專利名稱：渦流空化破乳的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一套油水分離的設(shè)備，具體是一種渦流空化破乳的設(shè)備，用于化工分離技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
從油井中采出的原油大多數(shù)與天然氣及鹽水混合產(chǎn)出，經(jīng)油氣分離器分離出天然氣及游離水后得到的“原油”，一般仍然是含有一定量的鹽和水的油包水(W/O)型乳狀液。原油中鹽和水的存在會增加泵、管線和儲罐的負荷，并會造成設(shè)備和管線的腐蝕和結(jié)垢以及使催化劑中毒，因此原油在輸送和加工之前要先經(jīng)過脫鹽脫水處理，使其中的含鹽量和含水量達到某種要求。石油工業(yè)的采油、煉油、貯油運輸和石油化學工業(yè)、機械加工業(yè)以及食品加工業(yè)均會產(chǎn)生含油廢水，這些含油廢水有相當大一部分以乳化油的形式存在，因其具有相當?shù)姆€(wěn)定性而較難處理。
經(jīng)文獻檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利公開號CN1424128A，專利名稱一種高頻高壓油水分離方法及設(shè)備，該設(shè)備是由罐體以及設(shè)在罐體外部的高壓引入棒、出油管、出水管、進油管、液位控制器和設(shè)在罐體內(nèi)部的進油分配管、電極板、懸掛梁構(gòu)成。利用該設(shè)備對普通原油、稠油進行油水分離處理后，可使其中鹽的含量小于3mg/L。但該設(shè)備存在著設(shè)備的制造成本和運行成本均較高及操作復雜等缺點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提出一種渦流空化破乳的設(shè)備，即一套實現(xiàn)含水乳化油或者乳化含油廢水破乳的設(shè)備，使其可以在較低的溫度和不加或者少加化學破乳劑的條件下對含水乳化油或者乳化含油廢水進行低成本和高效率的破乳處理。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明包括儲槽、泵(油泵或者水泵)、壓力計、渦流空化器、緩沖槽以及油水分離裝置。儲槽的出液端通過管線經(jīng)過閥門與泵的進液端相連接，泵的出液端通過管線經(jīng)過壓力計與渦流空化器的進液端相連接，渦流空化器的噴嘴位于緩沖槽進液端的上方，緩沖槽的出液端通過管線經(jīng)過閥門與油水分離裝置的進液端相連接。
本發(fā)明將流體機械中應極力避免的渦流空化效應應用于含水乳化油或者乳化含油廢水的破乳處理，為此設(shè)計了三種不同結(jié)構(gòu)的渦流空化器。
第一種結(jié)構(gòu)的渦流空化器由進液管、三個同軸的內(nèi)圓筒、中圓筒、外圓筒和噴嘴所組成，其中外圓筒和中圓筒有它們各自的頂部和共同的底部，而內(nèi)圓筒為空心圓柱體，在中圓筒和外圓筒的頂部中心位置各有獨自的入口，中圓筒和外圓筒有共同的底部，它們的底部與噴嘴的進口端相連接，內(nèi)圓筒以四根徑向均勻分布的橫梁與中圓筒相連。在中圓筒上半部的壁上有多個切向狹縫。
第二種結(jié)構(gòu)的渦流空化器由進液管、拋物面形錐體、狹縫圓盤、導流板和噴嘴組成。進液管和噴嘴分別固定在拋物面形錐體的頂部和底部，狹縫圓盤固定在拋物面形錐體距其頂部1/10～3/4倍錐體高度的位置上，狹縫圓盤上有多個沿圓周均勻?qū)ΨQ分布的徑向狹縫，導流板于狹縫處固定在狹縫圓盤上。
第三種結(jié)構(gòu)的渦流空化器由進液管、漏斗形內(nèi)錐體、拋物面形外錐體和噴嘴組成。進液管和噴嘴分別固定在拋物面形外錐體的頂部和底部，漏斗形內(nèi)錐體的圓錐形入口端固定在拋物面形外錐體距其頂部1/10～1/2倍錐體高度的位置上，漏斗形內(nèi)錐體的管狀出口端位于拋物面形外錐體底部上方0.2～2cm的位置上。
