優(yōu)選地從在塔的運行期間產(chǎn)生的含油水中在線除水的構(gòu)造和方法。這樣提取的含油水然后在外部分離器中分離成水相 和油相，且然后加熱油相以產(chǎn)生有效驅(qū)動油相回到運行的塔中的密度差。在本發(fā)明主題的一方面，用于在分離塔中除水的除水設(shè)備具有分離器，該分離器 流體地并且從外部聯(lián)接在分離塔上，并且進一步地構(gòu)造成用以允許從含油水中分離水以便 由此形成(最通常地通過被動的相分離)水相和油相。輸送管線流體地聯(lián)接在分離器和塔 上以將含油水提供給分離器，而返回管線流體地聯(lián)接在分離器和塔上以使來自油相的油回 到塔。在最優(yōu)選的方面，熱控制單元熱聯(lián)接在返回管線上并且構(gòu)造成用以升高返回管線中 的油的溫度，以促使油從分離器經(jīng)返回管線受密度驅(qū)動流回塔。最通常的是，分離器具有關(guān)于在塔中產(chǎn)生流動而選擇的容積，用以允許含油水在 分離器中的有效允許各相進行重力分離的滯留時間(例如，至少15分鐘)。通常還優(yōu)選的 是，塔和分離器構(gòu)造成以大致相同的壓力運行(S卩，壓力差不大于10磅/平方英寸(psi))。 在通常的示例性裝置和方法中，分離器構(gòu)造成以IOOpsi到500psi之間的壓力運行。通常 還優(yōu)選的是，熱控制單元包括電加熱器或蒸汽加熱器，其中電加熱器或蒸汽加熱器構(gòu)造成 用以允許相對于含油水中的油的溫度以至少5° F的量(更通常為10-15° F，或甚至更高) 升高返回管線中的油的溫度。熱控制單元還可包括從返回管線中的油接收溫度信息和流量 數(shù)據(jù)的控制回路。在希望的情況下，該設(shè)備還可包括聯(lián)接在分離器上的油_水界面水平傳 感器，和/或聚結(jié)元件或其它裝置用以協(xié)助相分離。因此，在運行分離塔的同時從分離塔中產(chǎn)生的含油水除水的方法包括步驟從塔 提取含油水并且在處于塔外部的分離器中分離含油水，從而形成水相和油相。在另一步驟 中，將油相的至少一部分加熱到有效產(chǎn)生足以使加熱的油相移回至塔的密度差的溫度。最優(yōu)選的是，分離器具有關(guān)于在塔中產(chǎn)生流動的容積，從而允許含油水在分離器 中的有效用于各相進行重力分離的滯留時間(例如，至少15分鐘)，和/或塔和分離器以 大致相同的壓力運行。在本發(fā)明主題的優(yōu)選方面，分離器以IOOpsi到500psi之間的壓力 運行。通常還優(yōu)選的是，使用電加熱器或蒸汽加熱器在返回管線中加熱油相的至少一部分， 并且加熱器相對于含油水中的油相的溫度以至少5° F的量升高返回管線中的油相的溫 度。在希望的情況下，可包括從返回管線中的油相接收溫度信息和流量數(shù)據(jù)的控制回路，和 /或可包括油-水界面水平傳感器。此外還構(gòu)思出的是，可采用多種方式來分離含油水。然 而，特別優(yōu)選的是，分離采用密度沉降和可選的聚結(jié)元件。根據(jù)以下對本發(fā)明的優(yōu)選實施例的詳細描述，本發(fā)明的各種目的、特征、方面和優(yōu) 點將變得更加明顯。


圖1是根據(jù)本發(fā)明主題的用于在蒸餾塔中對含油水除水的示例性構(gòu)造。
具體實施例方式本發(fā)明涉及用于對來自蒸餾塔的含油水流進行外部水分離的裝置和方法。優(yōu)選而 言，分離是在線進行的，并且分離的油被送回至塔，同時從系統(tǒng)除去的水具有足以允許在設(shè)施中對水進行處理或重復(fù)利用的純度。在一個特別優(yōu)選的方面，所構(gòu)思的裝置包括將來自塔的含油水提供給含油水分離 器的含油水輸送管線。分離器還包括出水管線以及構(gòu)造成用以將油送回蒸餾塔的油返回管 線。最通常的是，分離器還包括聚結(jié)元件，用以進一步增強水/油分離。在特別優(yōu)選的構(gòu)造 和方法中，加熱器(例如，電阻加熱元件)熱聯(lián)接在油返回管線和/或分離器上，以允許將 油的溫度升高到一定程度，有效地通過在返回管線中的分離的油與進入管線中的輸送的含 油水之間的密度差來引起返回油流。圖1中示出了一個示例性構(gòu)造，其中，通過降液管12從蒸餾塔11的側(cè)抽出噴嘴除 去含油水流1。