專利名稱：一種利用疏水膜進(jìn)行油品脫水的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
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本發(fā)明涉及一種利用疏水膜脫除油品中水分的方法，屬于膜分離技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
油田的后期開采過程中需要進(jìn)行注水開采，導(dǎo)致開采出的原油含有大量的水分， 油品中所含水分會(huì)使油的物性改變，造成輸送動(dòng)力的增加，并給后期加工過程帶來困 難。
在輕質(zhì)油的加工過程中， 一些不適當(dāng)?shù)牟僮饕矔?huì)使油品中含有大量的水，如果水 分不經(jīng)處理直接進(jìn)入下游工藝中的精餾塔，會(huì)因水的汽化而造成塔內(nèi)壓力波動(dòng)過大， 影響正常生產(chǎn)。
在飛機(jī)等運(yùn)輸工具的加油過程中，如果燃油中含有較多的水分，在氣溫較低的情 況下，會(huì)導(dǎo)致燃油結(jié)冰，造成在啟動(dòng)時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)不易點(diǎn)燃以及在運(yùn)行過程中發(fā)動(dòng)機(jī)熄火 等問題，并且燃油中的水分會(huì)在油箱中滋生微生物，對油箱的金屬結(jié)構(gòu)造成腐蝕。
因此，油品中水分的脫除是石化、化工生產(chǎn)過程中的一個(gè)重要的步驟。
目前，脫除各種油品中水分的方法主要有高壓電場脫水、加熱重力沉降脫水、化 學(xué)脫水以及上述方法的綜合聯(lián)用脫水等。
文獻(xiàn)1:婁世松，周偉.勝利原油脫水技術(shù)研究[J].石油化工腐蝕與防護(hù)，2006, 23(1): 8 12，對勝利油田原油進(jìn)行研究，油溶性破乳劑加入量8(Hxg/g，脫水溫度80 °C，電場800V/cm，停留時(shí)間55分鐘，脫水后的含水量在0.5% (5000mg/L)以下， 平均含水量為0.33%，脫水電流在15 25mA。在電場脫水同時(shí)加上超聲波輔助破乳 脫水的情況下，脫水電流在5 15mA。
文獻(xiàn)2:蔣昌啟，朱建華，劉紅研，武本成.超稠油化學(xué)降粘脫水技術(shù)[J].青島科 技大學(xué)學(xué)報(bào)，2005,26(2): 109 113，遼河油田曙一區(qū)超稠油一般含水為60% 70%， 除去明水后含水量仍達(dá)30% 40%。目前，遼河油田對超稠油采用熱化學(xué)沉降技術(shù)， 存在脫水時(shí)間長、能耗高、占用較多沉降罐的問題，脫水溫度選擇在卯'C，加藥濃度 為300mg/U1，沉降72h以上時(shí)，凈化油含水才降至5 % (50000mg/L)，沉降120h ， 凈化油含水可降至2 %左右。
文獻(xiàn)3:張志慶，王芳.新型稠油破乳劑分子結(jié)構(gòu)對孤東稠油脫水的影響[J].油田 化學(xué)，2006， 23(4): 325 328，油樣為勝利油田孤東采油廠四號聯(lián)合站凈化油，5(TC時(shí) 黏度卯OO mPa's，酸值2 mg KOH/ g原油，瀝青質(zhì)膠質(zhì)含量35. 2 %，使用作者合成的7種水溶性共聚醚破乳劑，120分鐘脫水率為82% 94%，使用作者合成的7種油溶 性的HDI系列共聚醚120分鐘脫水率為90 % 98 %。
文獻(xiàn)4:劉海濤，何曉芬，張梅.柴油電脫水鹽脫水系統(tǒng)的應(yīng)用[J].石油化工腐蝕 與防護(hù)，2006， 23(5):47 49，中國石油天然氣股份有限公司克拉瑪依石化分公司900 kt/a汽柴油加氫裝置，柴油電脫水系統(tǒng)采用復(fù)式高效交直流電脫水器，通過電脫水系 統(tǒng)和鹽脫水系統(tǒng)的聯(lián)用，電脫水器配備一臺(tái)全阻抗防爆交直流變壓器，功率80kVA， 原料油停留時(shí)間為41.6分鐘，可將柴油脫后水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)降至300pg/g以下。
