旋流分離技術在石油化工行業中的典型應用
⑴ 含油汙水旋流分離技術
國內石化企業汙水處理壹般仍采用“老三套”技術， 即“沈降、隔油—浮選—生化”。該技術的優點是造價較低； 缺點是占地面積大，油水分離效果差，對汙水中溶解油、乳化油和分散油不能有效去除。隨著重質、劣質原油摻煉比例不斷提高、含油汙水乳化程度加劇，該設施已不能滿足清潔生產要求。
油水旋流分離技術是20世紀80年代發展起來的壹種高效節能分離技術，其關鍵部分是水力旋流器，可分離幾個微米以上的油水混合物。與其它除油設備相比，水力旋流器具有結構緊湊、體積小、重量輕、除油效率高、無運動部件、使用壽命長、流程密閉無汙染等優點。在處理量和除油性能相同的條件下，其重量僅為其它除油設備的1/10，體積是其它設備的1/15，工程建設投資降低50%左右，與二級氣浮相比較，壹次性投資僅為二級氣浮（包括浮渣處理設備）的50%，占地面積僅為二級氣浮的1/25。可廣泛用於油田、煉油廠、化工、機械等行業的含油汙水處理工程。
表7 旋流除油技術與其它幾種除油技術的比較 除油器類型 旋流分離 API PPI CPI TPI 停留時間（min） 2-3秒 30 60 90 90 可去除最小油滴粒徑（μm） 5 150 60 30-60 30-50 進口含油量（ppm） 500 1000 1000 1000 1000 出口最低含油量（ppm） 10 30 10-20 10 10 占地面積（以API為基準） 1/25 1 1/2 1/3 1/3 油分移去方式 自動排油 撇油管集油 壓力差自動 撇油管自動 撇油管自動 板的清洗 無 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 有油味散發及火災危險 水封、安全 塑料蓋板、較安全 塑料蓋板
較安全 註：API：平流式隔油池；PPI：平行板式隔油池；CPI：波紋板式隔油池；
TPT：斜板式隔油池等
① 電脫鹽裝置含油汙水
電脫鹽含油汙水中的油組成較為復雜，主要成分為乳化較為嚴重的劣質、重質原油。由於原油是壹組成、極性和相態都非常復雜的有機混合體。根據膠體化學理論，按汙水中原油油滴粒徑大小及穩定性通常分為浮油、分散油、乳化油、溶解油四類。
從電脫鹽含油汙水含油形態分析來看，重力沈降難以對電脫鹽汙水含油進行有效分離，因此必須采用更為有效的旋流分離方法。含油汙水的性質對旋流器性能的影響包括油滴粒徑分布、汙水粘度和溫度、油水密度差等因素。
圖11是我室為某煉油廠電脫鹽裝置汙水旋流分離器設備安裝現場圖片，圖12為分離流程示意圖。
圖12 電脫鹽裝置汙水旋流分離流程示意圖
表8 電脫鹽含油汙水旋流分離有關操作參數及性能指標 參 數 數 值 操作參數 入口壓力Pi MPa >0.40 入口溫度t ℃ 30~80 汙水含油濃度Ci mg/l ~200000（20%v/v） 油水密度差Δρ g/cm3 >50 性能指標 處理能力Q t/h 3~500（根據需要設計） 操作壓力降 MPa 0.25~0.35 凈化水含油濃度Cu mg/l 入口Ci <5000時：Cu <500
入口Ci >5000時：分離效率>90~95 汙油回收率 % >90 其 他 結構材料 根據要求選材。 ② 催化裂化裝置汙水處理
催化裝置的汙水超標時會攜帶大量汙油進入原料水罐，雖然經過沈降分離，但是仍有部分汙油進入汙水汽提裝置，使汽提塔的操作紊亂，汽液相平衡很難恢復，從而引起凈化水及酸性氣、氨氣質量惡化，直接影響到下遊裝置的生產。因此，考慮在汙水管線上增加油水分離設施，以減少進入原料水罐的汙油量。
工藝流程及配套設備
基本工藝流程如圖12、圖13所示。
旋流分離系統工作時，裝置油水分離器來液經離心泵增壓後進入水力旋流器入口，經旋流處理後的凈化水經流量計計量後排向汙水氣提裝置；從溢流口出來的富油液流經流量計計量後返回裝置油水分離器上部。旋流油水分離器的處理量由泵的變頻調速根據裝置油水分離器的液位控制。另外，該系統還可以實現不走旋流器的旁通流程。
