通过局部减压来分离乳化于液体混合物中的液体和溶解于液气混合物中的气体的方法和装置

技术领域

本发明涉及乳液和/或溶液中流体的分离方法、和/或所述流体组分的低压蒸馏方法， 以及实施所述方法的装置。所述流体的分离通过局部降低所述流体自由表面上特定部分的 相关压力来实现，该方法使盛放在封闭处理罐内的液体的脱气和分离成为可能，且不影响 处理罐内普遍的工作压力。

背景技术

根据现有技术，上述分离通过对处理设备的整体施加局部真空来实现，而不仅仅是对 其内部的一部分施加。同样根据现有技术，对于大型处理罐，为使其能经受负压，其建筑 和安装成本会上升，且由真空引起垮塌和由装入燃料引起爆炸的风险也会更多。

此外根据现有技术，烃加工工业常见两个或三个相分离器，这些相分离器在斯托克斯 定律(Stokes law)的基础上工作，用于分离乳液中的液体和溶液中的气体，这种分离非 常慢。

发明内容

本发明的一个目的是克服上述缺点，提供一种建立在伯努利定律(Bernoulli law)基 础上的方法，根据伯努利定律，在表面上移动的流体会使作用在该表面上的压力降低，应 用该定律的一个显著的例子是飞机机翼的托举，由于机翼的拱起的外形(拱背)，使得机 翼上表面的空气移动速度快于其下表面的空气移动速度，从而使得机翼上表面或拱背上的 压力降低大于其下表面或拱下面的压力降低，由于两个表面上的这种压力的差异，产生了 一个向上的力，从而托起机翼。

因此，本发明应用上述降压原理，通过增加在表面上移动、并与该表面相切的气体的 速度，从而在处理装置内产生局部压力降低，激起乳液和/或溶液中流体的分离，和/或流 体组分的低压蒸馏，然后处理和再生被蒸发组分。如前所述，以相切方式射向自由表面的 气流会使气液接触面上的压力降低，使得气压较低的组分逐渐从液体中分离出来，且使比 重较小的溶解气体和乳液中液体更快移向所述表面。

根据本发明，液体自由表面特定部位的局部压力降低通过倚着所述自由表面的特定部 位喷射气流、并使气流与所述部位相切来实现，在与所述表面接触之前，所述过程气流与 所述表面之间成0°-30°角。优选地，所述角为5°。被射向所述表面的过程气为可与处理罐 内盛放的液体兼容的气体或者惰性气体，以消除与所述液体本性有关的任何固有风险，如 失火、污染、爆炸等。

可将所述气流施加于盛放在封闭处理罐内的液体的自由表面的特定部位，或者施加于 所述液体将流过的特定表面，以提高面积/体积比，以及分离产量和处理的液体量。在这种 情况下，所述表面可为平面或设想的任何其它可实现预想目的的合适形状的表面，所述形 状优选为飞机机翼的拱背形状。因此，对本发明的方法进行改进的一个途径是使用一个平 台，该平台的表面上流动有待处理液体，使得所述平台的自由表面上的液体的面积/体积比 升高，并将气流以相切方式射向所述表面，所述过程气流在与所述表面接触之前与该表面 成特定角度，该特定角度可在0度到30度之间变化，优选为5度。根据上述内容，所述 平台具有机翼的拱背的形状。根据本发明的方法与现有技术中的方法相比具有新颖性，本 发明的方法即：通过靠着液体自由表面以相切方式喷射过程气流，所述气流在接触所述表 面之前与所述表面成特定角度，从而在封闭处理罐内的液体的自由表面的特定部位产生局 部压力降低。本发明尤其可应用于石油产品，但也可应用于其它流体，特别是用于乳液中 水的分离和原油或其子产品溶液中气体的分离，和/或用于原油或其子产品的组分的蒸馏， 本发明通过原油或其子产品的表面的特定部位上的压力降低来实现上述目的，且不会在处 理罐或容器的内环境内产生局部真空或超压，本发明的方法与现有技术中用于同样目的的 方法相比，在处理速度、能量消耗方面更优，且更便宜和安全。