本發(fā)明利用渦流空化器對含水乳化油或者乳化含油廢水進行破乳，當含水乳化油或者乳化含油廢水的乳狀液經(jīng)過泵加壓以一定的壓力(0.1～1MPa)和流速通過渦流空化器時，乳狀液在空化器的內(nèi)部形成了高速渦流。控制操作條件使渦流內(nèi)部的壓力低于乳狀液連續(xù)相本身(如油相或者水相)或者其中的低沸點組分(如原油中的某種低沸點組分)的飽和蒸汽壓，渦流內(nèi)乳狀液的連續(xù)相(如油相或者水相)迅速汽化，同時溶解于乳狀液連續(xù)相中的微氣核(如氮氣和氧氣等)也會逸出形成氣泡或者空泡，連續(xù)相的蒸汽凝結(jié)形成數(shù)量眾多的內(nèi)部壓力極小的空化氣泡，當乳狀液由高速渦流狀態(tài)進入常壓區(qū)時，這些空化氣泡在突然增大的外界壓力的作用下迅速崩潰。由于該過程發(fā)生的時間極短(約為10-6～10-8s)，類似于絕熱過程，因此在乳狀液的連續(xù)相內(nèi)部產(chǎn)生了瞬時的高溫和高壓，同時伴隨大量的微沖擊波并形成高速微射流，這些因素使乳狀液分散相的微小液滴聚并長大而從連續(xù)相中析出，進而達到破乳的目的。當乳狀液在空化器的內(nèi)部形成高速渦流時，壓力的減小使乳狀液分散相的微小乳化液滴(如水滴或者油滴)膨脹，也促進了破乳。含水乳化油或者乳化含油廢水經(jīng)過渦流空化器破乳后再進入油水分離裝置中，利用該裝置中油水兩相出口高度的不同而實現(xiàn)油相和水相的自動分離。該設(shè)備既適用于處理含水乳化原油、航空油料、一般油品(如汽油、煤油、柴油、液壓油、潤滑油、變壓器油、食用油等)和特殊油品等成品油，亦適合于處理各類乳化含油廢水，包括石油工業(yè)、石油化學工業(yè)、機械加工業(yè)以及食品加工業(yè)所產(chǎn)生的乳化含油廢水。
采用本發(fā)明所述的設(shè)備對上述各類含水乳化油或者乳化含油廢水進行脫水或者除油處理，不僅具有破乳效果好的優(yōu)點，同時，由于該套設(shè)備所需的設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、對油水乳狀液的處理量大、設(shè)備的制造成本低廉，設(shè)備在運行過程中可以不加或者少加化學破乳劑，因而具有設(shè)備投資小和運行成本低的優(yōu)點。


圖1為本發(fā)明的設(shè)備總體結(jié)構(gòu)示意2為一種渦流空化器結(jié)構(gòu)示意圖(一)圖3為一種渦流空化器結(jié)構(gòu)示意圖(二)圖4為圖3所示A-A剖視5一種渦流空化器結(jié)構(gòu)示意圖具體實施方式
如圖1所示，本發(fā)明渦流空化破乳的設(shè)備包括儲槽1、泵(油泵或者水泵)2、壓力計3、渦流空化器4、緩沖槽5以及油水分離裝置6。儲槽1的出液端通過管線經(jīng)過閥門與泵2的進液端相連，泵2的出液端通過管線經(jīng)過壓力計3與渦流空化器4的進液端相連，渦流空化器4的噴嘴位于緩沖槽5進液端的上方，緩沖槽5的出液端通過管線經(jīng)過閥門與油水分離裝置6的進液端相連。
如圖2所示，渦流空化器4由進液管7、三個同軸的內(nèi)圓筒8、中圓筒9、外圓筒10和出口段11所組成，其中外圓筒10和中圓筒9有它們各自的頂部和共同的底部，而內(nèi)圓筒8為空心圓柱體，在中圓筒9和外圓筒10的頂部中心位置各有獨自的入口，中圓筒9和外圓筒10有共同的底部，它們的底部與噴嘴11的進口端相連接，內(nèi)圓筒8以四根徑向均勻分布的橫梁與中圓筒9相連。在中圓筒9上半部的壁上有多個切向狹縫。當含水乳化油或者乳化含油廢水經(jīng)過泵2加壓以一定的壓力和流速進入此渦流空化器的外圓筒10后，其中一部分流體自中圓筒9的頂端開孔流入內(nèi)圓筒8，形成軸向射流，流體的其余部分通過中圓筒9壁上的切向狹縫流入中圓筒9和內(nèi)圓筒8之間的區(qū)域形成渦流。控制操作條件使渦流或者射流內(nèi)部的壓力低于乳狀液連續(xù)相本身或者其中的低沸點組分的飽和蒸汽壓，使乳狀液連續(xù)相的內(nèi)部產(chǎn)生數(shù)量眾多的空化氣泡。當流體由噴嘴11外泄并進入緩沖槽5中時，這些空化氣泡在突然增大的外界壓力的作用下迅速崩潰，產(chǎn)生瞬時的高溫高壓、微沖擊波和高速微射流，使乳狀液分散相中的微小液滴聚并長大而從連續(xù)相中析出。
