脱除油品中悬浮物的装置和方法
技术领域
本发明属于石油化工技术领域，具体为一种脱除油品中悬浮物的装置，及利用它进行悬浮物脱除的方法。
背景技术
原油中均含有水分及氯化钠、氯化钙和氯化镁等盐类，为了不影响原油加工，原油进厂加工前第一步就要脱盐脱水，使水含量为0.1%～0.2%，盐含量＜5mg/L，而对于有渣油加氢或重油裂化的炼厂则要求更为严格，要求原料油中盐含量＜3mg/L，而随着原油劣质化、重质化趋势的加强，较多原油中含有一定量的胶质悬浮物，给原油脱水脱盐过程及后续加工装置带来较多的问题，主要表现如下：（1）原油中的胶质悬浮物成片状悬浮在油品中，容易堵塞流经设备及管线；（2）这些胶质悬浮物在传统的电脱盐过程中不易被极化，因而难以实现油水分离，造成油水分离不彻底，两相互相夹带严重；（3）这些胶质悬浮物的去除，采用传统的过滤方法极易造成过滤器堵塞。总之，由于胶质悬浮物的存在，对原料油采用传统的方法进行电脱盐后，不论这些胶质悬浮物是在油品中还是污水中都十分不利，需要需要去除后再进行油水分离。
现有技术中，原油预处理均是采用电脱盐脱水的方法，没有设置脱除胶质悬浮物过程和设备，该方法存在以下问题：（1）电脱盐过程中无法脱除胶质悬浮物，这些胶质悬浮物无法实现沉降分离，也不能被电场极化，影响脱盐效果，也是导致脱盐后的原油中盐含量指标不合格的主要原因；（2）胶质悬浮物为油类物质，密度轻，但不溶于水，因此在油水分离过程中影响油水分离效果，导致油水两相互相夹带十分严重，从而使油品中水含量较高。因此，若要使油品脱盐或脱水实现良好的效果，则需要开发新的工艺和设备，对油品先进行脱除悬浮物，解决油品脱盐、脱水过程中存在的脱盐效果差、油水两相互相夹带严重等问题。
CN201280072453.4 提出了一种用于过滤悬浮物的过滤器装置和方法，其中过滤器装置具有由至少一凹板和相邻的凹板组成的板组，所述板组在固定的头件和可动的尾端件之间，过滤器装置具有用于将悬浮物的第一流从头件用管输送至板组中的悬浮物管，所述悬浮物管穿过所述板组延伸到尾端件，其中过滤器装置具有用于将悬浮物的第二流用管输送至悬浮物管中的供给管，所述连供给管接于尾端件，其中在所述凹板和所述相邻的凹板之间形成过滤器腔，所述凹板和/或所述相邻的凹板具有凹部，其中凹板具有用于将悬浮物从悬浮物管输送至过滤器腔内的悬浮物导管，过滤器装置具有用于从悬浮物中过滤出固体成分的至少一个过滤布。该方法的原理是采用过滤布原理来过滤悬浮物，仍然存在过滤布容易堵塞、不能长期使用的问题。
CN201810070840.3提出了一种含盐废水零排放方法及系统，该方法包括采用石灰-纯碱软化法及溶气浮选过滤对脱悬浮物脱胶体作进一步除硬除硅处理；通过离子交换深度去除硬度；采用RO浓水深度处理采用高级氧化和高盐微生物相结合技术进一步降低COD、NO3和NF膜分盐工艺；采用多效MVR进行恒温蒸发结晶工艺浓缩分盐，MVR排浓水进入催化氧化前或NF膜前，或全部进入杂盐MVR全部产杂盐；MVR装置母液排出进入低温冷冻法多产芒硝消除COD干扰，冷冻液进行高级氧化，消除结晶装置外排母液的COD。该发明方法中，脱悬浮物过程仍然采用传统的溶气浮选过滤的方式，该方式存在脱悬浮物效果差、过滤设备容易堵塞、无法长周期运行等问题，。
综上所述，开发一种脱除悬浮物的方法，解决油品脱盐脱水过程中存在的脱盐效果差、过滤设备堵塞、油水两相互相夹带严重等问题具有重要意义。
发明内容
针对现有技术中缺乏能有效的脱除油品中悬浮物的设备，脱除过程中容易堵塞装置，脱除不彻底，大大影响了后续脱盐效果的问题，本发明提供一种脱除油品中悬浮物的装置和方法，具有良好的脱悬浮物效果，处理效率高。
本发明的技术目的通过以下技术手段实现：
本发明第一方面的技术目的是提供一种脱除油品中悬浮物的装置，所述装置包括从下往上依次排列的至少两级气浮脱除段，最下层为一级气浮脱除段，所述气浮脱除段内均填充气浮填料，上层的气浮脱除段内填料的孔隙率总是小于其下层的气浮脱除段内填料的孔隙率；所述一级气浮脱除段的底部设置有微气泡发生器，微气泡发生器的进口上设置可控制气量的阀门或安装多种不同通气量的阀门，微气泡发生器的入口管路上设置增压溶气装置和补气装置；最上层的气浮脱除段顶部连接气液分离器，气液分离器连接增压溶气装置；所述一级气浮脱除段的底部设置待处理油品进料口，最上层的气浮脱除段顶部设置油品的出料口Ⅰ和出料口Ⅱ，出料口Ⅰ出料处理后的油品，出料口Ⅱ连接一级气浮脱除段底部的待处理油品进料口。