本发明的一个实施方式是封闭处理罐，在该罐内只有所述液体的自由表面的一个特定 部位上有压力降低，通过靠着所述液体的自由表面的所述特定部位喷射过程气流，从而在 所述液体的自由表面的所述部位与所述过程气流之间的接触区域产生压力降低，这种压力 降低不会影响到所述罐内的总压力，该总压力没有任何降低，因此不会有外界气体进入罐 内，也不会有随着外界气体的进入而带来易燃混合物的形成和爆炸的风险。

本发明的方法的一个应用是原油的分离，包括将来自油井的原油与水分离，其中原油 与水形成乳液，还包括将原油与原油溶液中的部分气体分离。使贮存在处理罐内的原油流 过一个平台的上方，该平台设在罐内，高出所述原油的自由表面一定距离，可将所述平台 加热或不加热，使气流倚着所述平台撞向流动于平台上的原油的所述自由表面并与该表面 相切，在撞上之前，气流与所述表面成一角度，该角度在0度到30度之间，优选为5度， 通过上述过程，所述自由表面上的压力降低，使原油连续循环，直到实际发生水向容器底 部移动、并从底部被排出，以及原油溶液中的气体被释放，从而获得理想的最终产品时为 止，所述最终产品即具有较小百分比的水和通过脱气而稳定在所需温度下的原油。本发明 的范围还包括在处理罐内设置若干个串联的其它平台。

本发明的方法的另一个应用包括将来自上述过程的水与残留的烃分离，以使这些水在 达到烃浓度约15ppm或更少时可被注入底土中而不因这些烃污染现有的井区，所述水的 处理方法与上段中相同。由于平台上的压力降低，比水轻的原油小滴或气体趋向于蒸发， 它们或者被所述气流带走，或者浮现于所述表面、随后被倒出。

本发明的范围还包括过程气流的喷射与待处理乳液或溶液形成顺流或逆流形式。

本发明的范围也包括本发明的方法可在水力旋流器内实施。已知对于体积一定的装 置，水力旋流器可使装置与过程气流的接触面积更大。所述过程气被倚着所述原油喷射， 所述原油包含水和气体，在水力旋流器内的离心过程中，所述水和气体被倚靠着所述水力 旋流器的壁离心分离，形成截锥形的内部自由表面，其中烃与所述轴之间、水与所述壁之 间更近。接着所述过程气流被喷射到环形表面上并与之相切，该过程气流在接触所述表面 之前与所述表面成一定角度，该角度可在0度到30度之间变化。优选地，所述角度为5 度。通过这种方式，可在所述气体和所述液体之间获得圆柱形接触面，这使得对于装置体 积一定的情况，可在更大的表面上应用所述局部压力降低方法。所述水力旋流器可独立安 装，或者也可集成为所述处理装置的一部分。

本发明的范围还包括在独立设备中实施所述方法，或者将某设备插入所述处理装置 中，所述设备包括但不限于贮存罐、脱水和脱气罐、相分离器。

本发明的范围还包括用文丘里管在表面上形成局部部分真空。已知文丘里管是用于流 体运动的静态仪器，它利用由驱动流体的运用而形成的部分真空来工作。

由文丘里管带来的吸力会引起存在于处理设备中的气体的运动，这些气体在所述气体 的自由表面上运动将导致这个区域的局部压力降低。

在所述过程气越过所述液体的所述自由表面之后，从所述液体中逸出的各组分在过程 气中达到饱和，随后处理过程气，通过交换器将这些组分分离出来，所述变换器可冷却所 述过程气并浓缩所述被分离气体，这些被分离气体被带出所述装置、用于下一步处理。所 述贫化气体将回到所述处理装置中、再被用作过程气，或者在必要时，再加入另一种过程 气。用适当校准和可快速开启的安全阀来控制任何由于操作不当带来的总压上升。与现有 技术相比，本发明的方法可节省能量，因为只需移动为获得局部部分真空所必需的气体量， 且不需将所述处理装置设计为抗负压的。