雖然圖1僅示出單個噴嘴，但應(yīng)當(dāng)理解的是，可采用兩個并且最優(yōu)選為三個 或更多個側(cè)抽出噴嘴以確保從蒸餾塔完全除去水。同樣，雖然圖1僅示出在該水平除去含 油水的單個水平，但是也構(gòu)思出的是在多個水平處除去含油水。在這種情形中，各水平可將 含油水輸送到相同或不同的外部分離器。因此，也可清楚地構(gòu)思出多個輸送和返回管線。通 常以200磅/平方英寸(PSig)和100° F的流1流到分離器13。分離器13優(yōu)選地構(gòu)造成 使得分離器中的含油水具有充足的滯留時間(例如，15分鐘或更多)，以允許含油水通過重 力分離成水相和油相。作為備選，或另外，聚結(jié)元件19可用于改善的和/或更快的分離。在特別優(yōu)選的方面，經(jīng)由流2從分離器13除去來自油相的油而不使用泵或其它機 械裝置，并且最優(yōu)選的是通過使用熱機構(gòu)，通過該熱機構(gòu)升高油返回管線中的油溫，從而形 成流體密度差。隨著加熱的油上升，油被送回至塔。用于油加熱的熱源可為電示蹤元件和/ 或低壓蒸汽，最優(yōu)選的是以使得流2中的油溫與輸送流1相比增加約5° F到約15° F(或 更高)的量。在一個典型的實施例中，來自溫度控制器18和流量控制器17的處理信號被 傳送到在需要希望的循環(huán)時調(diào)節(jié)熱輸入的加熱控制回路和/或熱源16。此外，通常優(yōu)選的 是，分離器13使用界面水平傳感器和控制器15，其使用界面控制閥14通過從分離器除去作 為流3的水來將分離器13中的水位保持在預(yù)定水平。因此，應(yīng)當(dāng)理解的是，用于在分離塔中除水的除水裝置將通常包括外部分離器，該外部 分離器流體地聯(lián)接在分離塔上并且允許將來自含油水的水分離成水相和油相。該分離器通常經(jīng) 由輸送管線聯(lián)接在塔上，以將含油水提供給分離器，并經(jīng)由返回管線聯(lián)接在塔上，以將來自油相 的油送回至塔。在油最優(yōu)選地通過熱能移動時，熱控制單元將熱聯(lián)接在返回管線上以將返回管線 中的油的溫度升高到足夠高，用以促使油經(jīng)返回管線以密度驅(qū)動的方式從分離器流到塔。對于分離器而言，通常優(yōu)選的是，分離器在塔外部并且分離器流體地聯(lián)接在塔上 以接收含油水并使從含油水分離的油返回。在希望的情況下，應(yīng)當(dāng)注意的是，可使用多于一 個的分離器，其中，另外的分離器可以相同或不同的水平從塔接收含油水。此外，構(gòu)思出的 是，至少兩個分離器可采用串聯(lián)或并聯(lián)方式彼此流體地聯(lián)接。不論分離器的數(shù)量如何，均構(gòu) 思出的是，選擇分離器的容積以便能進行在線分離。從不同的角度看，并且緊跟在來自塔的 含油水的容積之后，分離方式將至少部分地決定分離器的容積。在一個優(yōu)選構(gòu)造中，分離器 具有關(guān)于在塔中產(chǎn)生流動的容積，用以允許含油水在分離器中的有效通過重力沉降從油相 分離水相的滯留時間。作為備選，或者另外，可在分離器中采用(或結(jié)合使用)一種或多種非重力沉降的 分離方法，以進一步縮小分離器的尺寸。適當(dāng)?shù)姆蛛x方法包括各種物理方法，并且特別是使 用一個或多個聚結(jié)元件、離心分離器(例如，水渦流)、過濾等。類似的是，許多化學(xué)分離方法認為也是適合的，并且其中包括脫乳化法等。再進一步構(gòu)思出的備選或另外的分離方法 包括熱分離法，且具體為蒸發(fā)法和蒸餾法。因此，應(yīng)當(dāng)注意的是，適當(dāng)?shù)姆蛛x時間將因此截 然不同并且將通常在1到30分鐘之間的范圍內(nèi)，以及甚至更長。分離器通常以與塔大致相同的壓力(即，以不超過15%的壓力差)運行，并且在 大多數(shù)情形中，典型的壓力在20psi到IOOOpsi的范圍內(nèi)，并且甚至更通常地在IOOpsi到 500psi之間。雖然并未限制本發(fā)明的主題，但大于大氣壓的壓力通常優(yōu)于部分真空。在本發(fā)明主題的進一步特別優(yōu)選的方面，使用非機械機構(gòu)將油送回至塔，用以減少或甚至排除能源利用和/或維護需求。例如，適當(dāng)?shù)姆菣C械機構(gòu)包括這些機構(gòu)即在其中 將油加熱用以降低密度并因此驅(qū)動油回到塔。