标题：旋液分离技术
技术简介
旋液分离技术：
流程性工业过程总会产生大量“污水”“污气”等，如石油开采中采出液、石油炼厂油浆固旋液分离技术资料图(3张)液等，都需要进行分离处理，我们经过多年开发研究多项旋液分离技术与设备，分离单元从10到150mm不同系列，设备处理量从小于1m3/h到上百方/h等，可以根据不同要求进行设计与选用。 
本技术主要可分离液固、液液（如油和水体系）、气液、气液固多相体系，应用领域极广，典型应用领域如表6中所示。
表6 旋液分离技术可应用领域工业领域 应用范围 
淀粉工业 1、粗分离去除皮屑、胚芽 
2、去沙子 3、去除蛋白质、纤维 
4、脱水 食品及饮料 1、去除啤酒中大部分酵母、澄 
清麦芽汁 
2、去除牛奶中固形杂质、脱脂 3、食用油脱水澄清 
4、葡萄酒生产中洗涤回收品种 
5、制糖时清净糖汁 石油化工 1、含油废水的去油 
2、原油脱水 
3、原油、气去砂 
4、脱气、脱硫 
5、催化剂回收 
6、聚合物洗涤 
7、粒度分级 
8、热交换系统中去除固体 9、添加剂的去除和回收 
10、过滤器助滤剂预涂 
11、水中去酚（碳酸） 
12、结晶回收 
13、塑料粒子脱沫 
14、石灰乳去杂 
15、污水除固 造纸工业 1．去砂、去杂或去粗料； 1. 纸张涂料的制备； 2. 造纸废水的处理 
洗涤、选矿 1、去杂质；2、分选；3、脱水；4、回填料操作中的分级与脱水 
高岭土、水泥工业 1、洗涤去杂；2、旋流分级；3、脱水；4、污水处理 
三废处理 1、薯类生产酒精蒸馏糟液处理中； 
2、生化厂、食品厂等工业，生活废水 
3、烟气脱硫除尘； 4、废渣洗涤与回收有用成分 
钢铁工业 1、浓缩悬浮液；2、去除废气中固体杂质；3、轧钢废水处理 
其 他 1、净化回收切削液、冷却液；2、磨料分级去末；3、压缩机进气去水等 
水力旋流器在石油工业中的应用极为广泛，几乎涉及到所有分离领域，特别是在固液分离和液液分离过程中。
⑴ 钻井液固相控制 
固液分离的典型应用是石油钻井过程中钻井液的固液分离。用于分离钻井液中固相颗粒的旋流器按直径大小可分为除砂器。除泥器和微型旋流器三大类。
① 除砂器
直径在150～300mm的旋流器称为除砂器。在工作压力为0．2MPa时，单个旋流器的处理量为20～120m3/h分离粒度在40～74μm。在设计选型使用中，其额定处理量应为钻井液最大排量的125%。
② 除泥器 
直径为100mm和125mm的旋流器称为除泥器 在工作压力为0.2MPa时，单个旋流器的处理量为10~15m3/h 正常工作时，除泥器能清除95%大于40μm的钻屑和50%大于15μm的钻屑，并能同时除去12~13μm的重晶石，因此不能用来处理加重钻井液 在设计选型使用中，其额走处理量应为钻井液最大排量的125%~150% 
③ 微型旋流器
直径50mm的旋流器称为微型旋流器 在工作压力为0.2MPa时，单个旋流器的处理量不低于5m3/h，其分离粒度在5~10μm 主要用于处理非加重钻井液,除去超细颗粒 

图3 （多管）微型旋流器组⑵ 用于原油预处理
① 采出液除砂 
目前，国内油田地面集输系统多采用大罐沉降除砂方法，致使流程不密闭油气损耗大。近年来，国外已逐渐采用旋流密闭除砂技术来进行油田地面集输系统的除砂和清砂（如图4-6），此类除砂系统运行安全可靠、维修方便。 


图4 集油系统密闭除砂流程示意图 
1—脱气器 2—旋流除砂器 3—储砂斗 
4—洗砂槽 5—缓冲罐 6—污油回收泵 
7—砂泵 8—砂脱水器 9—排砂斗 
10—运砂小车 11—外输泵 图5 海上旋流器除砂流程图 
1—分离器 2—旋流器A 3—旋流器B 
4—浮选罐 5—增压泵 6—文丘利喷管A 
7—文丘利喷管B 