本发明还涉及用于实施所述方法的装置。

附图说明

以下将通过例证而非限定的方式，结合附图和实施例来对本发明进行详细说明，其中：

图1为处理罐横截面的简化示意图，罐中正在进行本发明的理论过程；

图2为处理罐横截面的另一个简化示意图，罐中正在进行本发明的理论过程；

图3为用来实施本发明的方法的装置的局部剖视示意图；

图4为包括用来实施本发明的方法的水力旋流器的装置的局部剖视示意图；

图5为正在实施本发明的方法的水力旋流器的局部剖视示意图；

图6为用来实施本发明的方法的另一种装置的局部剖视示意图；

图7为用来实施本发明的方法的又一种装置的局部剖视示意图。

具体实施方式

图1展示了实施本发明的方法的一种理论途径，其中，带有乳化水和溶解气的原油， 即待处理原油2，通过输入管2a被导入到封闭处理罐1中，所述原油2将一直贮存在所 述处理罐1中，直到处理后，通过输出管8在静态或动态下离开(即：在原油2进入罐中 的同时，已被处理过的原油离开该罐)。用压缩机4压缩过程气3，通过喷射器4a将过程 气流3从切线方向喷射到原油的自由表面上，在到达所述表面之前，所述过程气流3与所 述原油的自由表面成一特定角度，该角度可在0度到30度之间变化，优选为0-8度，更 优选为5度。在过程气流3的影响区域内，在原油的所述表面上形成了压力降低的局部区 域5。进入压缩机4的气体为所述罐中存在的实际气体或者通过管道21从外界进入的兼容 气体，或者二者的混合物。

在压力降低的局部区域5，气体和乳化水将从原油2中分离出来，其分离速度取决于 过程气3的速度，这种分离导致被贮存的原油界面上产生了压力降低的局部区域5，并形 成气体混合物6，该气体混合物6通过压力调节阀7离开所述罐，可直接进入下一处理过 程或全部返回或通过三向控制阀9部分返回。

通过石油工业中现有的压力调节阀7和超压快速释放阀10的作用，可将所述原油的 自由表面上的气体压力维持为封闭处理罐内的整体工作压力。

分离出来的水将会由于重力的作用而慢慢落到罐底，并通过底部管道11以通常方式 排入石油工业的贮存罐中。

所述脱气脱水油通过输出管8离开所述封闭处理罐1、进入下一步处理或输出。

图2展示了实施所述方法的另一种理论途径，其中，通过输入管2a将带有乳化水和 溶解气的原油，即待处理原油2输入封闭处理罐1中、喷洒在板2b上。所述原油被贮存 起来直到其通过输出管8以静态或动态离开时为止。用压缩机4压缩过程气3，通过喷射 器4a将过程气流3从切线方向喷射到原油的自由表面上，在到达所述表面之前，所述过 程气流3与板2b上的所述原油的自由表面之间成一特定角度，该角度可在0度到30度之 间变化，优选为0-8度，更优选为5度。进入压缩机4的气体为所述罐中存在的实际气体 或者来自外界的兼容气体，或者二者的混合物。

在压力降低的局部区域5，气体和乳化水将从原油2中分离出来，其分离速度取决于 过程气3的速度，这种分离导致被贮存的原油界面上产生了部分真空，并形成气体混合物 6，该气体混合物6通过压力调节阀7离开所述罐，可直接进入下一处理过程或全部返回 或通过三向控制阀9部分返回。

通过石油工业中现有的压力调节阀7和超压快速释放阀10的作用，可将所述原油的 自由表面上的气体压力维持为封闭处理罐1内的整体工作压力。

分离出来的水将会由于重力的作用而慢慢落到罐底，并通过底部管道11以通常方式 排入石油工业的贮存罐中。

所述脱气脱水油通过输出管8离开所述封闭处理罐1、进入下一步处理或输出。

图3展示了对带乳化水和溶解气的原油即待处理原油2进行脱水脱气处理的装置，所 述待处理原油2通过输入管2a进入封闭处理罐1。所述原油通过泵2c压缩、经柔性铰接 管2d喷洒到板2b上，板2b和铰接管2d均由漂浮物16支撑，因此可随着封闭处理罐1 内水平面的变化而调整位置。处理过的原油被贮存起来直到其通过输出管8以静态或动态 离开时为止。