圖12 有泵汙水分離流程 圖13 無泵汙水分離流程
技術指標：
處理能力：根據需要設計；
分離器壓力降ΔP<0.4MPa；
凈化水含油濃度<300mg/l或分離效率>95。
③ 延遲焦化冷焦水（循環）旋流除油
以旋流器為中心對焦化冷焦水進行處理，基本原則流程如圖18所示。其溢流部分（汙油）返回冷焦水罐進行循環除油，底流（水）經空冷系統冷卻到50℃後進入冷焦水池。
技術指標：處理能力可根據需要進行設計，分離器壓力降ΔP<0.4MPa，凈化水含油濃度<300mg/l或分離效率>90。
④ 常減壓裝置減頂水預處理（圖15）
圖15 減頂油水旋流分離流程示意圖
⑵ 液固旋流分離技術
① 催化裂化油漿去除催化劑（液固分離）
針對油漿催化劑分離這壹技術問題，自93年以來，中國石油大學（華東）多相流分離實驗室相繼開展了催化油漿過濾技術、油漿旋流分離技術研究。研究結果表明對於FCC油漿的在線分離，旋液分離是壹種可行的技術路線。采用旋液分離技術進行油漿中催化劑的分離，分離效率完全可以達到90%~97%，分離後油漿可以用作燃料油使用；若油漿需要作高附加值產品（譬如針狀焦、碳纖維等），增加過濾分離流程是必要的，過濾技術較為成功的廠家主要有Mott和Pall公司。但對於高固含量油漿來說，過濾器前采取預分離手段是極為必要的，采用旋液分離技術進行油漿預分離，可以大大延長過濾器的反沖洗周期、提高過濾器的分離效果、延長過濾介質使用壽命。
圖16為催化油漿旋液分離流程方案示意圖。
圖16 FCC油漿旋液分離流程方案示意圖
② 渣油除焦
中國石油大學（華東）所開發的重油懸浮床加氫新工藝，達到世界先進水平。但從國內、外試驗過程中發現，運行過程中膠質以微細催化劑顆粒和其它機械雜質為載體逐漸生成焦碳，由於排出不及時，出現焦炭堵塞反應器現象，影響了反應器正常運行，能否將焦炭等固相顆粒及時排出系統成為影響該工藝的工業化實現和長周期安全運轉的關鍵因素。
根據重油懸浮床加氫循環尾油高溫、高壓、大流量、高固含量、高膠質瀝青質含量以及液固兩相之間密度差較小等特點，對比分析石油化工生產中常用的重力沈降、旋流分離、過濾分離以及靜電分離等液固分離方法，旋流分離法具有設備結構簡單、工藝流程簡單、操控容易等優點，尤其是具有工藝適應性好、操作穩定的優點，因而成為最為簡單可行的技術路線。圖17為懸浮床加氫循環尾油除焦用旋流器安裝圖片（1、2級）。
a.壹級安裝圖 b. 二級安裝圖
圖17 重油懸浮床加氫循環尾油除焦用旋流安裝圖（1、2級）
③ 乙烯急冷油除焦
HCC工業化試驗所產生的急冷油漿中含有較高含量的催化劑顆粒等固態雜質，如果不能及時排除，急冷油漿系統中固體濃度將持續升高，會導致固體沈積和管路堵塞，從而影響了整套工藝的長周期運轉和經濟性。因而采用適宜分離技術排除油漿中固體、降低固含量，對於保證HCC工藝的長周期運行具有非常重大的實際意義。由於HCC油漿所處環境的特殊性：高溫、高壓、易燃以及油漿本身所具有高粘性，使得分離的難度很大。
圖18為“重油接觸裂解直接制乙烯”工藝（工業試驗）中急冷油液固體系分離用的旋流分離器現場安裝圖
圖18 重油接觸裂解直接制乙烯工業試驗中急冷油除焦用旋流分離器安裝圖
④ 用於泵密封沖洗系統
利用旋液分離器將泵出口中的部分液體進行凈化除雜，凈化液用於泵的密封沖洗系統。如圖19所示。
圖19 泵密封沖洗系統用旋流器
⑤海上油氣井氣固、氣液分離
海上油氣壹般采用經壓縮機壓縮後高壓往陸上輸送，但由於采出是油氣中會帶有部分細小砂粒和液滴，這就需要在壓縮機設置氣液或氣固分離器將這些砂粒和液滴去除，其設計指標為：
●基本去除5μm以上顆粒或液滴，大於10μm100%去除；
●總分離效率大於98.5%；
●總壓降不大於50kPa。