如圖3、圖4所示，或者渦流空化器4包括進液管12、拋物面形錐體13、狹縫圓盤14、導流板15和噴嘴16。進液管12和噴嘴16分別固定在拋物面形錐體13的頂部和底部，狹縫圓盤14固定在拋物面形錐體13距其頂部1/10～3/4倍錐體高度的位置上，狹縫圓盤14上有多個沿圓周均勻?qū)ΨQ分布的徑向狹縫，導流板15于狹縫處固定在狹縫圓盤14上。當含水乳化油或者乳化含油廢水經(jīng)過泵2加壓以一定的壓力和流速從渦流空化器4的進液管12流入拋物面形錐體13的頂部經(jīng)過狹縫圓盤14從其狹縫處沿導流板15流向拋物面形錐體13的底部時，其內(nèi)部的壓力突然降低產(chǎn)生渦流。當流體流至斷面較小的噴嘴16時，渦流內(nèi)部的壓力進一步降低?？刂撇僮鳁l件使渦流內(nèi)的壓力低于乳狀液連續(xù)相本身或者其中的低沸點組分的飽和蒸汽壓，使乳狀液連續(xù)相的內(nèi)部產(chǎn)生數(shù)量眾多的空化氣泡。當流體流過渦流空化器4的噴嘴16進入緩沖槽5中時，這些空化氣泡在突然增大的外界壓力的作用下迅速崩潰，產(chǎn)生瞬時的高溫高壓、微沖擊波和高速微射流，使乳狀液中分散相的微小液滴聚并長大而從連續(xù)相中析出。
如圖5所示，或者渦流空化器4包括進液管17、拋物面形外錐體18、漏斗形內(nèi)錐體19和噴嘴20。進液管17和噴嘴20分別固定在拋物面形外錐體18的頂部和底部，漏斗形內(nèi)錐體19的圓錐形入口端固定在拋物面形外錐體18距其頂部1/10～1/2倍外錐體高度的位置上，漏斗形內(nèi)錐體19的管狀出口端位于拋物面形外錐體18底部上方0.2～2cm的位置上。當乳狀液經(jīng)過泵2加壓以一定的壓力和流速從渦流空化器的進液管17流入拋物面形外錐體18的上半部再進入漏斗形內(nèi)錐體19到達其管徑細小的管狀出口端時，其內(nèi)部的壓力突然降低形成渦流?？刂撇僮鳁l件使渦流內(nèi)的壓力低于乳狀液連續(xù)相本身或者其中的低沸點組分的飽和蒸汽壓，使乳狀液連續(xù)相的內(nèi)部產(chǎn)生數(shù)量眾多的空化氣泡。當流體由漏斗形內(nèi)錐體19的管狀出口端流過渦流空化器4的噴嘴20進入緩沖槽5中時，這些空化氣泡在突然增大的外界壓力的作用下迅速崩潰，產(chǎn)生瞬時的高溫高壓、微沖擊波和高速微射流，使乳狀液中分散相的微小液滴聚并長大而從連續(xù)相中析出。
下面通過具體的實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步的說明。
實施例1～3某油田的W/O型乳化原油含水22.5％，含瀝青質(zhì)2.6％，比重0.93，50℃時的粘度為103mPa·s，體積均為100升，在溫度為55℃的條件下，以0.8MPa的壓力分別通過噴嘴出口直徑均為0.7cm的三種結(jié)構(gòu)的渦流空化器，油水混合液在重力分離裝置中的停留時間均為60分鐘，乳化原油的脫水率分別為92.5％、93.7％和92.2％。
實施例4～6使用比重為0.823的柴油及表面活性劑配制三份乳化含油廢水樣品，廢水中油的含量均為1000mg/L，水中粒徑范圍為0.5～10μm的油滴均占95％，廢水的體積均為100升，在廢水的溫度為25℃的條件下，以0.8MPa的壓力分別通過噴嘴出口直徑均為0.7cm的三種結(jié)構(gòu)的渦流空化器，廢水在重力分離裝置中的停留時間均為30分鐘，乳化含油廢水的除油率分別為95.7％、94.3％和92.8％。
權(quán)利要求
