电脱盐污水离心萃取分离除油(1).doc

电脱盐污水离心萃取分离除油研究崔焕茹 郝萌萌摘要：针对电脱盐污水含油超标的难题，设计了用离心萃取分离技术对电脱盐污水进行除油的新流程，并建立了工业侧线实验装置。研究了转鼓转速、进口流量、电脱盐污水含油浓度及温度等对除油率的影响。实验结果表明：除油率随进口流量的增加而下降，随电脱盐污水含油浓度的增加而上升；在一定温度范围内，除油效果很好；转速控制在2000-2400rpm，污水含油浓度在400060000mg/L时，净化污水的含油浓度能够控制在200mg/L以下；分离出来的污油性质与原油相似，可以考虑进入初馏塔。关键字：离心萃取分离；电脱盐污水；除油前言电脱盐污水含油浓度是衡量原油电脱盐效果的重要指标之一，不仅关系到环保问题，也关系到装置的加工损失。一般规定电脱盐污水含油浓度在200550mg/L之间方可排入污水处理装置。随着重油开采比例不断提高，高含硫重质原油掺炼比例不断增加，炼油企业原油重质化、劣质化情况愈加严重，导致了电脱盐装置操作难度增大，电脱盐污水含油超标等问题1。含油电脱盐污水已成为炼油企业污水、污油的主要来源之一。为了解决电脱盐污水含油超标的难题，很多新技术被应用到高含油电脱盐污水的除油流程，如加药絮凝技术4、粗粒化技术5、旋流分离技术6,7以及ELECO电化学除油8等，均取得了一些成果。但这些技术存在着操作复杂、设备占地大、分离效果差等缺点，不能完全满足电脱盐污水除油的要求。离心萃取分离技术依靠离心力实现液-液两相的传质和分离，具有处理量大、结构紧凑、停留时间短、占地面积小、操作范围宽等特点9-11。由于离心力通常可达重力的几百倍，所以特别适合处理两相密度差小、粘度大和易乳化的体系，如在重力沉降分离中要求两相密度差大于0.1g/cm3，而对于离心萃取分离技术，两相密度差可以小至0.01g/cm3。本实验尝试采用离心萃取分离技术对电脱盐污水进行除油，建立了工业侧线实验装置，考察了对电脱盐污水除油的可行性，并对操作条件进行研究与优化。1 离心萃取分离原理离心萃取分离器的结构如图1所示。密度不同且互不相溶的两液相自进料口进入环隙，在高速旋转转鼓自吸力的作用下，混合液通过转鼓底部的通道进入转鼓，转鼓内分隔成四个竖直的腔体，混合液依靠径向隔板被迅速加速到转鼓转速。在离心力的作用下，重相被甩向外缘，聚集到转鼓壁处；轻相则被挤向转鼓中心，聚集在内层，在自下而上的流动过程中轻重相逐渐分离。重相经重相堰流入重相收集室随重相出口流出；轻相流入轻相收集室随轻相出口流出。图1 离心萃取分离器结构图1-电机；2-重相收集室；3-轻相堰板；4-轻相出口；5-重相或混合相入口；6-壳体；7-底部叶片；8-转鼓；9-挡流板；10-环隙；11-轻相或混合相入口；12-轻相收集室；13-重相出口；14-重相堰板2 实验部分2.1 物料性质原油电脱盐污水中一般含有少量的原油、无机盐类、硫化物、酚、悬浮颗粒物、各种有机物以及脱盐处理中所投加的破乳剂等化学药剂。该实验选择在中石化某炼油厂进行，电脱盐污水含油浓度在400060000mg/L，温度在5090；原油主要指标分析数据见表1。表1 污油主要指标分析数据指标水含量%酸值mgKOH/g氯盐mgNaCl/L总硫%密度kg/m3初馏点数值0.1750.5933.10.916868 69.02.2 实验设备本工业侧线实验使用华东理工大学自行设计制造的离心萃取分离器，其主要参数见表2。表2 离心萃取分离器主要参数轻相堰直径mm70进出口直径mm25重相堰直径mm77转鼓内径mm150混合通量L/h0200转鼓长度mm3002.3 工艺流程图2所示为电脱盐污水除油工业侧线实验流程。离心萃取分离器直接连接炼油厂电脱盐污水输送管线，接入点设在第三级换热器污水出口处。由换热器出来的电脱盐污水经设备进口进入离心萃取分离器，然后进入转鼓。电脱盐污水在高速旋转的转鼓作用下分成重相和轻相，即净化污水和污油，净化污油从离心萃取分离器的重相出口流出，污油从轻相出口流出。进口流量和电机转速分别通过阀门和变频器调节。图2 电脱盐污水除油工业侧线实验流程图3 电脱盐污水除油工业侧线实验装置2.4 分析方法（1） 污水含油量分析方法：当污水中含油量较少时，按照GB/T16488-1996水质石油类和动植物油的测定红外光度法测定；当污水含油量较多时，采用在量筒当中密闭静止1小时，分层后读取油-水体积的方法测定。（2） 污油水含量分析方法：按照GB/T260-77石油产品水分测定法测定。（3） 污油酸值分析方法：按照GB/T7304-2000石油产品和润滑剂酸值测定法（电位滴定法）测定。（4） 污油盐含量分析方法：按照QG/SLH-JSW-44-056-2004原油盐含量测定法（电量法）测定。（5） 污油硫含量分析方法：按照GB/T17040-2008石油和石油产品硫含量的测定能量色散X射线荧光光谱法测定。（6） 污油密度分析方法：按照GB/T1884-2000原油和液体石油产品密度实验室测定法（密度计法）测定。（7） 污油馏程分析方法：按照GB/T 255-77(88)石油产品馏程测定法测定。3 结果与讨论 离心萃取分离器的分离效率，即电脱盐污水的除油率，可以由公式（1）得到： （1）其中，为分离效率（除油率），、分别为离心萃取分离器进口电脱盐污水和重相出口净化污水的含油浓度。3.1 转鼓转速对除油率的影响离心萃取分离器进口流量控制在90L/h，电脱盐污水含油浓度分别为4000mg/L和20000mg/L，温度60左右，改变转鼓转速，进行连续实验，考察转速对除油率的影响。