本發(fā)明涉及油田原油脫水環(huán)保技術，尤其涉及一種油田原油微波電磁波破乳脫水環(huán)保處理設備及其工藝流程。

背景技術：

1、在開采原油的生產過程中發(fā)現原油脫水的問題是一個很嚴重的問題，是開發(fā)利用新能源的攔路虎。采用陸上油田原油脫水的傳統(tǒng)方法，已經無法使原油完全脫水，含水率小于0.3％的標準。問題發(fā)現并提出后，各個有研究條件的單位紛紛投入研究并小試，終于發(fā)現，“原油微波幅射破乳脫水”是一個又快、又好的工藝方法，無需添加破乳劑，達到完全脫水時間只需1min左右，占地面積很小。而傳統(tǒng)原油脫水工藝復雜、占地面積龐大，沉淀時間長達72h左右，這是新開發(fā)的油田不可承受之痛。

2、在實驗室完成的原油微波電磁波脫水的微波試驗數據和微波處理方法非常成功。問題來了，能否實現工業(yè)化投入生產，這里就出現了問題。

3、原油中往往都含有水，而原油含水對原油的儲存、運輸和煉制都存在有很大的危害并會帶來諸多問題。選擇高效節(jié)能的原油脫水方法在油田生產和石油加工過程變得越來越重要，原油脫水技術的好壞直接影響產油的成本及對環(huán)境造成污染的程度。微波原油破乳脫水作為一種新型高效、節(jié)能脫水技術，越來越受到石油用戶的青睞。國內許多高校、研究單位對微波原油破乳脫水技術做了許多實驗室的或者小型現場試驗研究。研究結果表明微波電磁波破乳脫水較傳統(tǒng)化學脫水、加熱脫水方法速度快、效果好、節(jié)約能源、避免了二次污染。但由于微波大功率源，微波原油加工工藝的瓶頸制約，此項技術在工程化應用方面一直沒有得到有效進展。

4、怎樣把實驗室研究出來的數據，轉化為實現工業(yè)化生產，這個環(huán)節(jié)很重要，首先得研究出一套完整的原油脫水實現工業(yè)化的工藝與裝備，要實現這一工藝與設備，就必須首先解決流體微波工業(yè)化的最大難題。

5、流體微波工業(yè)化的最大難題是什么？兩個問題，一是流體管道必須緊湊并且接受微波電磁波是一個面接觸；二是流體物料接受微波源的接受程度要高。換句話說，每一滴流體物料都能接受到微波。

6、流體微波工業(yè)化的最大難題是微波腔內的管道布局，傳統(tǒng)的方法采用圓形管道，圓形管道對于小于1m3/h的流量的流體都無法布局，對于大流量的流體就更難以支持了。

7、美國帝國石油(iprc)公司微波分離專利mst技術是一種新型高效的原油脫水方法，具有脫水速度較快、效率較高且不會產生二次污染的優(yōu)點。mst技術設備包括：微波系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、離心分離器、水冷卻和乳化分析。經典的微波破乳系統(tǒng)原理樣機及技術參數如圖12所示。

8、表1?iprc車載式微波分離系統(tǒng)技術參數

9、

10、美國在原油微波電磁波破乳脫水的環(huán)保工藝與設備技術方面，已經走在我國的前面，已在十幾年前實現了流體微波電磁波破乳脫水的工業(yè)化。

技術實現思路

1、本發(fā)明的目的就在于克服現有原油破乳脫水嚴重問題，提供一種油田原油微波電磁波破乳脫水環(huán)保處理設備及其工藝流程，使原油微波電磁波脫水在實驗室的完美數據以后，實現原油微波電磁波脫水的工業(yè)化。

2、本發(fā)明的目的是這樣實現的：

3、微波腔內方形管道的設計是：原油流體流量15m3/h(0.0041666m3/s)，采用125mm×125mm(0.0156m2)方形管道，流體在方形管道的線速度為0.267m/s，設流體在方形管道內運行1min(60s)，則方形管道長度是0.2627×60＝16m，將16m分成9管，形成9方孔方型體，則長度16/9＝1.777m，故設計方型管道磁控管反應器總裝置(1000)的總長度為2000mm。