上述這些方法普遍存在能耗大，不能連續(xù)操作，占用空間較'大，引入新的雜質(zhì)， 成本較高等缺陷。油品中水分的脫除是目前石化、化工等行業(yè)遇到的關(guān)鍵問題之一。 因此，研究應(yīng)用于脫除油品中水分的新技術(shù)具有重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種利用疏水膜脫除油^中水分的方法，是一種新型高效節(jié) 能的油水分離方法。
在使用疏水膜去除油品中水分時(shí)，由于有限穿透壓的存在，產(chǎn)生一定的阻力，使 水分不能透過疏水膜，而油的穿透壓很小，比較容易通過疏水膜。穿透壓可用 Laplace公式計(jì)算
式中，"是界面張力(油/水)，^是接觸角，r是膜孔徑。當(dāng)操作壓力不大于水相穿透壓 時(shí)，油通過疏水膜，水分被疏水膜截流，實(shí)現(xiàn)油水分離。
本發(fā)明利用上述原理，將油水混合物在不超過水相穿透壓的操作壓力下進(jìn)行過濾， 經(jīng)過一級或多級過濾后，截留水分和雜質(zhì)，最終得到含水量200mg/L~500mg/L且較純 凈的油品。
脫水過程在如圖1所示的疏水膜過濾裝置中進(jìn)行，膜組件分為膜上游側(cè)和膜下游 側(cè)兩部分，中間用疏水膜作為過濾介質(zhì)，含水油品從上游側(cè)流入膜組件，油相穿過疏 水膜到達(dá)膜組件下游側(cè)，游離水和乳化水被疏水膜截流，聚集一定量后排走，得到水 分含量較少的油品；具體操作步驟如下
本發(fā)明采用的裝置如圖1所示，其核心部分為膜組件(l);接口(6)和(6')分別為膜 組件上游側(cè)的進(jìn)料口和排水口；接口(7)為膜組件下游側(cè)的產(chǎn)品收集口； (2)為帶攪拌 的待處理油品原料槽；(3)為收集被膜截流水分的儲(chǔ)槽；(4)為收集過濾后油品的產(chǎn)品儲(chǔ)槽；(5)為連接原料槽和進(jìn)料口的泵體；(8)、 (8')、 (9)和(10)為控制流量的閥門；(11) 和(ll，)為測量跨膜壓差的壓力表。
所用膜組件可以是板式膜組件、中空纖維膜組件、巻式膜組件或管式膜組件。最 常用的是板式膜組件.(見圖2)和中空纖維膜組件，中空纖維膜組件結(jié)構(gòu)示意圖見專
利ZL 200410077945.X。
本發(fā)明的具體操作步驟如下
A. 將過濾用疏水膜固定在膜組件(l)內(nèi)并且密封好膜組件；
所述疏水膜是聚四氟乙烯(PTFE)、聚丙烯(PP)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚砜(PS)、 聚丙烯腈(PAN)或醋酸纖維素(CA)疏水膜中的一種，其膜孔徑為0.1 2pm，孔 隙率70% 90%;
B. 使用泵(5)將原料槽(2)中待過濾油品經(jīng)進(jìn)料口(6)注入膜組件(1)中，調(diào)節(jié)油溫 在10-8(TC,采用死端過濾方式，即液體流向與膜平面垂直，保持閥門(9)關(guān)閉，調(diào)節(jié) 泵的功率以及閥門(8)、 (8')和(10)的開度，控制跨膜壓差在0.001~0.3MPa之間進(jìn)行過 濾,過濾后的油品由出口(7)排出收集到儲(chǔ)槽(4)中，不斷補(bǔ)充原料槽(2)中的待過濾油品， 并每隔1 5小時(shí)打開一次閥門(9)，排出被膜截留下來的水分，即可實(shí)現(xiàn)連續(xù)過濾操作； 過濾后油品的含水量為200~500mg/L。較優(yōu)的跨膜壓差為0.05 0.2MPa。
過濾過程也可選擇錯(cuò)流過濾方式，即液體流向與膜平面平行，使用泵(5)將原料槽 (2)中待過濾的油品經(jīng)進(jìn)料口(6)注入膜組件(1)中，調(diào)節(jié)油溫在10-80°C，打開閥門(8)、 (8')(9)和(10)，調(diào)節(jié)泵(5)的功率以及閥門的開度，控制跨膜壓差在0.001 0.2MPa之間 進(jìn)行過濾，過濾后的油品由出口(7)排出收集到儲(chǔ)槽(4)中，不斷補(bǔ)充原料槽(2)中的待過 濾油品，即可實(shí)現(xiàn)連續(xù)過濾操作，過濾后油品的含水量為200 500mg/L。較優(yōu)的跨膜 壓差為0.05 0.2MPa。