1.一種渦流空化破乳的設(shè)備，包括儲槽(1)、泵(2)、壓力計(3)、緩沖槽(5)以及油水分離裝置(6)，其特征在于還包括渦流空化器(4)，儲槽(1)的出液端通過管線經(jīng)過閥門與泵(2)的進液端相連，泵(2)的出液端通過管線經(jīng)過壓力計(3)與渦流空化器(4)的進液端相連，渦流空化器(4)的噴嘴位于緩沖槽(5)進液端的上方，緩沖槽(5)的出液端通過管線經(jīng)過閥門與油水分離裝置(6)的進液端相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦流空化破乳的設(shè)備，其特征是，渦流空化器(4)包括進液管(7)、三個同軸的內(nèi)圓筒(8)、中圓筒(9)、外圓筒(10)和出口段(11)，外圓筒(10)和中圓筒(9)有它們各自的頂部和共同的底部，而內(nèi)圓筒(8)為空心圓柱體，在中圓筒(9)和外圓筒(10)的頂部中心位置各有獨自的入口，中圓筒(9)和外圓筒(10)的底部與噴嘴(11)的進口端相連接，內(nèi)圓筒(8)以四根徑向均勻分布的橫梁與中圓筒(9)相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的渦流空化破乳的設(shè)備，其特征是，在中圓筒(9)上半部的壁上有多個切向狹縫，狹縫圓盤(14)上有多個沿圓周均勻?qū)ΨQ分布的徑向狹縫。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦流空化破乳的設(shè)備，其特征是，渦流空化器(4)包括進液管(12)、拋物面形錐體(13)、狹縫圓盤(14)、導流板(15)和噴嘴(16)，進液管(12)和噴嘴(16)分別固定在拋物面形錐體(13)的頂部和底部，狹縫圓盤(14)固定在拋物面形錐體(13)上，狹縫圓盤(14)上有狹縫，導流板(15)于狹縫處固定在狹縫圓盤(14)上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的渦流空化破乳的設(shè)備，其特征是，狹縫圓盤(14)固定在拋物面形錐體(13)距其頂部1/10～3/4倍錐體高度的位置上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦流空化破乳的設(shè)備，其特征是，渦流空化器(4)包括進液管(17)、拋物面形外錐體(18)、漏斗形內(nèi)錐體(19)和噴嘴(20)，進液管(17)和噴嘴(20)分別固定在拋物面形外錐體(18)的頂部和底部，漏斗形內(nèi)錐體(19)的圓錐形入口端、管狀出口端固定在拋物面形外錐體(18)上。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的渦流空化器，其特征是，漏斗形內(nèi)錐體(19)的圓錐形入口端固定在拋物面形外錐體(18)距其頂部1/10～1/2倍外錐體高度的位置上，漏斗形內(nèi)錐體(19)的管狀出口端位于拋物面形外錐體(18)底部上方0.2～2cm的位置上。
全文摘要
一種渦流空化器及渦流空化破乳的設(shè)備，用于化工分離技術(shù)領(lǐng)域。設(shè)備包括儲槽、泵、壓力計、渦流空化器、緩沖槽以及油水分離裝置，儲槽的出液端通過管線經(jīng)過閥門與泵的進液端相連接，泵的出液端通過管線經(jīng)過壓力計與渦流空化器的進液端相連接，渦流空化器的噴嘴位于緩沖槽進液端的上方，緩沖槽的出液端通過管線經(jīng)過閥門與油水分離裝置的進液端相連接。渦流空化器有三種結(jié)構(gòu)形式。利用本發(fā)明渦流空化器及其配套裝置對含水乳化油或者乳化含油廢水進行破乳處理后，其脫水率或者除油率均可達到92％以上，可在不加或者少加化學破乳劑的條件下對油水乳狀液進行脫水或者除油處理，不僅設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，且對油水乳狀液的處理量大，設(shè)備投資小、成本低。
文檔編號B01D17/04GK1605375SQ20041006621
公開日2005年4月13日 申請日期2004年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月9日
發(fā)明者賈金平, 徐金球, 侯士兵, 王亞林 申請人:上海交通大學