4、微波電磁波功率的計算公式：

5、

6、p-耗用的微波功率，千瓦；

7、δt-物料的溫升，度；

8、c-物料的比熱，千卡/公斤/℃

9、w-物料的重量，公斤；

10、t-微波作用的時間，小時

11、微波功率公式變形計算如下：

12、

13、這里需要說明的是，原油的含水量為30％，原油的油量為70％。

14、定義

15、水的比熱容是4200j/(kg·℃)。

16、它表示質量是1kg的水溫度升高1℃時吸收的熱量為4200j。

17、原油的比熱容與水的比熱容很相近，取4200j。

18、管道內原油重量＝(16.02x0.0156)x1000＝249.912(kg)

19、原油在方形管道內的運行時間＝1min＝0.01666(h)

20、

21、微波腔內方形管道長度是0.2627x60＝16m，總功率為240kw，微波溫升3.28度。

22、

23、美國帝國石油(iprc)公司微波分離專利mst技術是一種新型高效的原油脫水方法，具有脫水速度較快、效率較高且不會產生二次污染的優(yōu)點。mst技術設備包括：微波系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、離心分離器、水冷卻和乳化分析。經典的微波破乳系統(tǒng)原理樣機及技術參數如下所示。

24、表1?iprc車載式微波分離系統(tǒng)技術參數

25、

26、與美國帝國石油(iprc)公司微波分離專利mst技術相比，技術參數基本相同。

27、美國帝國石油(iprc)公司微波分離專利mst技術計算如下：

28、原油流體流量7m3/h(0.001944m3/s),采用直徑50mmⅹ50mm管道(0.01962m2)方形管道，流體在管道的線速度為0.99m/s，設流體在方形管道內運行1min(60s)，則管道長度是0.99ⅹ60＝59.4m，管道內物料的重量為116.5725kg。

29、

30、一種微波電磁波破乳反應器處理系統(tǒng)設備及其工藝的中國發(fā)明專利的設計參數與美國帝國石油(iprc)公司微波分離專利mst技術參數相比，非常相近，我們的微波提升溫度為：

31、3.28度，美國帝國石油(iprc)公司微波提升溫度為：2.19度。這一數據說明：微波電磁波破乳反應器不僅具有熱效應，而且還具有非熱效應。

32、熱效應：微波破乳時形成高頻電磁場，由于水分子吸收微波的能力比界面膜的油分子吸收能力強，內相水滴吸收更多的能量而膨脹，使界面膜受內壓變薄。同時界面膜中的油由于受熱而溶解度增高，使得界面膜的機械強度變低而更容易破裂。

33、非熱效應：極性的水分子和帶電液珠隨電場變化而迅速轉動或產生電荷位移，擾亂了液—液界面間電荷的有序排列，從而導致雙電層結構破壞及zeta電位急劇減小，當水(油)分子失去zeta電位的作用后，自由上下運動、碰撞聚結，使得油水分離。此外，微波形成的高頻磁場使非極性的油分子磁化，形成與油分子軸線成一定角度的渦旋電場，該電場能減弱分子間的引力，降低油的粘度，從而增大油水的密度差，使乳狀液更易破乳脫水。

34、此設計最大的優(yōu)勢是方型管道布局緊湊，占地面積小，如果采用圓形管道其占地面積之大，就不可接受了，也就無法實現工業(yè)化。

35、具體地說：

36、一、油田原油微波電磁波破乳脫水環(huán)保處理設備

37、由依次連接的方型管道磁控管反應器總裝置、工作柜系統(tǒng)裝置和冷卻塔系統(tǒng)裝置組成。

38、二、油田原油微波電磁波破乳脫水環(huán)保處理工藝流程

39、見具體實施方式。

40、本發(fā)明具有下列優(yōu)點和積極效果：

41、①原油微波電磁波破乳脫水的的時間只需1min，不需要添加任何添加劑就能達到完全破乳；

42、②原油微波電磁波破乳脫水工藝簡單，微波電磁波+壓力旋流油水分離器即可完成完全脫水，脫水率達到99.67％，達到原油脫水技術指標0.3％；

43、③原油微波電磁波脫水設備結構緊湊高效、占地面積小、運行成本低，耗電只需10-16kw/m3；而采用傳統(tǒng)的脫水工藝復雜，沉淀時間長達72h，破乳劑費用大，耗電嚴重達到39kw/m3。