旋液分離技術

旋液分離技術，亦稱旋流分離技術是在常用旋風分離技術的基礎上發展起來廣泛適合於氣、液和氣、固混合物分離的高效分離技術。

基本介紹

• 中文名：旋液分離技術
• 外文名：Spin liquid separation technology
• 作用：治污
• 套用領域：造紙、釀酒
• 特殊用途：原油脫水
• 技術：分離

技術簡介

旋液分離技術：

流程性工業過程總會產生大量“污水”“污氣”等，如石油開採中采出液、石油煉廠油漿固液等，都需要進行分離處理，我們經過多年開發研究多項旋液分離技術與設備，分離單元從10到150mm不同系列，設備處理量從小於1m3/h到上百方/h等，可以根據不同要求進行設計與選用。

本技術主要可分離液固、液液（如油和水體系）、氣液、氣液固多相體系，套用領域極廣，典型套用領域如表6中所示。

表6 旋液分離技術可套用領域

工業領域	套用範圍
澱粉工業	1、粗分離去除皮屑、胚芽; 2、去沙子	3、去除蛋白質、纖維; 4、脫水
食品及飲料	1、去除啤酒中大部分酵母、澄; 清麥芽汁; 2、去除牛奶中固形雜質、脫脂	3、食用油脫水澄清; 4、葡萄酒生產中洗滌回收品種; 5、製糖時清淨糖汁
石油化工	1、含油廢水的去油; 2、原油脫水; 3、原油、氣去砂; 4、脫氣、脫硫; 5、催化劑回收; 6、聚合物洗滌; 7、粒度分級; 8、熱交換系統中去除固體	9、添加劑的去除和回收; 10、過濾器助濾劑預塗; 11、水中去酚（碳酸）; 12、結晶回收; 13、塑膠粒子脫沫; 14、石灰乳去雜; 15、污水除固
造紙工業	1．去砂、去雜或去粗料； 1. 紙張塗料的製備； 2. 造紙廢水的處理
洗滌、選礦	1、去雜質；2、分選；3、脫水；4、回填料操作中的分級與脫水
高嶺土、水泥工業	1、洗滌去雜；2、旋流分級；3、脫水；4、污水處理
三廢處理	1、薯類生產酒精蒸餾糟液處理中； 2、生化廠、食品廠等工業，生活廢水; 3、煙氣脫硫除塵； 4、廢渣洗滌與回收有用成分
鋼鐵工業	1、濃縮懸浮液；2、去除廢氣中固體雜質；3、軋鋼廢水處理
其 他	1、淨化回收切削液、冷卻液；2、磨料分級去末；3、壓縮機進氣去水等

水力旋流器在石油工業中的套用極為廣泛，幾乎涉及到所有分離領域，特別是在固液分離和液液分離過程中。

⑴ 鑽井液固相控制

固液分離的典型套用是石油鑽井過程中鑽井液的固液分離。用於分離鑽井液中固相顆粒的旋流器按直徑大小可分為除砂器。除泥器和微型旋流器三大類。

① 除砂器

直徑在150～300mm的旋流器稱為除砂器。在工作壓力為0．2MPa時，單個旋流器的處理量為20～120m3/h分離粒度在40～74μm。在設計選型使用中，其額定處理量應為鑽井液最大排量的125%。

② 除泥器

直徑為100mm和125mm的旋流器稱為除泥器 在工作壓力為0.2MPa時，單個旋流器的處理量為10~15m3/h 正常工作時，除泥器能清除95%大於40μm的鑽屑和50%大於15μm的鑽屑，並能同時除去12~13μm的重晶石，因此不能用來處理加重鑽井液 在設計選型使用中，其額走處理量應為鑽井液最大排量的125%~150%

③ 微型旋流器

直徑50mm的旋流器稱為微型旋流器 在工作壓力為0.2MPa時，單個旋流器的處理量不低於5m3/h，其分離粒度在5~10μm 主要用於處理非加重鑽井液,除去超細顆粒

