本發(fā)明涉及一種組合式原油電脫鹽/脫水裝置及工藝，更具體的說涉及一種采用交直流和脈沖電源的組合式原油動態(tài)電脫鹽/脫水裝置及工藝流程。
背景技術(shù)：
隨著原油資源不斷變重以及二、三次采油技術(shù)的發(fā)展，采油過程中需要添加許多含有表面活性的助劑，造成油水嚴重乳化，難以分離。原油含水增加了儲運成本，造成儲罐、輸油管線等腐蝕加速。同時，隨著市場對輕質(zhì)組分的需要不斷增加，煉廠大量采用二次或多次加工藝，對原油脫鹽/脫水提出了要求，深度脫鹽脫水將成為原油預(yù)處理技術(shù)的發(fā)展趨勢。
在工業(yè)化的原油預(yù)處理技術(shù)中，電化學(xué)法亦然是發(fā)展的主流。電化學(xué)法主要依靠高壓靜電聚結(jié)和破乳劑的共同作用實現(xiàn)油水分離。根據(jù)高壓靜電聚結(jié)的電場形式不同，主要分為交流電脫鹽、直流電脫鹽、交-直流電脫鹽和脈沖電脫鹽等，但是，由于原油組成越來越復(fù)雜，油水乳化液的穩(wěn)定性也越來越高，采用單一的電場形式或較少的脫鹽級數(shù)往往難以達到時深度脫鹽/脫水的目的。中國專利zl02259725.5公開了一種電脫鹽試驗裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)進料，但其電脫鹽罐結(jié)構(gòu)和工藝流程與工業(yè)電脫鹽裝置有很大的差別，不能完全模擬工業(yè)電脫鹽過程。專利cn102086405a公開了一種原油電脫鹽動態(tài)試驗?zāi)M系統(tǒng)裝置，其中包含了一臺三層平板電極的交直流電脫鹽罐和一臺四層水平極板的高速電脫鹽罐，可以進行不同電場形式的電脫鹽試驗；但是，該發(fā)明交直流電脫鹽罐極板形式為三級水平電極板，而工業(yè)交直流電脫鹽罐的電極形式為效果更好的垂直吊掛電極；此外，該發(fā)明脫鹽罐級數(shù)較少，但油水混合只使用了靜態(tài)混合器，混合強度不可調(diào)，故其工藝流程變化少，難以較好地模擬工業(yè)電脫鹽裝置及工藝流程。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)存在不足，提出一種組合式原油動態(tài)電脫鹽/脫水裝置及工藝，可以較好地模擬工業(yè)電脫鹽過程。適用于從輕質(zhì)原油到重質(zhì)原油、從一級到四級原油電脫鹽/脫水過程的流程選擇、助劑篩選和工藝條件優(yōu)化。
本發(fā)明實現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是：一種組合式原油動態(tài)電脫鹽/脫水裝置及工藝，由原料罐、原料泵、注水罐、注水泵、預(yù)熱爐、三通換向閥、靜態(tài)混合器、混合閥、脫鹽/脫水罐、變壓器、背壓閥及其它閥門和管線組成，所述的脫鹽/脫水罐共四臺，分為并聯(lián)的兩路，一路為兩臺串聯(lián)的脈沖電脫鹽/脫水罐，另一路為兩臺串聯(lián)的交直流電脫鹽/脫水罐，同時，任意一臺脫鹽/脫水罐的原料出口均可通過管線和閥門與其它脫鹽/脫水罐的原料入口相連，共形成從一級到四級共十種不同電場形式的脫鹽/脫水工藝流程組合模式。
所述的四個脫鹽/脫水罐均帶有獨立的變壓器、注水系統(tǒng)和混合系統(tǒng)，每個電脫鹽/脫水罐的注水量、破乳劑和脫金屬劑用量、注水溫度、混合強度、電場參數(shù)均可能實現(xiàn)獨立連續(xù)可調(diào),有利于破乳劑、脫金屬劑等助劑的篩選、電場形式的選擇和工藝條件的優(yōu)化。