在上述装置中，作为进一步的优选，所述气浮脱除段内的填料为低密度型填料，密度为50kg/m3～900kg/m3，优选300kg/m3～600kg/m3的填料。所述填料在气浮脱除段内为非固定状态。所述填料由亲油材料或经改性亲油材料制成，选自聚酯、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、丙烯酸类和尼龙中的至少一种，或选自材料表面经过亲油处理的材料。所述填料可以是任何形状，如大孔蜂窝状填料、大孔丝网状填料、空心状填料、织物填料和波纹齿角填料中的任意一种类型。
在上述装置中，作为进一步的优选，一级气浮脱除段内填料的孔隙率为50%～95%，优选60%～80%；最上层的气浮脱除段内填料的孔隙率为10%～50%，优选20%～40%。
在上述装置中，作为进一步的优选，所述增压溶气装置为溶气泵、高压射流泵及管道溶气泵中的一种或多种组合。
在上述装置中，作为进一步的优选，所述微气泡发生器是能够将气体分散成小尺寸气泡的装置，或可称为微孔气泡发生器、膜管微分散器及超微气泡发生器等，可形成尺寸为50nm～1000μm，优选为5μm～100μm的气泡，能实现上述功能的设备均可用于本发明。
在上述装置中，作为进一步的优选，所述气浮脱除段设置2~4级。
本发明第二方面的技术目的是提供一种利用上述装置对油品进行悬浮物脱除的方法，将待处理油品注水后由一级气浮脱除段的底部进料口进入装置，与微气泡发生器产生的气泡混合，其中的悬浮物随气泡上浮，一级气浮脱除段内填料具有较大的孔隙率，将较大块的悬浮物粘附至填料上，待处理油品继续上行依次进入上层的气浮脱除段，填料的孔隙率越来越小，逐级将悬浮物脱除；所述微气泡发生器采用高气量和低气量脉冲式进气，低气量进气是控制进气量使气浮脱除段内的填料作自旋转运动而不互相碰撞，低气量进气时，出料口Ⅰ开启，出料口Ⅱ关闭，高气量进气是控制进气量使气浮脱除段内的填料之间发生碰撞，高气量进气时，出料口Ⅰ关闭，出料口Ⅱ开启。
本领域技术人员应当了解的是，原油中的悬浮物大多数为较轻的亲油性物质，本发明的方法利用了气浮气体除悬浮物，主要是基于气体在液相中的溶解特性，与待处理油品混合后，气体微小气泡分散在液体中，这些气泡粘附悬浮物，被气浮脱除段的填料吸附挂靠而脱除。一般情况下较小的孔隙率有利于粘附挂靠更多的悬浮物，但容易堵塞和增加压降，而较大的孔隙率造成较小悬浮物的穿透，脱除不彻底，因此本发明的装置中在气浮脱除段设置逐级变小的孔隙率，先脱除较大块的悬浮物，再逐级脱除小块的悬浮物，可以充分利用填料并更加彻底地脱除悬浮物。设置的气浮脱除段级数根据待处理油品的性质及脱除效果要求调整。
在本发明上述技术方案中，微气泡发生器采用高气量和低气量脉冲式进气，低气量进气时，填料作自旋转运动，使其表面能更均匀地附着悬浮物，完成悬浮物的脱除；而高气量进气时，填料之间发生碰撞，填料表面附着的悬浮物均匀排布、填料之间孔隙疏通，保证装置长周期运行。
在上述方法中，在最上层的气浮脱除段顶部，气浮气体携带少量油品，由气液分离器进行分离，气体返回增压装置进入微气泡发生器循环使用，不足的气体由补气装置补充。
在上述方法中，作为进一步的优选，向待处理油品中注水的量为原油质量的3%~20%。
在上述方法中，作为进一步的优选，所述气浮脱除段内使用的气体选自氮气、空气或惰性气体，优选为氮气。
在上述方法中，作为进一步的优选，所述低气量通气时间与高气量通气时间的比为2:1～200:1，优选为20:1～100:1。作为更具体的实施方式，低气量通气时间为60分钟～1500分钟，优选100分钟～900分钟，高气量通气时间为0.5分钟～100分钟，优选5分钟～30分钟。更为具体的，低气量通气时，通气量与待处理原油的体积比（Nm3/h：m3/h）为100:1～600:1，高气量通气时，通气量与待处理原油的体积比（Nm3/h：m3/h）为500:1～1000:1；其中的气体体积以标准状态下的气体体积计。