該方法適用于過濾與水溶解度較低的中、低粘度油品，如汽油、柴油、煤油、潤 滑油、混合輕質(zhì)油或石腦油中的一種；油品中水的含量在500 300000mg/L。
本發(fā)明的優(yōu)勢是利用疏水膜脫除油品中水分的方法，在不添加其他化學(xué)試劑的 情況下，利用油水兩相在疏水膜表面不同的穿透壓產(chǎn)生的阻力差異來實(shí)現(xiàn)油水分離； 選擇具有優(yōu)良化學(xué)惰性和耐溫性能的膜材料，使其在各種過濾條件下都不會(huì)和油中的 組分發(fā)生反應(yīng)，污染油品；膜的表面光滑特性使其不易被污染，反清洗容易。方法工 藝過程簡單易行、能耗低、過濾流量為10ml/min~500ml/min、水分截留率可達(dá)99%以 上、疏水膜使用壽命可達(dá)到2 5個(gè)月，易于實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用。


圖l為疏水膜過濾裝置示意圖，其中各序號代表(l)板式過濾膜組件；(2)油品原 料槽；(3)截流水分儲(chǔ)槽；(4)產(chǎn)品儲(chǔ)槽；(5)輸油泵；(6)、 (6')和(7)膜組件接口； (8)、 (8，)、 (9)和(10)閥門;(ll)和(ll')壓力表。
圖2為板式膜組件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖，其中序號代表(1)疏水膜；(2)膜組件 外殼；(3) O型密封圈；(4)進(jìn)料口； (5)排水口； (6)產(chǎn)品出口； (7)固定膜組件 螺栓。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1
A. 將疏水膜封裝于板式膜組件(l)中待用。疏水膜選用聚四氟乙烯(PTFE)膜， 膜孔徑為lpm，孔隙率90%。
B. 將去離子水加入輕質(zhì)油中，攪拌15min，配制含水量為946mg/L的油水混合物 待用。
將上述含水量為946mg/L的輕質(zhì)油放入原料槽(2)中，不斷攪拌，溫度為2(TC， 用泵(5)將油水混合物從迸料口 (6)輸送入膜組件(1 )，不施加額外的壓力，靠油 水混合物靜壓力進(jìn)行過濾(跨膜壓差約為0.001MPa)，過濾方式為死端過濾，過濾后 的油品從膜組件的下游側(cè)出口 (7)排出收集到容器(4)中。測量該油品含水量為 282mg/L，過濾流量為10ml/min，水分截留率為70.2%。
其中油的含水量用瑞士萬通831型卡爾費(fèi)休水分分析儀(庫侖法)測量。
實(shí)施例2:
選用孔徑為2pm，孔隙率90%的聚四氟乙烯疏水膜，采用初始含水量為8356mg/L 的航空煤油，其他操作同實(shí)施例1。過濾后的油品含水量為286mg/L，水分截留率為 96.6%。
實(shí)施例3:
選用孔徑為lpm，孔隙率80%聚四氟乙烯疏水膜，采用初始含水量為7683mg/L 真空泵油，其他操作同實(shí)施例1。過濾后的油品含水量為360mg/L，水分截留率為 95.3%。
實(shí)施例4:
選用孔徑為1.5pm，膜孔隙率75%聚四氟乙烯疏水膜，采用初始含水量為 12694mg/L的輕質(zhì)油，其他操作同實(shí)施例1。過濾后的油品含水量為310mg/L，水分截留率為97.6%。
實(shí)施例5:
選用孔徑為lpm，孔隙率90%的聚四氟乙烯疏水膜，采用初始含水量300000mg/L 的輕質(zhì)油，其他操作同實(shí)施例1。過濾后的油品含水量為328mg/L，水分截留率為 99.9%。
實(shí)施例6:
A. 將疏水膜封裝于板式膜組件中待用。疏水膜選用聚四氟乙烯(PTFE)膜，膜 孔徑為0.5(im，孔隙率85%。
B. 將去離子水加入輕質(zhì)油中，攪拌15min，再用超聲處理30min，配制含水量為 1435mg/L的含乳化水的油水混合物待用。