图6 井口采出液旋流除砂流程简图 图7 简易水力旋流器分离工艺流程图 
图8 油田地面分离工程旋流化流程示意图 
② 原油脱水（预分离）、污水除油 
我国大部分油田采用注水方式采油，且大都已进入高含水期。尽管近些年来国内油田的水处理技术发展较快，但同国外相比差距较大，还不能完全适应国内油田发展的需要。随着我国对污染治理力度的加大，以及人们对油田采出水经处理后作为采油注水具有一系列优点的认识不断提高，油田采出水经深度处理后排放或回注已愈来愈受到人们的重视。图7、图8分别为水力旋流工艺流程图。 
③ 井下油水分离与回注 
20世纪90年代以来，发现大型优质油田的可能性减少，早期投入开发的老油田也逐渐衰竭。进入新的21世纪能源危机日益加剧，能源问题已经成为制约我国经济持续发展的“瓶颈”。如何重新焕发老油田的生机为国家多献石油，已成为一个重要课题摆上日程上来。近几年国际原油价格一直居高不下，使本已达到经济开采极限的油井重新获得开采开发的可能，并带来一些高新技术的投入应用，为油田的发展提供了技术支持和保证。因此，对井下油水分离技术进行深入研究迫在眉睫。经过大量的实验研究，我室已开发出一种井下多相分离装备系统，急待进行工业现场放大试验。 
图9、图10分别为在研的井下油水分离与回注系统示意图。 
图9 电潜泵采油举升系统图图10 有杆泵井下分离系统图 
技术应用

旋流分离技术在石油化工行业中的典型应用
⑴ 含油污水旋流分离技术
国内石化企业污水处理一般仍采用“老三套”技术， 即“沉降、隔油—浮选—生化”。该技术的优点是造价较低； 缺点是占地面积大，油水分离效果差，对污水中溶解油、乳化油和分散油不能有效去除。随着重质、劣质原油掺炼比例不断提高、含油污水乳化程度加剧，该设施已不能满足清洁生产要求。 
油水旋流分离技术是20世纪80年代发展起来的一种高效节能分离技术，其关键部分是水力旋流器，可分离几个微米以上的油水混合物。与其它除油设备相比，水力旋流器具有结构紧凑、体积小、重量轻、除油效率高、无运动部件、使用寿命长、流程密闭无污染等优点。在处理量和除油性能相同的条件下，其重量仅为其它除油设备的1/10，体积是其它设备的1/15，工程建设投资降低50%左右，与二级气浮相比较，一次性投资仅为二级气浮（包括浮渣处理设备）的50%，占地面积仅为二级气浮的1/25。可广泛用于油田、炼油厂、化工、机械等行业的含油污水处理工程。 
表7 旋流除油技术与其它几种除油技术的比较 

除油器类型 旋流分离 APIPPICPITPI停留时间（min） 2-3秒 30609090可去除最小油滴粒径（μm） 51506030-6030-50进口含油量（ppm） 5001000100010001000出口最低含油量（ppm） 103010-201010占地面积（以API为基准） 1/2511/21/31/3油分移去方式 自动排油 撇油管集油 压力差自动 撇油管自动 撇油管自动 板的清洗 无 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 有油味散发及火灾危险 水封、安全 塑料盖板、较安全 塑料盖板 
较安全 注：API：平流式隔油池；PPI：平行板式隔油池；CPI：波纹板式隔油池； 
TPT：斜板式隔油池等 
① 电脱盐装置含油污水 
电脱盐含油污水中的油组成较为复杂，主要成分为乳化较为严重的劣质、重质原油。由于原油是一组成、极性和相态都非常复杂的有机混合体。根据胶体化学理论，按污水中原油油滴粒径大小及稳定性通常分为浮油、分散油、乳化油、溶解油四类。 
从电脱盐含油污水含油形态分析来看，重力沉降难以对电脱盐污水含油进行有效分离，因此必须采用更为有效的旋流分离方法。含油污水的性质对旋流器性能的影响包括油滴粒径分布、污水粘度和温度、油水密度差等因素。 
图11是我室为某炼油厂电脱盐装置污水旋流分离器设备安装现场图片，图12为分离流程示意图。 
图12 电脱盐装置污水旋流分离流程示意图 
表8 电脱盐含油污水旋流分离有关操作参数及性能指标 