在上述方法中，作为进一步的优选，所述微气泡发生器形成的气泡尺寸为50nm～1000μm，优选为5μm～100μm。
在上述方法中，作为进一步的优选，所述气浮脱除段的操作条件如下：温度为常温～180℃，优选60～150℃；压力为0.3～10.0MPa，优选0.5～2.0MPa。
在上述方法中，作为进一步的优选，所述待处理油品在每级气浮脱除段的停留时间为0.5分钟～30分钟，优选3分钟～10分钟。
在上述方法中，待处理油品选自重劣质原料油、重质污油和煤焦油中的任意一种，或为原油电脱盐后的油品或切出的含油污水。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
本发明的装置和方法中采用低密度型填料，填料在气浮脱除段内为非固定状态，脉冲式通气使填料做自旋转运动或碰撞运动，低气量通气时，使气浮填料表面均匀附着悬浮物，有效脱除原料中的悬浮物；高气量通气时，不仅使气浮填料表面均匀附着悬浮物，还能通过填料的碰撞使粘附不牢固的大块悬浮物掉下，起到均化作用，防止填料被悬浮物堵塞。
附图说明
图1是实施例1中的油品脱除悬浮物装置。
其中，1.微气泡发生器，2.一级气浮脱除段，3.一级气浮填料层，4.二级气浮脱除段，5.二级气浮填料层，6.气液分离器，7.补气装置，8.高压溶气泵，9.低气量进气阀，10.高气量进气阀，11.进料口，12.出料口Ⅰ，13.出料口Ⅱ。
具体实施方式
下面结合附图说明和实施例对本发明进行详细说明，但不因此限制本发明。
实施例1
一种脱除油品中悬浮物的装置，如图1所示，包括从下往上依次排列的一级气浮脱除段2和二级气浮脱除段4，一级气浮脱除段2内填充一级气浮填料层3，填料为大孔蜂窝填料，密度为550kg/m3，孔隙率为65%～70%；二级气浮脱除段4内填充二级气浮填料层5，填料为大孔蜂窝填料，密度为570kg/m3，孔隙率为25%～30%；上述填料均为聚丙烯填料；所述一级气浮脱除段2的底部设置有微气泡发生器1，微气泡发生器1的进口上设置可控制气量的低气量进气阀9和高气量进气阀10，微气泡发生器1的入口管路上设置高压溶气泵8和补气装置7；二级气浮脱除段5顶部连接气液分离器6，气液分离器6连接高压溶气泵8；所述一级气浮脱除段的底部设置待处理油品进料口11，二级气浮脱除段5顶部设置处理后油品的出料口Ⅰ12和出料口Ⅱ13。
实施例2
脱除油品中悬浮物的装置，除一级气浮填料层3内为大孔丝网填料，孔隙率为70%～75%，二级气浮填料层5孔隙率为20%～25%外，其他结构和设置方式同实施例1。
实施例3
脱除油品中悬浮物的装置，除一级气浮填料层3内为大孔丝网填料，孔隙率为65%～70%，二级气浮填料层5孔隙率为20%～25%外，其他结构和设置方式同实施例1。
实施例4
采用实施例1的装置对来自某厂的原料油进行脱悬浮物处理，原料油的性质如表1所示，属于重污油，其特点是密度大、黏度高、含有较多的悬浮物。
表1
将上述原料油注水12wt%后由一级气浮脱除段2的底部进料口11进入装置，与微气泡发生器1产生的气泡混合，其中的悬浮物随气泡上浮，较大块的悬浮物被一级气浮填料层3的填料粘附，原料油继续上行进入二级气浮脱除段4，剩余的小块的悬浮物被二级气浮填料层5的填料粘附；所述微气泡发生器1采用高气量和低气量脉冲式进气，单次低气量通气时间为720分钟，切换成高气量通气，单次高气量通气时间为18分钟，低气量通气时间与高气量通气时间的比例为40:1；低气量进气时，控制进气量使气浮脱除段内的填料作自旋转运动而不互相碰撞，通气量与原料油的的体积比（Nm3/h：m3/h）为600:1，出料口Ⅰ12开启，出料口Ⅱ13关闭；高气量进气时，控制进气量使气浮脱除段内的填料之间发生碰撞，通气量与原料油的体积比（Nm3/h：m3/h）为900:1，出料口Ⅰ12关闭，出料口Ⅱ13开启。
一级气浮脱除段2和二级气浮脱除段4内操作温度为125～135℃，操作压力为0.8～1.0MPaG；原油的总停留时间为30分钟，其中一级气浮脱除段2内的停留时间为15分钟，二级气浮脱除段4内的停留时间为15分钟。