圖3 （多管）微型旋流器組

⑵ 用於原油預處理

① 采出液除砂

目前，國內油田地面集輸系統多採用大罐沉降除砂方法，致使流程不密閉油氣損耗大。近年來，國外已逐漸採用旋流密閉除砂技術來進行油田地面集輸系統的除砂和清砂（如圖4-6），此類除砂系統運行安全可靠、維修方便。

圖4 集油系統密閉除砂流程示意圖; 1—脫氣器 2—旋流除砂器 3—儲砂斗; 4—洗砂槽 5—緩衝罐 6—污油回收泵; 7—砂泵 8—砂脫水器 9—排砂斗; 10—運砂小車 11—外輸泵	圖5 海上旋流器除砂流程圖; 1—分離器 2—旋流器A 3—旋流器B; 4—浮選罐 5—增壓泵 6—文丘利噴管A; 7—文丘利噴管B
圖6 井口采出液旋流除砂流程簡圖	圖7 簡易水力旋流器分離工藝流程圖
圖8 油田地面分離工程旋流化流程示意圖

② 原油脫水（預分離）、污水除油

我國大部分油田採用注水方式採油，且大都已進入高含水期。儘管近些年來國內油田的水處理技術發展較快，但同國外相比差距較大，還不能完全適應國內油田發展的需要。隨著我國對污染治理力度的加大，以及人們對油田采出水經處理後作為採油注水具有一系列優點的認識不斷提高，油田采出水經深度處理後排放或回注已愈來愈受到人們的重視。圖7、圖8分別為水力旋流工藝流程圖。

③ 井下油水分離與回注

20世紀90年代以來，發現大型優質油田的可能性減少，早期投入開發的老油田也逐漸衰竭。進入新的21世紀能源危機日益加劇，能源問題已經成為制約我國經濟持續發展的“瓶頸”。如何重新煥發老油田的生機為國家多獻石油，已成為一個重要課題擺上日程上來。近幾年國際原油價格一直居高不下，使本已達到經濟開採極限的油井重新獲得開採開發的可能，並帶來一些高新技術的投入套用，為油田的發展提供了技術支持和保證。因此，對井下油水分離技術進行深入研究迫在眉睫。經過大量的實驗研究，我室已開發出一種井下多相分離裝備系統，急待進行工業現場放大試驗。

圖9、圖10分別為在研的井下油水分離與回注系統示意圖。

圖9 電潛泵採油舉升系統圖

圖10 有桿泵井下分離系統圖

技術套用

旋流分離技術在石油化工行業中的典型套用

⑴ 含油污水旋流分離技術

國內石化企業污水處理一般仍採用“老三套”技術， 即“沉降、隔油—浮選—生化”。該技術的優點是造價較低； 缺點是占地面積大，油水分離效果差，對污水中溶解油、乳化油和分散油不能有效去除。隨著重質、劣質原油摻煉比例不斷提高、含油污水乳化程度加劇，該設施已不能滿足清潔生產要求。

油水旋流分離技術是20世紀80年代發展起來的一種高效節能分離技術，其關鍵部分是水力旋流器，可分離幾個微米以上的油水混合物。與其它除油設備相比，水力旋流器具有結構緊湊、體積小、重量輕、除油效率高、無運動部件、使用壽命長、流程密閉無污染等優點。在處理量和除油性能相同的條件下，其重量僅為其它除油設備的1/10，體積是其它設備的1/15，工程建設投資降低50%左右，與二級氣浮相比較，一次性投資僅為二級氣浮（包括浮渣處理設備）的50%，占地面積僅為二級氣浮的1/25。可廣泛用於油田、煉油廠、化工、機械等行業的含油污水處理工程。