將上述含水量為1435mg/L的輕質(zhì)油放入原料槽(2)中，不斷攪拌，溫度為20 °C，用泵(5)將油水混合物輸送到膜組件的上游側(cè)進(jìn)口 (6)，調(diào)節(jié)泵(5)的功率和 閥門(8)、 (8') (9)和(10)的開度，控制跨膜壓差約為0.03MPa進(jìn)行過濾，過濾方式為死 端過濾，過濾后的油品從膜組件的下游側(cè)出口 (7)排出，用干燥的容器(4)收集產(chǎn) 品，測量其含水量為745mg/L。
將上面得到的含水量為745mg/L的油品按照相同的步驟再過濾一邊，測其產(chǎn)品含 水量為279mg/L，水分截留率為80.6%。
其中油的含水量用瑞士萬通831型卡爾費(fèi)休水分分析儀(庫侖法)測量。
實(shí)施例7:
選用孔徑為1.5pm，孔隙率80%的聚四氟乙烯疏水膜，采用初始含水量為 6200mg/L的輕質(zhì)油，過濾方式為錯(cuò)流過濾，打開所有閥門，調(diào)節(jié)泵(5)的功率以及閥 門(8)、 (8，) (9)和(10)的開度，控制跨膜壓差約為0.02MPa進(jìn)行過濾，其他操作同實(shí)施 例l。過濾后的油品含水量為337mg/L，過濾流量為50ml/min，水分截留率為94.6%。
實(shí)施例8.-
選用孔徑為1.5pm，孔隙率80%的聚四氟乙烯疏水膜，控制跨膜壓差約為 0.04MPa，溫度6(TC，其他操作同實(shí)施例7。過濾后的油品含水量為369mg/L，過濾流 量為70ml/min，水分截留率為94.0%。
實(shí)施例9:
選用孔徑為0.8pm，孔隙率卯％的聚四氟乙烯疏水膜，采用初始含水量為 5000mg/L的輕質(zhì)油，調(diào)節(jié)泵(5)的功率和閥門(8)、 (8') (9 )和(10)的開度，控制跨膜 壓差約為0.06MPa進(jìn)行過濾，溫度為3(TC，其他操作同實(shí)施例1。過濾后的油品含水量為475mg/L，過濾流量為120ml/min，水分截留率為90.5%。 實(shí)施例10
A. 將疏水膜封裝于中空纖維式膜組件中待用。疏水膜選用聚丙烯(PP)膜，膜 孔徑為0.2nm，孔隙率80%。
B. 將去離子水加入輕質(zhì)油中，攪拌15min,配制含水量為2326mg/L的油水混合 物待用。
將上述含水量為2326mg/L的輕質(zhì)油放入原料槽(2)中，不斷攪拌，溫度為20 °C，用泵(5)將油水混合物輸送到膜組件的上游側(cè)進(jìn)口 (6)，調(diào)節(jié)泵(5)的功率和 閥門(8)、 (8') (9)和(10)的開度，控制跨膜壓差約為0.01MPa進(jìn)行過濾，過濾方式為錯(cuò) 流過濾，過濾后的油品從膜組件的下游側(cè)出口 (7)排出，用干燥的容器(4)收集產(chǎn) 品，測量其含水量為298mg/L，過濾流量為30ml/min，水分截留率為87.2%。
其中油的含水量用瑞士萬通831型卡爾費(fèi)休水分分析儀(庫侖法)測量。
實(shí)施例11
選用孔徑為0.3pm，孔隙率70%的聚偏氟乙烯疏水膜，采用初始含水量為 2693mg/L的輕質(zhì)油，控制跨膜壓差約為0.02MPa進(jìn)行過濾，其他操作同實(shí)施例10。 過濾后的油品含水量為357mg/L，過濾流量為50ml/min，水分截留率為86.7%。
實(shí)施例12
采用初始含水量為3526mg/L的輕質(zhì)油，并且不斷補(bǔ)充原料槽(2)中待過濾油水 混合物進(jìn)行連續(xù)過濾，調(diào)節(jié)泵(5)的功率和閥門(8)、 (8')(9)和(10)的開度，控制跨膜 壓差約為0.02MPa進(jìn)行過濾，過濾方式為錯(cuò)流過濾，每24小時(shí)打開閥門(9) 一次排 出被截留水分，其他操作同實(shí)施例1。同一張膜累計(jì)使用時(shí)間打兩個(gè)月以后，測量過 濾后含水量為272mg/L，過濾流量為50ml/min，水分截留率為92.3%。
權(quán)利要求
