液-液兩相聚結(jié)器在汽、柴油脫水中的應(yīng)用

李 超 郝麗娜

（1.中國石油大港石化公司，中國 天津300270；2.利豐海洋工程〈天津〉有限公司，中國 天津300457）

1 汽﹑柴油外觀渾濁問題的認(rèn)識(shí)

成品汽、柴油存放過程中常會(huì)出現(xiàn)外觀渾濁現(xiàn)象，通過對(duì)渾濁現(xiàn)象進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)汽﹑柴油外觀渾濁根源是于汽﹑柴油中溶解的水分。

柴油外觀渾濁不清主要是柴油中微量溶解的水分懸浮在柴油中，使柴油外觀看起來“渾濁”。如果水量較小，而水滴相對(duì)較大，則燃料看起來會(huì)呈“薄霧”狀。水滴越小，水分就越容易懸浮在燃料中，而且持續(xù)的時(shí)間也越長(zhǎng)，形成更為嚴(yán)重的乳化，這種現(xiàn)象被稱為“霧濁”。

2 汽﹑柴油含水的危害

（1）汽油含水的最大害處是會(huì)導(dǎo)致金屬汽油箱內(nèi)壁生銹，當(dāng)銹塊吸附在油泵的濾網(wǎng)上，使汽油泵吸油的阻力變大，致使發(fā)動(dòng)機(jī)吸油不足，動(dòng)力下降，時(shí)間一久，油泵失效。

（2）水分對(duì)大多數(shù)添加劑都起不良作用，能使其發(fā)生水解，產(chǎn)生乳化、凝聚和分離。這些壞現(xiàn)象致使添加劑失去效用，產(chǎn)生腐蝕性物質(zhì)或乳化性物質(zhì)，直至油品報(bào)廢不能使用。

（3）水的存在對(duì)于柴油機(jī)供油系統(tǒng)危害極大，銹蝕、磨損、卡死甚至?xí)夯裼偷娜紵^程。如果柴油里面有水或雜質(zhì)沒有過濾干凈，會(huì)對(duì)噴油嘴內(nèi)的柱塞偶件形成磨損造成拉傷，直到噴油器卡死。噴油器損壞會(huì)造成發(fā)動(dòng)機(jī)加速不穩(wěn)定或加速無力，或者排放黑煙等故障，影響卡車的正常運(yùn)行。

3 汽﹑柴油帶水的原因分析

經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)汽﹑柴油帶水的原因主要是由于在生產(chǎn)過程中采用水蒸汽汽提工藝且處理量的不斷增加，成品油的產(chǎn)量大大增加，使得成品油在灌區(qū)內(nèi)的停留時(shí)間減少，以及油罐切水口設(shè)計(jì)位置不能完全滿足目前流量的要求，使得切水深度大大降低，導(dǎo)致汽柴油產(chǎn)品中或多或少有水的存在。雖然能夠滿足標(biāo)準(zhǔn)的要求，但由于季節(jié)和運(yùn)輸過程中溫度的變化，常常會(huì)使油品乳化混濁，而水分在油品中呈乳化狀，水份以極細(xì)的微珠均勻分散于油中，這使得分離更加困難。

4 采用聚結(jié)器解決汽﹑柴油含水的問題

為了改善成品油質(zhì)量，增強(qiáng)我廠成品油在市場(chǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)力，計(jì)劃增設(shè)7臺(tái)聚結(jié)器，分別為：用于外輸首站增設(shè)汽、柴油聚結(jié)器各一臺(tái)，流量為300m3/h，操作溫度40℃，操作壓力為1.5MPa；用于汽油罐區(qū)外輸千米橋和地付油庫各一臺(tái)，流量為168m3/h，操作溫度40℃，操作壓力為2.5MPa；用于柴油罐區(qū)外輸千米橋和地付油庫各一臺(tái)，流量為300m3/h，操作溫度40℃，操作壓力為1.0MPa。汽油加氫脫硫裝置混合汽油產(chǎn)品線增設(shè)一臺(tái)，流量為120m3/h，操作溫度50℃，操作壓力為1.0MPa。其中成品油外送首站汽﹑柴油管線上兩臺(tái)聚結(jié)器選用臥式聚結(jié)器，其余五臺(tái)均選用立式聚結(jié)器。

4.1 液-液兩相擴(kuò)散體系簡(jiǎn)介

非均相液-液物系的分離是石油、化工、環(huán)保、紡織及廢水處理等生產(chǎn)中的重要單元操作之一，隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，對(duì)非均相液-液物系的分離的要求也越來越高，某些傳統(tǒng)的分離方式已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)的要求。

在液-液兩相擴(kuò)散體系中，乳化的分散相以游離狀態(tài)存在于擴(kuò)散體系中，分散相小液滴分散在連續(xù)相中液滴的大小主要看乳化程度，同時(shí)液滴的大小也直接影響液-液兩相的聚結(jié)分離效率。液-液兩相的分離過程實(shí)際上就是聚結(jié)過程和分離過程的結(jié)合，二者缺一不可。因此，在進(jìn)行兩相聚結(jié)分離操作時(shí)，不僅要考慮與聚結(jié)過程相關(guān)的聚結(jié)介質(zhì)的選擇，而且還要考慮影響分離效率的設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