表7 旋流除油技術與其它幾種除油技術的比較

除油器類型	旋流分離	API	PPI	CPI	TPI
停留時間（min）	2-3秒	30	60	90	90
可去除最小油滴粒徑（μm）	5	150	60	30-60	30-50
進口含油量（ppm）	500	1000	1000	1000	1000
出口最低含油量（ppm）	10	30	10-20	10	10
占地面積（以API為基準）	1/25	1	1/2	1/3	1/3
油分移去方式	自動排油	撇油管集油	壓力差自動	撇油管自動	撇油管自動
板的清洗	無	不需要	定期清洗	定期清洗	定期清洗
防火安全措施	全密封、安全	有油味散發及火災危險	水封、安全	塑膠蓋板、較安全	塑膠蓋板; 較安全

註：API：平流式隔油池；PPI：平行板式隔油池；CPI：波紋板式隔油池；

TPT：斜板式隔油池等

① 電脫鹽裝置含油污水

電脫鹽含油污水中的油組成較為複雜，主要成分為乳化較為嚴重的劣質、重質原油。由於原油是一組成、極性和相態都非常複雜的有機混合體。根據膠體化學理論，按污水中原油油滴粒徑大小及穩定性通常分為浮油、分散油、乳化油、溶解油四類。

從電脫鹽含油污水含油形態分析來看，重力沉降難以對電脫鹽污水含油進行有效分離，因此必須採用更為有效的旋流分離方法。含油污水的性質對旋流器性能的影響包括油滴粒徑分布、污水粘度和溫度、油水密度差等因素。

圖11是我室為某煉油廠電脫鹽裝置污水旋流分離器設備安裝現場圖片，圖12為分離流程示意圖。

圖12 電脫鹽裝置污水旋流分離流程示意圖

表8 電脫鹽含油污水旋流分離有關操作參數及性能指標

參 數	數 值
操作參數	入口壓力Pi MPa	>0.40
入口溫度t ℃	30~80
污水含油濃度Ci mg/l	~200000（20%v/v）
	油水密度差Δρ g/cm3	>50
性能指標	處理能力Q t/h	3~500（根據需要設計）
操作壓力降 MPa	0.25~0.35
淨化水含油濃度Cu mg/l	入口Ci <5000時：Cu <500; 入口Ci >5000時：分離效率>90~95
污油回收率 %	>90
其 他	結構材料	根據要求選材。

② 催化裂化裝置污水處理

催化裝置的污水超標時會攜帶大量污油進入原料水罐，雖然經過沉降分離，但是仍有部分污油進入污水汽提裝置，使汽提塔的操作紊亂，汽液相平衡很難恢復，從而引起淨化水及酸性氣、氨氣質量惡化，直接影響到下游裝置的生產。因此，考慮在污水管線上增加油水分離設施，以減少進入原料水罐的污油量。

工藝流程及配套設備

基本工藝流程如圖12、圖13所示。

旋流分離系統工作時，裝置油水分離器來液經離心泵增壓後進入水力旋流器入口，經旋流處理後的淨化水經流量計計量後排向污水氣提裝置；從溢流口出來的富油液流經流量計計量後返回裝置油水分離器上部。旋流油水分離器的處理量由泵的變頻調速根據裝置油水分離器的液位控制。另外，該系統還可以實現不走旋流器的旁通流程。