在其它適合的方式中，可采用加熱器(例如， 通過電、蒸汽、來自其它處理的熱交換流體進行加熱)，用以加熱返回管線中的油相和/或 油。然而，最優(yōu)選的是，在返回管線中加熱油，從而促使油流回塔。在其它實例中，分離器可 定位在含油水從該水平抽出的水平上方并且可利用壓力梯度來使含油水移動到分離器中。 然后可利用基于比重的壓力來使油移回至塔。作為備選，或另外，也可利用泵或其它構(gòu)件 (例如，引射器等)來使油移動。不論驅(qū)動油回到塔的方式如何，都優(yōu)選采用控制回路來控制油流回塔的速度。例 如，在使用電加熱機構(gòu)使油移動的情況下，通常優(yōu)選使用溫度傳感器來測量油返回管線中 的油溫?？刂苹芈啡缓笳{(diào)節(jié)通向油返回管線上的電(例如，電阻)加熱元件的電流，以便由 此調(diào)節(jié)油的密度并隨即調(diào)節(jié)回到塔中的油的流率。最典型的是，含油水中的油與返回管線 中的油之間的溫差可相對適中，用以實現(xiàn)密度差并隨即實現(xiàn)油回到塔的運動。例如，構(gòu)思出 的是，電加熱器或蒸汽加熱器構(gòu)造成用以允許相對于含油水中的油的溫度以至少5° F(通 常在5° F到100° F之間，更通常在10° F到80° F之間，以及最通常在15° F到50° F 之間)的量升高返回管線中的油的溫度。在希望的情況下，控制回路還可接收來自測量油返回管線中的油流量的流量傳感 器的信號，從而保持希望的油流量。當(dāng)然，應(yīng)當(dāng)注意的是，可將控制器功能集成到單個單元 中，或者可采用分離的(可選為互相連接的)控制回路。另外，分離器也可聯(lián)接到油水界面 水平檢測器，該檢測器檢測油/水界面以允許控制從分離器排水(例如，通過使用在功能上 聯(lián)接到水平傳感器上的控制閥)。就適合的塔而言，通常構(gòu)思出的是，所有分離塔都適合在 此處使用，然而，特別構(gòu)思出的是，分離塔包括在其中分離烴的那些分離塔。例如，適合的塔 特別包括脫乙烷塔。因此，發(fā)明人還構(gòu)思出在運行分離塔的同時從分離塔中產(chǎn)生的含油水除水的方 法。在特別優(yōu)選的方法中，從塔提取含油水并將其在處于塔外部的分離器中進行分離，以形 成水相和油相。然后在塔運行時將油相的至少一部分加熱到有效產(chǎn)生足以使加熱的油相移 回至塔的密度差的溫度。就塔、分離器和控制單元而言，適用與以上所提供相同的考慮因 素。在各種其它優(yōu)點中，應(yīng)當(dāng)理解的是，所構(gòu)思的裝置和方法允許油再循環(huán)到蒸餾塔，以增 加產(chǎn)品回收同時減少或甚至消除與含油水的處理相關(guān)的問題。再者，應(yīng)當(dāng)注意的是，所構(gòu)思 的系統(tǒng)和方法允許以顯著降低的操作復(fù)雜性和能源需求進行在線操作。因此，已經(jīng)公開了從蒸餾塔中的含油水除水的具體實施例和應(yīng)用。然而，對本領(lǐng)域 技術(shù)人員而言應(yīng)當(dāng)清楚的是，除了那些已經(jīng)描述的實施例，在不脫離本發(fā)明的概念的情形 下，許多改變是可行的。因此，除所附權(quán)利要求的精神以外，本發(fā)明的主題不應(yīng)受到限制。此夕卜，在解釋說明書和權(quán)利要求書二者時，應(yīng)當(dāng)以符合上下文的可能的最寬泛的方 式來解釋 所有用語。具體而言，用語“包括”和“包含”應(yīng)當(dāng)解釋為以非排它的方式指明元件、構(gòu)件或 步驟，表示所指明的元件、構(gòu)件或步驟可以與其它沒有被特別指明的元件、構(gòu)件或步驟一起 存在或利用或結(jié)合。
權(quán)利要求