过程气3经压缩机4压缩形成气流，该过程气流3通过喷射器4a从切线方向喷射到 原油的自由表面上，在到达所述表面之前，所述过程气流3与板2b上的所述原油的自由 表面之间成一特定角度，该角度可在0度到30度之间变化，优选为0-8度，更优选为5 度。同时喷射器4a也结合并连接至板2b，因此喷射器4a也可随着封闭处理罐1内原油 平面的变化而调整位置。

罐中所存气体回流经过交换器14之后进入压缩机4，必要时，进入压缩机4的气体还 包括来自外界的兼容气体21。交换器14通过管道14a接收气体混合物6，用外部制冷剂 15冷却所述气体混合物6。交换器14的冷凝物通过管道19进入下步处理过程，而来自交 换器14的气体被吸入压缩机4再供应给所述罐1，必要时，如前所述，还可加入来自外界 的兼容气21，或者如果释放到区域5的气体过多时，这些多余的气体可输出到下步处理过 程。

可用热交换器17加热所述板2b，这将加快所述过程，从而加快乳化水和溶解气的分 离。所述热交换器17由外部加热流体18供热。

通过石油工业中现有的压力调节阀7和超压快速释放阀10的作用，可将所述原油的 自由表面上的气体压力维持为封闭处理罐1内的整体工作压力。

分离出来的水将会由于重力的作用而慢慢落到罐底，并通过底部管道11以通常方式 排入石油工业的贮存罐中。

所述脱气脱水油通过输出管8离开所述封闭处理罐1、进入下一步处理或输出。

图4展示了对带乳化水和溶解气的原油即待处理原油2进行脱水脱气处理的装置，所 述待处理原油2通过输入管2a进入封闭处理罐1。所述原油通过泵2c压缩、经过管2d 进入水力旋流器1A。

所述水力旋流器1A的外壁可用合适的装置加热。水力旋流器1A内的离心力使原油分 散到截锥面3b上。过程气3经压缩机4压缩，该压缩机4具有带环形输出口的喷射器4a， 从所述喷射器4a的环形输出口喷射出的过程气流3从切线方向射到原油2的自由表面上， 在到达所述表面之前，所述过程气流3与所述原油的自由表面之间成一特定角度，该角度 可在0度到30度之间变化，优选为0-8度，更优选为5度。这样就形成了压力降低的局 部区域5，随之在该区域5发生原油中乳化水和溶解气的分离。

使所述压力降低的局部区域5形成的所述过程气3，加上被分离出来的烃和/或被蒸发 出来的水，一起构成所述混合气6。

所述交换器14直接接收来自所述水力旋流器1A的所述气体混合物6，用外部冷却剂 15冷却所述气体混合物6。交换器14的冷凝物通过管道19进入下步处理过程，而来自交 换器14的气体经管道20进入所述罐1，必要时，如前所述，还可加入来自外界的兼容气 21，或者可输出到下步处理过程(通过三向阀9)。这些再次进入的气体将继续经压缩机 4压缩并回到水力旋流器1A中。

所述通过输出管12离开所述水力旋流器1A，经管道12a回到封闭处理罐1中，或者 经管道12b直接进入下步处理过程或输出；回到所述封闭处理罐1中的所述脱气脱水油再 通过输出管8离开所述封闭处理罐1、进入下步处理或输出。

用石油工业中现有的压力调节阀7和超压快速释放阀10将所述原油的自由表面上的 气体压力保持为封闭处理罐1内的整体工作压力。

罐中任何由于重力作用而分离出来的水，将会由于重力的作用而慢慢落到罐底，并通 过底部管道11以通常方式排入石油工业的贮存罐中。

图5展示了对带乳化水和溶解气的原油即待处理原油2进行脱水脱气处理的装置，所 述待处理原油2被导入到水力旋流器1A中，该水力旋流器1A类似于图4中的水力旋流 器1A，但此处的水力旋流器1A是一个独立的装置，也就是说，本实施例中省去了封闭处 理罐1，而所述水力旋流器1A的其它有关功能均如图4中实施例所述。