所述的十種不同電場形式的工藝流程組合模式按電場形式和脫鹽/脫水級數(shù)分為：脈沖、交直流、脈沖-脈沖、交直流-交直流、脈沖-交直流、交直流-脈沖、脈沖-脈沖-交直流、交直流-交直流-脈沖、脈沖-脈沖-交直流-交直流和交直流-交直流-脈沖-脈沖。此10種工藝組合模式可以滿足從輕質(zhì)原油到重劣質(zhì)原油（0.800～0.970g/cm3）的脫鹽/脫水，能夠?qū)崿F(xiàn)不同原油的脫鹽/脫水流程、脫鹽/脫水罐級數(shù)和電場形式的靈活選擇。
所述的脈沖脫鹽/脫水罐內(nèi)設(shè)置了三層水平電極板，中間電極板接電，上、層電極板接地，這種形式的電極板有利于發(fā)揮脈沖電場的作用，使電場作用穩(wěn)定，更適用于重劣質(zhì)原油的脫鹽/脫水。
所述的交直流脫鹽/脫水罐內(nèi)設(shè)置了正、負極相間的垂直吊掛電極板，分別與交直流變壓器的正、負極相連，有利于發(fā)揮交直流電場的作用，強化交直流電場的破乳能力，提高電場的穩(wěn)定性，減少交直流變壓器因運行電流過大而造成的跨電場現(xiàn)象。
更進一步，所述的每個脫鹽/脫水罐的注水系統(tǒng)均由注水罐、注水泵和相應(yīng)的閥門管線組成。
更進一步，所述的每臺脫鹽/脫水罐的混合系統(tǒng)均由一個靜態(tài)混合器和一個混合閥串聯(lián)組成。
更進一步，所述的組合式原油動態(tài)電脫鹽/脫水裝置的工藝是將原料罐中原油預(yù)熱到具有較好的流動狀態(tài)，通過原料泵計量后輸送至預(yù)熱爐中加熱到指定的試驗溫度，然后通過切換三通換向閥與來自注水罐及注水泵的洗滌水按比例經(jīng)靜態(tài)混合器和混合閥混合后，進入一級交直流脫鹽/脫水罐；或與來自注水罐及注水泵的洗滌水按比例經(jīng)靜態(tài)混合器(m3)和混合閥混合后，進入一級脈沖脫鹽/脫水罐中，分離出的水排出罐外；分離出的油相經(jīng)球閥排出罐外或通過切換三通球閥和開關(guān)兩通球閥和開關(guān)兩通球閥進入二級脈沖脫鹽/脫水罐和二級交直流電脫鹽/脫水罐，形成從一級到四級多種不同電場參數(shù)和級數(shù)的工藝流程的組合模式。
更進一步，所述的電場參數(shù)是指交直流電脫鹽/脫水罐對應(yīng)的變壓器的輸出電壓和輸出電流，脈沖電脫鹽/脫水罐對應(yīng)的變壓器的輸出電壓、輸出電流、占空比和脈沖頻率。
更進一步，所述的按電場形式和脫鹽/脫水級數(shù)組合模式為：脈沖、交直流、脈沖-脈沖、交直流-交直流、脈沖-交直流、交直流-脈沖、脈沖-脈沖-交直流、交直流-交直流-脈沖、脈沖-脈沖-交直流-交直流和交直流-交直流-脈沖-脈沖。
為了簡化工藝流程，本發(fā)明未設(shè)置專門的破乳劑和脫金屬劑等助劑的加注系統(tǒng)，并不限制本發(fā)明的權(quán)利要求和使用領(lǐng)域，也不能成為回避本發(fā)明的理由。如果采用油溶性助劑，可將其按比例加入到原料罐中并攪拌均勻；如果采用水溶性助劑，可將其按比例加入到各注水罐中并攪拌均勻。
本發(fā)明所述的組合式原油動態(tài)電脫鹽/脫水裝置對原油的適應(yīng)性強，過程所涉及的工藝參數(shù)均連續(xù)可調(diào)，可以較好地模擬工業(yè)電脫鹽過程。適用于從輕質(zhì)原油到重質(zhì)原油、從一級到四級原油電脫鹽/脫水過程的流程選擇、助劑篩選和工藝條件優(yōu)化。
附圖說明
圖1是本發(fā)明的設(shè)備和工藝流程示意圖。