一種用于在分離塔中除水的除水設(shè)備，包括分離器，其流體地且從外部聯(lián)接在所述分離塔上并且構(gòu)造成用以允許將來自含油水的水分離成水相和油相；輸送管線，其流體地聯(lián)接在所述分離器和所述塔上使得所述輸送管線將所述含油水提供給所述分離器；返回管線，其流體地聯(lián)接在所述分離器和所述塔上使得所述返回管線將來自所述油相的油提供給所述塔；以及熱控制單元，其熱聯(lián)接在所述返回管線上并且構(gòu)造成以有效促使所述油受密度驅(qū)動經(jīng)所述返回管線從所述分離器流至所述塔的量升高所述返回管線中的油的溫度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述分離器具有關(guān)于在所述塔中產(chǎn)生流 動的容積，從而允許所述含油水在所述分離器中的有效通過重力沉降將所述油相與所述水 相分離的滯留時間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述塔和所述分離器構(gòu)造成用以允許以 大致相同的壓力運行。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述分離器構(gòu)造成用以允許以IOOpsi到 500psi之間的壓力運行。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述熱控制單元包括電加熱器或蒸汽加 熱器，且其中，所述電加熱器或所述蒸汽加熱器構(gòu)造成用以允許相對于所述含油水中的油 的溫度以至少5° F的量升高所述返回管線中的油的溫度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述熱控單元還包括控制回路，所述控制 回路構(gòu)造成用以接收所述返回管線中的油的溫度信息和流量數(shù)據(jù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備還包括聯(lián)接在所述分離器上的 油-水界面水平傳感器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備還包括聚結(jié)元件。
9.一種在運行分離塔時從所述分離塔中產(chǎn)生的含油水除水的方法，包括從所述塔提取含油水并在處于所述塔外部的分離器中分離所述含油水，從而形成水相 和油相；以及在所述塔運行時將所述油相的至少一部分加熱到有效產(chǎn)生足以使加熱的油相移回至 所述塔的密度差的溫度。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述分離器具有關(guān)于在所述塔中產(chǎn)生流 動的容積，從而允許所述含油水在所述分離器中的有效通過重力沉降將所述油相與所述水 相分離的滯留時間。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述塔和所述分離器以大致相同的壓力 運行。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述分離器以IOOpsi到500psi之間的壓力運行。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，使用電加熱器或蒸汽加熱器在返回管線 中加熱所述油相的至少一部分。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述電加熱器或所述蒸汽加熱器相對于所述含油水中的所述油相的溫度以至少5° F的量升高所述返回管線中的所述油相的溫度。
15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法還包括從所述返回管線中的所 述油相接收溫度信息和流量數(shù)據(jù)的控制回路。
16.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法還包括使用聯(lián)接在所述分離器 上的水平傳感器測量油_水界面的步驟。
17.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，分離所述含油水的步驟包括使用聚結(jié)元件。
全文摘要
通過在分離到其中含油水被分離成水相和油相的外部分離器中期間從分離塔提取含油水而從在塔運行期間產(chǎn)生的含油水除水。然后將油相加熱到有效產(chǎn)生驅(qū)動油相回到運行的塔的密度差的溫度。
文檔編號C02F1/24GK101827790SQ200880106166
公開日2010年9月8日 申請日期2008年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月29日
發(fā)明者J·馬克 申請人:氟石科技公司