圖12 有泵污水分離流程 圖13 無泵污水分離流程

技術指標：

處理能力：根據需要設計；

分離器壓力降ΔP<0.4MPa；

淨化水含油濃度<300mg/l或分離效率>95。

③ 延遲焦化冷焦水（循環）旋流除油

以旋流器為中心對焦化冷焦水進行處理，基本原則流程如圖18所示。其溢流部分（污油）返回冷焦水罐進行循環除油，底流（水）經空冷系統冷卻到50℃後進入冷焦水池。

技術指標：處理能力可根據需要進行設計，分離器壓力降ΔP<0.4MPa，淨化水含油濃度<300mg/l或分離效率>90。

④ 常減壓裝置減頂水預處理（圖15）

圖15 減頂油水旋流分離流程示意圖

⑵ 液固旋流分離技術

① 催化裂化油漿去除催化劑（液固分離）

針對油漿催化劑分離這一技術問題，自93年以來，中國石油大學（華東）多相流分離實驗室相繼開展了催化油漿過濾技術、油漿旋流分離技術研究。研究結果表明對於FCC油漿的線上分離，旋液分離是一種可行的技術路線。採用旋液分離技術進行油漿中催化劑的分離，分離效率完全可以達到90%~97%，分離後油漿可以用作燃料油使用；若油漿需要作高附加值產品（譬如針狀焦、碳纖維等），增加過濾分離流程是必要的，過濾技術較為成功的廠家主要有Mott和Pall公司。但對於高固含量油漿來說，過濾器前採取預分離手段是極為必要的，採用旋液分離技術進行油漿預分離，可以大大延長過濾器的反衝洗周期、提高過濾器的分離效果、延長過濾介質使用壽命。

圖16為催化油漿旋液分離流程方案示意圖。

圖16 FCC油漿旋液分離流程方案示意圖

② 渣油除焦

中國石油大學（華東）所開發的重油懸浮床加氫新工藝，達到世界先進水平。但從國內、外試驗過程中發現，運行過程中膠質以微細催化劑顆粒和其它機械雜質為載體逐漸生成焦碳，由於排出不及時，出現焦炭堵塞反應器現象，影響了反應器正常運行，能否將焦炭等固相顆粒及時排出系統成為影響該工藝的工業化實現和長周期安全運轉的關鍵因素。

根據重油懸浮床加氫循環尾油高溫、高壓、大流量、高固含量、高膠質瀝青質含量以及液固兩相之間密度差較小等特點，對比分析石油化工生產中常用的重力沉降、旋流分離、過濾分離以及靜電分離等液固分離方法，旋流分離法具有設備結構簡單、工藝流程簡單、操控容易等優點，尤其是具有工藝適應性好、操作穩定的優點，因而成為最為簡單可行的技術路線。圖17為懸浮床加氫循環尾油除焦用旋流器安裝圖片（1、2級）。

a.一級安裝圖 b. 二級安裝圖

圖17 重油懸浮床加氫循環尾油除焦用旋流安裝圖（1、2級）

③ 乙烯急冷油除焦

HCC工業化試驗所產生的急冷油漿中含有較高含量的催化劑顆粒等固態雜質，如果不能及時排除，急冷油漿系統中固體濃度將持續升高，會導致固體沉積和管路堵塞，從而影響了整套工藝的長周期運轉和經濟性。因而採用適宜分離技術排除油漿中固體、降低固含量，對於保證HCC工藝的長周期運行具有非常重大的實際意義。由於HCC油漿所處環境的特殊性：高溫、高壓、易燃以及油漿本身所具有高粘性，使得分離的難度很大。

圖18為“重油接觸裂解直接制乙烯”工藝（工業試驗）中急冷油液固體系分離用的旋流分離器現場安裝圖

圖18 重油接觸裂解直接制乙烯工業試驗中急冷油除焦用旋流分離器安裝圖

④ 用於泵密封沖洗系統

利用旋液分離器將泵出口中的部分液體進行淨化除雜，淨化液用於泵的密封沖洗系統。如圖19所示。

圖19 泵密封沖洗系統用旋流器

⑤海上油氣井氣固、氣液分離

海上油氣一般採用經壓縮機壓縮後高壓往陸上輸送，但由於采出是油氣中會帶有部分細小砂粒和液滴，這就需要在壓縮機設定氣液或氣固分離器將這些砂粒和液滴去除，其設計指標為：

●基本去除5μm以上顆粒或液滴，大於10μm100%去除；

●總分離效率大於98.5%；

●總壓降不大於50kPa。