实验结果见图4，可以看出，随着转鼓转速的增加，除油率逐渐提高；当转速为2100r/min时，除油率达到最高，效果最好；随着转鼓转速的再增加，除油率开始下降。这是因为：转鼓转速较低时，离心力小，所以除油率低；随着转鼓转速的增加，离心力增大，除油率提高；但增大到一定程度以后，再增大转鼓转速会造成电脱盐污水的乳化，给分离造成困难，除油率反而降低。图4 不同转速下的除油率3.2 电脱盐污水含油浓度对除油率的影响离心萃取分离器进口流量控制在90L/h左右，电脱盐污水温度60左右，转鼓转速分别为1500r/min和2100r/min，改变电脱盐污水含油浓度，进行连续实验，不同污水含油浓度下的除油率见图5。可以看出，电脱盐污水含油浓度在60000mg/L以下时，除油率随着污水含油浓度的增加而逐渐提高，而且在此浓度范围内设备均有很好的除油效果，除油率保持在98.7%以上，说明设备具有较高的操作弹性和很好的抗冲击性能。图5 不同电脱盐污水含油浓度下的除油率3.3 进口流量对除油率的影响电脱盐污水含油浓度控制在10000mg/L，温度60左右，转鼓转速分别为1800r/min和2100r/min，改变设备进口流量，进行连续实验，考察进口流量对除油率的影响。实验结果见图6，随着设备进口流量的逐渐增大，除油率逐渐降低，除油效果变差。这是因为：离心萃取分离器的分离性能与物料停留时间有重要关系。在低流量下，电脱盐污水在设备内的停留时间较长，有充分的时间进行分相，分离效果好，除油率高；随着流量的增大，流电脱盐污水在设备内的停留时间变短，无法完全分离就流出了设备，造成分离效果差，除油率降低。图6 不同进口流量下的除油率3.4 温度对除油率的影响 温度对除油率的影响比较复杂，一方面温度升高有利于油水两相的分离；另一方面温度过高会造成电脱盐污水汽化严重，影响设备运行及分离效果。电脱盐污水含油浓度分别为4000mg/L和20000mg/L，其它条件不变，调节电脱盐污水温度，进行连续实验，观察除油率的变化。实验结果见图7，可以看出，在5090内，除油率始终保持在98.9%以上，此温度范围内除油率受温度影响不大，除油效果非常好。图7 不同温度下的除油率3.5 转鼓转速对污油水含量的影响离心萃取分离器的进口流量、电脱盐污水含油浓度以及电脱盐污水温度等因素不变，收集不同转鼓转速下得到的污油，并进行水含量分析，考察转速对污油水含量的影响。实验结果见图8，随着转鼓转速的提高，污油水含量越来越少，当转速为2100r/min时，水含量最少，之后随着转鼓转速的再增加，水含量开始变多。这是因为：转鼓转速较低时，离心力小，分离效果差；随着转鼓转速的增加，离心力增大，分离效果变好；但增大到一定程度以后，再增大转鼓转速会造成电脱盐污水的乳化加剧，给分离造成困难，水含量反而增大。图8 不同转鼓转速下的污油水含量3.6 分离出来污油主要指标分析分离出来的污油需要想办法回收利用，否则将影响装置的加工损失率，而污油的性质将决定采用哪种回收利用方式。对转鼓转速为2100r/min，进口流量为90L/h，电脱盐污水含油浓度为20000mg/L时，分离出来的的污油主要指标进行了分析，结果见表3。可以看出：污油的各主要指标均非常好，分析结果与原油非常接近，可以将分离出来的污油回注至初馏塔。表3 污油主要指标分析数据指标水含量%酸值mgKOH/g氯盐mgNaCl/L总硫%密度kg/m3初馏点数值0.240.5933.10.916877.5 69.04 结论4.1 电脱盐污水含油浓度在400060000mg/L时，净化污水含油浓度可控制在200mg/L以下，除油率保持在98%以上，净化污水完全达标，可以排入污水处理装置。4.2 实验表明：随着转鼓转速的提高，除油率先升后降，污油水含量先降后升；随着进口流量的增大，除油率下降；随着电脱盐污水含油浓度的增大，除油率上升；在5090范围内，温度对除油率影响不大。4.3 当转鼓转速为1200r/min2400r/min时，分离出的污油含水量均低于1%，各主要指标良好，与原油性质相似，可以回注至初馏塔，减少原油浪费。4.4 将离心萃取分离器用于原油电脱盐污水除油完全可行，具有调控简单，操作弹性好，可以处理超高含油电脱盐污水等特点。参考文献1 Less S，Vilagines RThe electrocoalescers technology: Advances, strengths and limitations for crude oil separationJJournal of Petroleum Science and Engineering，2012，81：57-632 Guoxiang Ye，Xiaoping Lv，Pingfang Han，Xuan ShenDesalting and dewatering of crude oil in ultrasnic standing wave fieldJJournal of Petroleum Science and Engineering，2010，70：140-1443 Guoxiang Ye，Xiaoping Lv，Fei Peng，et alPretreatment of Crude Oil by Ultrasonic-electric United Desalting and DewateringJChinese Journal of Chemical Engineering，2008，16(4)：564-5694 谢晋巧电脱盐污水的预处理J石油化工环境保护，1992，(3)：19-225 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