所述脱气脱水油将通过输出管12离开所述水力旋流器1A进入下步过程。

图6为包含三相分离器的处理装置的示意图，该处理装置用于对带乳化水和溶解气的 原油即待处理原油2进行脱水脱气处理，其中，根据背景技术，所述原油2通过输入管2a 进入封闭处理罐1，移过区域2e直到截留板2f，其中，原油由于其密度较小而流向分离 器的局部2g、再通过输出管8离开；水由于其密度较大而流向区域2e的底部，再从底部 通过底部管道11排出。所述溶解气缓慢分离出来并通过底部管道11排出。为了使这一装 置适于实施本发明的方法，使其更有效率、更快速地分离乳化液和溶解气，本发明为该装 置增加了压缩机4、喷射器4a和三向控制阀9。

过程气流3经压缩机4压缩后通过喷射器4a从切向喷射到原油的自由表面上，在到 达所述表面之前，所述过程气流3与所述原油的自由表面之间成一特定角度，该角度可在 0度到30度之间变化，优选为0-8度，更优选为5度。进入压缩机4的气体为所述罐1 中存在的实际气体或者通过管道21从外界进入的兼容气体，通过三向控制阀9进行选择。 在所述过程气流3的影响区域、在所述原油表面上形成了压力降低的局部区域5。

在压力降低的局部区域5，气体和乳化水将从原油2中分离出来，其分离速度取决于 过程气3的速度，这种分离导致被贮存的原油界面上产生了部分真空，并形成气体混合物 6，该气体混合物6通过管道20离开所述罐，进入下步处理过程。由于形成了所述局部部 分真空，原油将更快的与水分离。通过石油工业中现有的压力调节阀7和超压快速释放阀 10的作用，可将所述原油的自由表面上的气体压力保持为封闭处理罐1内的整体工作压 力。

图7展示了对带有乳化水和溶解气的原油即待处理原油2进行脱水脱气处理的装置， 所述待处理原油2通过输入管2a进入封闭处理罐1、在进入时喷洒到板2b上。所述原油 被贮存起来直到其通过输出管8以静态或动态离开时为止。

接着用文丘里管13的吸入嘴13a在散布于板2b上所述原油2的自由表面上创造出压 力降低的局部区域5，用外部气体21作为文丘里管中的驱动流体，以产生可使所述压力降 低的局部区域5形成的吸力。罐1中的某些所述过程气，在其通过管道20和三向阀9进 入交换器14完成再生后，可作为所述外部气体供应(给文丘里管)。

所述过程气在通过文丘里管的吸入区13a之后，带走气体混合物6，该气体混合物6 由从原油中释放出来的溶解气和封闭处理罐1中所存的气体组成。所述气体混合物6进入 交换器14。该交换器14通过管道13b接收气体混合物6，用外部冷却剂15实现冷却。 交换器14的冷凝物通过管道19进入下步处理过程，而来自交换器14的气体3则供应给 所述罐1。必要时，根据区域5中释放的气体的体积，回到罐中的所述气体部分将完全再 流通，或者部分地经管道20和三向阀9a进入压缩机4，或者整体或部分输出到下步处理 过程20a。

用石油工业中现有的压力调节阀7和超压快速释放阀10将所述原油的自由表面上的 气体压力保持为封闭处理罐1内的整体工作压力。

分离出来的水将会由于重力的作用而慢慢落到罐底，并通过底部管道11以通常方式 排入石油工业的贮存罐中。

所述脱气脱水油通过输出管8离开所述封闭处理罐1、用于下步处理或输出。

虽然在以上实施例中已对本发明作详细描述，但仍很可能对本发明作出修改，例如， 将图3的实施例修改为原油2直接喷洒到板2b上；或者将图7的实施例修改为板2b安装 在漂浮物上，吸入嘴13a通过相应的管道连接至板2b，从而使其能随着罐1内油面的变 化而改变位置，原油2的输入管2a可设计为柔性并连接至板2b，从而使其也可随着罐1 内油面的变化而改变位置。

以上是本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的 精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。