圖中：v1，原料罐；v2～v5，注水罐；p1，原料泵；p2～p5，注水泵；h1，預(yù)熱爐；m1～m4，靜態(tài)混合器；d1～d4，混合閥；v6～v9，脫鹽/脫水罐；t-1～t-2，交直流變壓器；t-3～t-4，脈沖變壓器；s1，三通換向閥；s2～s13，兩通球閥；s14，背壓閥；c1～c4，采樣閥；w1～w4，切水閥。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖與具體實施方式對本發(fā)明做進一步描述。應(yīng)該指出：此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
參見圖1，本發(fā)明所述的組合式原油動態(tài)電脫鹽/脫水裝置由原料罐v1、原料泵p1、預(yù)熱爐h1、注水罐v2～v5、注水泵p2～p5、預(yù)熱爐h1、靜態(tài)混合器m1～m4、混合閥d1～d4、脫鹽/脫水罐v6～v9、交直流變壓器t-1～t-2、脈沖變壓器t-3～t-4、靜態(tài)混合器m1～m4、混合閥d1～d4、三通換向閥s1、兩通球閥s2～s13、背壓閥s14、采樣閥c1～c4、切水閥w1～w4及相應(yīng)的管線組成。
所述的裝置共設(shè)有四臺脫鹽/脫水罐，分為并聯(lián)的兩路，一路為兩臺串聯(lián)的脈沖電脫鹽/脫水罐v6和v7，另一路為兩臺串聯(lián)的交直流電脫鹽/脫水罐v8和v9，任意一臺脫鹽/脫水罐的原料出口既可通過管線和閥門與其它脫鹽/脫水罐的原料入口相連，也可以與背壓閥（s14）相連獨立的進行脫鹽/脫水，共形成從一級到四級十種不同電場形式的脫鹽/脫水工藝流程組合模式。
所述的四個脫鹽/脫水罐均帶有獨立的變壓器、注水系統(tǒng)和混合系統(tǒng)，每個電脫鹽/脫水罐的注水量、破乳劑和脫金屬劑用量、注水溫度、混合強度、電場參數(shù)均可能實現(xiàn)獨立連續(xù)可調(diào),有利于破乳劑、脫金屬劑等助劑的篩選、電場形式的選擇和工藝條件的優(yōu)化。
所述的多種不同電場形式的工藝流程組合模式按電場形式和脫鹽/脫水級數(shù)分為：脈沖、交直流、脈沖-脈沖、交直流-交直流、脈沖-交直流、交直流-脈沖、脈沖-脈沖-交直流、交直流-交直流-脈沖、脈沖-脈沖-交直流-交直流和交直流-交直流-脈沖-脈沖。此十種工藝組合模式可以滿足從輕質(zhì)原油到重劣質(zhì)原油（0.800～0.970g/cm3）的脫鹽/脫水，能夠?qū)崿F(xiàn)不同原油的脫鹽/脫水流程、脫鹽/脫水罐級數(shù)和電場形式的靈活選擇。
所述的脈沖脫鹽/脫水罐內(nèi)設(shè)置了三層水平電極板，中間電極板接電，上、層電極板接地，這種形式的電極板有利于發(fā)揮脈沖電場的作用，使電場作用穩(wěn)定，更適用于重劣質(zhì)原油的脫鹽/脫水。
所述的交直流脫鹽/脫水罐內(nèi)設(shè)置了正、負極相間的垂直吊掛電極板，分別與交直流變壓器的正、負極相連，有利于發(fā)揮交直流電場的作用，強化交直流電場的破乳能力，提高電場的穩(wěn)定性，減少交直流變壓器因運行電流過大而造成的跨電場現(xiàn)象。
所述的每臺脫鹽/脫水罐的混合系統(tǒng)由一個靜態(tài)混合器和一個混合閥串聯(lián)組成。
所述的電場參數(shù)是指交直流電脫鹽/脫水罐對應(yīng)的變壓器的輸出電壓和輸出電流，脈沖電脫鹽/脫水罐對應(yīng)的變壓器的輸出電壓、輸出電流、占空比和脈沖頻率。