参 数 数 值 
操作参数 入口压力Pi MPa>0.40入口温度t ℃ 30~80
污水含油浓度Ci mg/l~200000（20%v/v） 

油水密度差Δρ g/cm3>50性能指标 处理能力Q t/h3~500（根据需要设计） 操作压力降 MPa0.25~0.35 
净化水含油浓度Cu mg/l入口Ci <5000时：Cu <500
入口Ci >5000时：分离效率>90~95
污油回收率 %>90
其 他 结构材料 根据要求选材。 ② 催化裂化装置污水处理 
催化装置的污水超标时会携带大量污油进入原料水罐，虽然经过沉降分离，但是仍有部分污油进入污水汽提装置，使汽提塔的操作紊乱，汽液相平衡很难恢复，从而引起净化水及酸性气、氨气质量恶化，直接影响到下游装置的生产。因此，考虑在污水管线上增加油水分离设施，以减少进入原料水罐的污油量。 
工艺流程及配套设备 
基本工艺流程如图12、图13所示。 
旋流分离系统工作时，装置油水分离器来液经离心泵增压后进入水力旋流器入口，经旋流处理后的净化水经流量计计量后排向污水气提装置；从溢流口出来的富油液流经流量计计量后返回装置油水分离器上部。旋流油水分离器的处理量由泵的变频调速根据装置油水分离器的液位控制。另外，该系统还可以实现不走旋流器的旁通流程。 
图12 有泵污水分离流程 图13 无泵污水分离流程 
技术指标： 
处理能力：根据需要设计； 
分离器压力降ΔP<0.4MPa； 
净化水含油浓度<300mg/l或分离效率>95。 
③ 延迟焦化冷焦水（循环）旋流除油 
以旋流器为中心对焦化冷焦水进行处理，基本原则流程如图18所示。其溢流部分（污油）返回冷焦水罐进行循环除油，底流（水）经空冷系统冷却到50℃后进入冷焦水池。 
技术指标：处理能力可根据需要进行设计，分离器压力降ΔP<0.4MPa，净化水含油浓度<300mg/l或分离效率>90。 
④ 常减压装置减顶水预处理（图15） 
图15 减顶油水旋流分离流程示意图
⑵ 液固旋流分离技术
① 催化裂化油浆去除催化剂（液固分离） 
针对油浆催化剂分离这一技术问题，自93年以来，中国石油大学（华东）多相流分离实验室相继开展了催化油浆过滤技术、油浆旋流分离技术研究。研究结果表明对于FCC油浆的在线分离，旋液分离是一种可行的技术路线。采用旋液分离技术进行油浆中催化剂的分离，分离效率完全可以达到90%~97%，分离后油浆可以用作燃料油使用；若油浆需要作高附加值产品（譬如针状焦、碳纤维等），增加过滤分离流程是必要的，过滤技术较为成功的厂家主要有Mott和Pall公司。但对于高固含量油浆来说，过滤器前采取预分离手段是极为必要的，采用旋液分离技术进行油浆预分离，可以大大延长过滤器的反冲洗周期、提高过滤器的分离效果、延长过滤介质使用寿命。 
图16为催化油浆旋液分离流程方案示意图。 
图16 FCC油浆旋液分离流程方案示意图 
② 渣油除焦 
中国石油大学（华东）所开发的重油悬浮床加氢新工艺，达到世界先进水平。但从国内、外试验过程中发现，运行过程中胶质以微细催化剂颗粒和其它机械杂质为载体逐渐生成焦碳，由于排出不及时，出现焦炭堵塞反应器现象，影响了反应器正常运行，能否将焦炭等固相颗粒及时排出系统成为影响该工艺的工业化实现和长周期安全运转的关键因素。 
根据重油悬浮床加氢循环尾油高温、高压、大流量、高固含量、高胶质沥青质含量以及液固两相之间密度差较小等特点，对比分析石油化工生产中常用的重力沉降、旋流分离、过滤分离以及静电分离等液固分离方法，旋流分离法具有设备结构简单、工艺流程简单、操控容易等优点，尤其是具有工艺适应性好、操作稳定的优点，因而成为最为简单可行的技术路线。图17为悬浮床加氢循环尾油除焦用旋流器安装图片（1、2级）。 
a.一级安装图 b. 二级安装图 
图17 重油悬浮床加氢循环尾油除焦用旋流安装图（1、2级） 
③ 乙烯急冷油除焦 
HCC工业化试验所产生的急冷油浆中含有较高含量的催化剂颗粒等固态杂质，如果不能及时排除，急冷油浆系统中固体浓度将持续升高，会导致固体沉积和管路堵塞，从而影响了整套工艺的长周期运转和经济性。因而采用适宜分离技术排除油浆中固体、降低固含量，对于保证HCC工艺的长周期运行具有非常重大的实际意义。由于HCC油浆所处环境的特殊性：高温、高压、易燃以及油浆本身所具有高粘性，使得分离的难度很大。 
图18为“重油接触裂解直接制乙烯”工艺（工业试验）中急冷油液固体系分离用的旋流分离器现场安装图 
图18 重油接触裂解直接制乙烯工业试验中急冷油除焦用旋流分离器安装图 
④ 用于泵密封冲洗系统 
利用旋液分离器将泵出口中的部分液体进行净化除杂，净化液用于泵的密封冲洗系统。如图19所示。 
图19 泵密封冲洗系统用旋流器 
⑤海上油气井气固、气液分离 
海上油气一般采用经压缩机压缩后高压往陆上输送，但由于采出是油气中会带有部分细小砂粒和液滴，这就需要在压缩机设置气液或气固分离器将这些砂粒和液滴去除，其设计指标为： 
●基本去除5μm以上颗粒或液滴，大于10μm100%去除； 
●总分离效率大于98.5%；
●总压降不大于50kPa。