4.2 聚結(jié)分離原理

液-液兩相的分離過程實(shí)際上是分散相液滴在連續(xù)相中聚結(jié)和分離的過程。兩相的聚結(jié)分離過程因其所應(yīng)用的單元操作以及處理的物料特性不同而不同，另一方面，由于聚結(jié)材料的多樣性也決定了其聚結(jié)分離過程操作的不同。以纖維類聚結(jié)材料為例，聚結(jié)過程可分三個(gè)階段：

4.2.1 液滴捕集

在通常情況下小的液滴在液-液物系中的運(yùn)動(dòng)服從Stokes解，由于不考慮液滴表面的可動(dòng)性及滴內(nèi)環(huán)流的影響，液滴的終端沉降速度采用Stokes公式[1]，即終端沉降速度由下式計(jì)算得出：

分散相小液滴在運(yùn)動(dòng)過程中不斷與纖維接觸碰撞。由于纖維類介質(zhì)的纖維直徑和長(zhǎng)短不一，便形成了其內(nèi)部層狀結(jié)構(gòu)，這有利于液滴的捕集。影響液滴捕集的一個(gè)重要因素是流體的流速，如果流速過大，不利于液滴的捕集，從而影響下一步的聚結(jié)。

4.2.2 液滴聚結(jié)

在完成液滴捕集過程后，液滴聚結(jié)階段是整個(gè)聚結(jié)過程最重要的階段。被捕集的小液滴在流體推動(dòng)下沿著纖維方向互相撞擊、聚并，從而聚結(jié)變大。如圖1所示。聚結(jié)變大后的液滴在流體推動(dòng)下，沿著纖維絲移動(dòng)，隨著液滴直徑的變大，液滴最后在自身重力或浮力作用下脫落。

圖1 液滴沿纖維流動(dòng)聚結(jié)

聚結(jié)介質(zhì)是親水性(極性)還是親油性(非極性)主要取決于分散相液滴與聚結(jié)介質(zhì)之間的表面張力，因此，聚結(jié)介質(zhì)的選擇主要依據(jù)分散相液體的親水性或親油性。

如下幾個(gè)因素影響液滴的聚結(jié)：

a）連續(xù)相/分散相的表面張力；

b）連續(xù)相/分散相的密度差；

c）連續(xù)相的粘度；

d）液滴的相對(duì)速度；

e）聚結(jié)介質(zhì)/分散相表面張力；

f）聚結(jié)介質(zhì)的特點(diǎn)；

g）聚結(jié)材料的毛細(xì)現(xiàn)象。

4.2.3 液滴沉降

經(jīng)過第二階段后，由于變大后的液滴在自身重力或浮力的作用下開始沉降或上升，從聚結(jié)介質(zhì)上脫落。液滴的沉降或浮升遵循Stockes規(guī)律。液滴的沉降速度以及擴(kuò)散體系的流速影響著液-液兩相分離設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

4.3 濾芯式聚結(jié)器簡(jiǎn)介

濾芯式聚結(jié)器其核心內(nèi)件是由聚丙烯、聚脂等材料通過樹脂粘結(jié)成有褶皺的濾芯，并且這些濾芯經(jīng)疏油、疏水技術(shù)處理。

聚結(jié)器內(nèi)部裝有兩種功能不同的濾芯—聚結(jié)濾芯和分離濾芯。欲脫水的介質(zhì)由過濾分離器進(jìn)口進(jìn)入殼體，當(dāng)液體通過含有特殊聚結(jié)介質(zhì)的濾芯時(shí)，液體從聚結(jié)濾芯內(nèi)部流向外部，經(jīng)過過濾、破乳、聚結(jié)、沉降四個(gè)過程，將乳化的液體破乳，再將破乳后的小水珠聚結(jié)成大水珠，沉降到殼體底部。部分未來得及沉降的小水珠隨液體流向分離濾芯，分離濾芯由特種材料制成，具有良好的憎水性能，小水珠被完全有效地?cái)r截在濾芯外面，再次聚結(jié)成大水珠沉降，從而確保有效地脫除水份。沉降到殼體底部的水份由液位計(jì)顯示出來，可定期不定期地將水份及污物通過排水閥排出。油液由濾芯外向內(nèi)流動(dòng)，分離掉水份的介質(zhì)由分離濾芯托盤匯集后，從分離器出口流出。水和油通過不同的排液口排出。

圖2

5 聚結(jié)器投用后效果評(píng)價(jià)

投用聚結(jié)器后，經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)行經(jīng)過對(duì)油品化驗(yàn)發(fā)現(xiàn)出聚結(jié)器的油品含水量＜30ppm（游離水）且運(yùn)行平穩(wěn)。產(chǎn)品指標(biāo)合格。

聚結(jié)器脫水效率高，聚結(jié)性能穩(wěn)定，聚結(jié)后的液滴得以在快速排放層快速排放，壓降低，使用壽命長(zhǎng)，減少更換頻率和停工時(shí)間，保護(hù)下游設(shè)備，整體強(qiáng)度高，使用范圍廣。

從操作和實(shí)際運(yùn)行結(jié)果來看，聚結(jié)器脫水效果顯著，投用后汽﹑柴油產(chǎn)品再也沒有出現(xiàn)油水乳化現(xiàn)象，保證和提高了產(chǎn)品質(zhì)量，而且操作和維護(hù)方便，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

［1］戴干策,陳敏恒.化工流體力學(xué)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1988:690-691.