上述原油处理过程中气浮气体采用氮气，微气泡发生器采用微孔板，控制器通过微孔板形成的微气泡尺寸为500μm。
对由出料口Ⅰ12收集的处理后原油进行24小时静置沉降，得到的上层为油相、下层为水相，油水分离界面清晰，分析油相中的含水量为1.45%～1.72%，水相中含油量为0.78%～0.89%，悬浮物全部脱除。
实施例5
采用实施例2的装置对以上相同来源的原油进行处理，具体操作过程同实施例4。
具体操作条件如下：
注水量为原料质量的10%；
单次低气量通气时间为360分钟，切换成高气量通气，单次高气量通气时间为6分钟，低气量通气时间与高气量通气时间的比例为60:1；低气量进气时，通气量与原料油的体积比（Nm3/h：m3/h）为400:1；高气量进气时，通气量与原料油的体积比（Nm3/h：m3/h）为700:1。
一级气浮脱除段2和二级气浮脱除段4内操作温度为90～110℃，操作压力为0.8～1.0MPaG；原油的总停留时间为45分钟，其中一级气浮脱除段2内的停留时间为25分钟，二级气浮脱除段4内的停留时间为20分钟。
上述原油处理过程中气浮气体采用氮气，微气泡发生器采用微孔板，控制器通过微孔板形成的微气泡尺寸为100μm。
对由出料口Ⅰ12收集的处理后原油进行24小时静置沉降，得到的上层为油相、下层为水相，油水分离界面清晰，分析油相中的含水量为1.38%～1.52%，水相中含油量为0.66%～0.85%，悬浮物全部脱除。
实施例6
采用实施例3的装置对以上相同来源的原油进行处理，，具体操作过程同实施例4。
具体操作条件如下：
注水量为原料质量的15%；
单次低气量通气时间为900分钟，切换成高气量通气，单次高气量通气时间为25分钟，低气量通气时间与高气量通气时间的比例为36:1；低气量进气时，通气量与原料油的体积比（Nm3/h：m3/h）为500:1；高气量进气时，通气量与原料油的体积比（Nm3/h：m3/h）为800:1。
一级气浮脱除段2和二级气浮脱除段4内操作温度为75～95℃，操作压力为0.8～1.0MPaG；原油的总停留时间为40分钟，其中一级气浮脱除段2内的停留时间为20分钟，二级气浮脱除段4内的停留时间为20分钟。
上述原油处理过程中气浮气体采用氮气，微气泡发生器采用微孔板，控制器通过微孔板形成的微气泡尺寸为50μm。
对由出料口Ⅰ12收集的处理后原油进行24小时静置沉降，得到的上层为油相、下层为水相，油水分离界面清晰，分析油相中的含水量为1.40%～1.58%，水相中含油量为0.71%～0.83%，悬浮物全部脱除。
对比例1
采用常规的气浮方法，对表1的原油进行脱悬浮物。
气浮脱悬浮物过程采用常规气浮浮选过滤设备，包含溶气罐、曝气头、气体压缩机组、浮选池、过滤器及相关附件组成，气浮气为空气。
原料与注水混合后首先进入溶气罐，气浮气经压缩机升压后也进入溶气罐，在溶气罐内完成原料的高压溶气，溶解了大量气体的进料进入浮选池，经浮选罐底部的曝气头曝气后进行气浮，利用气泡将悬浮物携带至浮选池上部，而后将浮选池上部的物料再引入过滤器，通过过滤的方式脱除悬浮物。
操作条件如下：操作温度：128～140℃；操作压力：0.8～1.0MPaG；总停留时间：40分钟；补充注水量为原料质量的15%。
在原料脱悬浮物过程中，对得到的脱除悬浮物后的料液进行24小时静置沉降，得到的上层应为油相、下层应为水相，但油水分离界面不清，同时发现，首先脱悬浮物过程中的12分钟左右发生过滤器堵塞，使脱悬浮物过程无法长期运行；分析油相中的含水量为11.2%，水相中含油量为5.64%，且水相中含有大量的乌黑色悬浮物。
通过以上实验可见，本发明的装置和方法与传统的气浮浮选过滤方法相比，具有脱悬浮物效果理想、能够保证长周期运行的优势，尤其对于那些密度大、粘度大、悬浮物含量高的重劣质油品来说，由于脱悬浮物都比较困难，而脱悬浮物的存在对于油水分离效果有较大的影响，因此若脱悬浮物效果不理想会导致油水大量带水、水中含油量高、油水无法分离等问题，而采用本发明方法可以能够有效脱除原料中的悬浮物，并且使气浮填料表面均匀附着悬浮物，防止气浮填料被悬浮物堵塞，保证长周期运行。