1. 一種利用疏水膜進(jìn)行油品脫水的方法，脫水過程在疏水膜過濾裝置中進(jìn)行，其主要部件膜組件分為膜上游側(cè)和膜下游側(cè)兩部分，中間用疏水膜作為過濾介質(zhì)，含水油品從上游側(cè)流入膜組件，油相穿過疏水膜到達(dá)膜組件下游側(cè)，游離水和乳化水被疏水膜截流，聚集一定量后排走，得到水分含量較少的油品；具體操作步驟如下A. 將過濾用疏水膜固定在膜組件(1)內(nèi)并密封好膜組件；所述疏水膜是聚四氟乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚砜、聚丙烯腈或醋酸纖維素疏水膜中的一種，其膜孔徑為0.1～2μm，孔隙率70％～90％；B. 使用泵(5)將原料槽(2)中待過濾油品經(jīng)進(jìn)料口(6)注入膜組件(1)中，調(diào)節(jié)油溫在10-80℃，采用死端過濾方式，保持閥門(9)關(guān)閉，調(diào)節(jié)泵的功率以及閥門(8)、(8’)和(10)的開度，控制跨膜壓差在0.001～0.3MPa之間進(jìn)行過濾，過濾后的油品由出口(7)排出收集到儲(chǔ)槽(4)中，不斷補(bǔ)充原料槽(2)中的待過濾油品，并每隔1～5小時(shí)打開一次閥門(9)，排出被膜截留下來的水分，即可實(shí)現(xiàn)連續(xù)過濾操作。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用疏水膜進(jìn)行油品脫水的方法，其特征是該方法適用 于過濾與水溶解度較低的中、低粘度油品，油品中水的含量在500 300000mg/L。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的利用疏水膜進(jìn)行油品脫水的方法，其特征是所述與水溶 解度較低的中、低粘度油品是汽油、柴油、煤油、潤滑油、真空泵油、混合輕質(zhì)油或 石腦油中的一種。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的利用疏水膜進(jìn)行油品脫水的方法，其特征是步驟B所 述跨膜壓差是0.05 0.2Mpa。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用疏水膜進(jìn)行油品脫水的方法，其特征是步驟B的 過濾過程選擇錯(cuò)流方式，即液體流向與膜平面平行，用泵(5)將原料槽(2)中待過濾的油 品經(jīng)進(jìn)料口(6)注入膜組件(1)中，調(diào)節(jié)油溫在10-8(TC，打開閥門(8)、 (8')(9)和(10)， 調(diào)節(jié)泵(5)的功率以及閥門的開度，控制跨膜壓差在0.001 0.2MPa之間進(jìn)行過濾，過 濾后的油品由出口(7)排出收集到儲(chǔ)槽(4)中，不斷補(bǔ)充原料槽(2)中的待過濾油品，即可 實(shí)現(xiàn)連續(xù)過濾操作。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的利用疏水膜進(jìn)行油品脫水的方法，其特征是所述跨膜壓 差是0.05 0.2Mpa。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種利用疏水膜脫除油品中游離水分或乳化水的方法。以疏水膜作為過濾介質(zhì)，利用膜的疏水性，在不超過水相穿透壓的操作壓力下，含水量較高的油品通過疏水膜后，水分被疏水膜截流，可得到含水量較低的油品。該方法適用于多種油品中水分的脫除，不受含水量和溫度等條件的影響。本發(fā)明的特點(diǎn)在于，油品中水分的脫除可在油品輸送過程中實(shí)時(shí)進(jìn)行，且無需添加任何試劑，大大降低能耗，脫水率高，操作彈性大，整個(gè)過程簡單易行，易于實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用。
文檔編號B01D17/02GK101530680SQ20091007949
公開日2009年9月16日 申請日期2009年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月13日
發(fā)明者任鐘旗, 劉君騰, 張衛(wèi)東, 李憲勇, 王曙光 申請人:北京化工大學(xué)