本發(fā)明所述的組合式原油動態(tài)電脫鹽/脫水工藝流程如下：原油在原料罐v1中預(yù)熱到具有較好的流動狀態(tài)，通過原料泵p1準確計量后，輸送至預(yù)熱爐h1中加熱到指定的試驗溫度，然后通過切換三通換向閥s1的方向，與來自注水罐v2及注水泵p2的洗滌水按比例經(jīng)靜態(tài)混合器m1和混合閥d1混合后，進入一級交直流脫鹽/脫水罐v8；或與來自注水罐v4及注水泵p4的洗滌水按比例經(jīng)靜態(tài)混合器m3和混合閥d3混合后，進入一級脈沖脫鹽/脫水罐v6中，在相應(yīng)的電場和破乳劑的作用下進行乳化液的破乳及油水分離；分離出的水相向脫鹽/脫水罐v8或v6的底部運動，經(jīng)由切水閥w1或w3排出罐外；分離出的油相向脫鹽/脫水罐的上部運動，經(jīng)球閥s5或s4排出罐外。如果要對原油進行不同電場形式的多級脫鹽/脫水試驗，可通過切換三通球閥s1和開關(guān)兩通球閥s2～s13來實現(xiàn)，具體操作方式可以按照下文所述的十種流程切換模式進行工藝流程選擇，其注水和混合方式與一級脫鹽/脫水過程相同。各脫鹽/脫水罐試驗所需的電場強度通過調(diào)整變壓器t-1～t-4的輸出來實現(xiàn)。對于交直流變壓器可以調(diào)度輸出電壓和輸出電流，輸出電壓越高，電場強度越高，輸出電流越小。對于脈沖變壓器，可以連續(xù)的調(diào)整輸出電壓、輸出電流、占空比和脈沖頻率；輸出電壓越高，電場強度越高，輸出電流越小；占空比越大，輸出電流越大；脈沖頻率越高，輸出電流越大。混合強度通過調(diào)節(jié)混合閥d1～d4的開度來實現(xiàn)，閥門開度越大，混合強度越低。脫鹽/脫水罐的壓力通過調(diào)整背壓閥s14的開度來實現(xiàn)，背壓閥s14的開試越大，系統(tǒng)的操作壓力越低，反之則越高。如果需要對各級脫后原油進行采樣分析，可以通過該脫鹽/脫水罐頂部的采樣閥c1～c4進行在線采樣。如果試驗過程中需要加入破乳劑或脫金屬劑等助劑，油溶性助劑按比例加入到原料罐v1中并攪拌均勻，水溶性助劑按比例加入到各脫鹽/脫水罐所對應(yīng)注水罐中并攪拌均勻。
為了實現(xiàn)所述的不同電場形式和級數(shù)的十種工藝流程的組合方式，本發(fā)明所述的裝置和工藝流程的具體操作方法如下。
對于一級電脫鹽/脫水流程，共有二種選擇模式：
對于二級電脫鹽/脫水流程，共有四種選擇模式：
對于三級電脫鹽/脫水流程，共有二種選擇模式：
四級電脫鹽/脫水流程，共有2種選擇模式：
試驗結(jié)果表明：采用本發(fā)明所述的組合式原油動態(tài)電脫鹽/脫水裝置，可以穩(wěn)定地開展密度0.800～0.970g/cm3，酸值0～15mgkoh/g,鈣含量0～2000μg/g的各種原油的脫鹽/脫水試驗，滿足不同原油的電脫鹽/脫水工藝研究和助劑篩選工作。
本實施例所述脫鹽/脫水罐結(jié)構(gòu)、混合形式、變壓器形式均與工業(yè)電脫鹽裝置相同，工藝流程可以任意組合，適用于從輕質(zhì)原油到重質(zhì)原油、從一級到四級原油電脫鹽/脫水過程的工藝流程選擇、助劑篩選和工藝條件優(yōu)化。該發(fā)明的所涉及的原料流量、溫度、壓力、混合強度和電場強度等工藝參數(shù)均可獨立、連續(xù)地調(diào)節(jié)，電場及脫鹽罐的組合形式多樣，流程設(shè)置靈活，裝置運行穩(wěn)定，可以完全模擬工業(yè)電脫鹽裝置及工藝流程。
在上述實施例的基礎(chǔ)上，通過變換變壓器形式，如交流變壓器、直流變壓器和智能調(diào)壓變壓器等，可以實現(xiàn)對本發(fā)明所述的脫鹽/脫水罐中電場形式的改變。應(yīng)當(dāng)指出：這種改變在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。