CN106635131A - 一种乳化重油的制备方法 - Google Patents

Abstract

一种乳化重油的制备方法，其特征是以陶瓷膜为乳化介质，通过将陶瓷膜在分散相中润湿降低陶瓷膜的表面能，将乳化剂溶解在水中作为分散相，重油为连续相，在跨膜压差下，分散相被压过陶瓷膜形成微射流，在连续相剪切力的作用下形成油包水型乳化重油；所制备的乳化重油中乳液液滴粒径为1～20μm。该方法具有装备简单、操作方便、膜通量大、乳液尺寸分布窄、分散性好等优点，可大规模应用于重油催化裂化过程的原料预处理中。

Description

一种乳化重油的制备方法

技术领域

本发明涉及一种乳化重油的制备方法，具体是涉及一种射流膜乳化重油的方法，主要应用于重油的催化裂化过程的预处理中，属于油品加工领域。

背景技术

随着常规石油资源的日益减少，原油重质化和劣质化程度不断加剧，将重油提炼成汽油、柴油已越来越迫切。但由于在重油催化裂化反应过程中，渣油处于气-液相混合状态，因此它和催化剂颗粒接触前的雾化、蒸发过程对整个反应起着十分重要的作用。

采用乳化原料作为重油催化裂化反应的进料，乳化重油内的小水珠会受热汽化，瞬间把油滴爆开，产生“微爆作用”雾化油滴，增大油滴比表面积，改善进料雾化效果，改变原料油与催化剂的接触效果，使原料在催化剂上的分布更均匀。因此,采用乳化进料后,将大大促进催化裂化反应的进行，提高反应深度、转化率和选择性，改善产品分布。

常见的重油乳化方式主要有：多层滤网式乳化、机械搅拌乳化、电超声波乳化、簧片哨超声乳化、静态乳化器乳化。但传统方法主要存在着装置的复杂性及运行维护费用高等缺点。现有传统机械乳化技术对重油进行乳化，但其制备出的乳液液滴尺寸较大，且分布不均一，易造成乳液的聚并和油水分离，制约了其对反应过程的强化。而且传统的乳化技术的乳化速度慢，且重油黏度大，传统乳化过程能耗巨大，难以工业化。公开号CN 202621042U的专利公开了一种重油的机械乳化装置，其将水和重油分别用泵抽至混合流道进入油切混合器进行乳化。但该方法可能面临乳液容易聚并等问题。

膜乳化技术由于具有低能耗、低剪切力、表面活性剂用量少、乳液颗粒均一等特点，已被用于水包油、油包水、水包油包水和油包水包油乳液制备的研究中。但是为了制备单分散乳液，必须通过降低压力以保证分散相在膜表面形成小液滴，在低剪切力作用下脱离膜表面进入连续相，这就使该过程的膜通量较低，因而导致生产时间过长。公开号CN101683592 A的专利公开了一种膜乳化器及乳液制备的方法，通过该方法可以制备出粒径均匀的乳液，但也可能存在着通量较低等缺陷。而且由于重油黏度大，流动性差，使用普通膜乳化技术快速乳化重油难度较大。

本发明申请人报道了一种采用二级陶瓷膜射流乳化的方法，在射流条件下制备出了单分散的水包油型乳液，有效地解决了传统膜乳化中粒径和通量之间的矛盾(AIChE J，2005，Vol.51，5)。并利用射流膜乳化技术公开了一种多孔陶瓷材料的制备方法(公开号CN1800101A)，通过两级膜射流技术快速地制备出了单分散乳液，最大乳化通量可达420L·m^-2·h^-1。但该方法需采用二次乳化，因此工艺较为复杂，同时，由于采用的亲水性陶瓷膜具有较强的表面能，难以满足油包水型乳液制备的具体需求。

发明内容

为克服上述技术存在的缺点，本发明提供了一种低能耗的一次射流膜乳化技术制备乳化重油的方法，在高压下使乳化剂水溶液以射流的形式快速透过膜孔，大大提高乳化速度，同时可制备出均一的油包水型乳液。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：(1)采用陶瓷膜作为乳化介质，重油为连续相，水为分散相，在较高的跨膜压差下压过膜孔，形成射流，并在连续相剪切力的作用下，形成均匀的油包水乳液；(2)通过提高重油温度，降低黏度，提高膜面剪切力；(3)采用乳化剂溶液浸润陶瓷膜，降低陶瓷膜表面能，因而能采用亲水性陶瓷膜直接制备出油包水型乳液。

本发明的具体技术方案为：一种乳化重油的制备方法，其特征是以陶瓷膜为乳化介质，通过将陶瓷膜在分散相溶液中润湿降低陶瓷膜的表面能，将乳化剂溶解在水中作为分散相，重油为连续相，在较高的跨膜压差下，分散相被压过陶瓷膜形成微射流，在连续相剪切力的作用下形成油包水型乳化重油；所制备的乳化重油中乳液液滴粒径为1～20μm。

本发明所采用的乳化介质优选为陶瓷膜，但不限于陶瓷膜。陶瓷膜膜孔径为20～500nm，所用陶瓷膜可以是单通道或多通道的，膜材质可以是Al₂O₃、ZrO₂、TiO₂、SiO₂中一种或多种复合。所采用的分散相为乳化剂的水溶液，分散相中添加的乳化剂体积含量200～1000ppm。乳化剂为吐温-20、司班-60、十二烷基硫酸钠、十六烷基三甲基溴化铵等的一种或多种复合，且不限于此。陶瓷膜需经该乳化剂溶液浸泡，以降低陶瓷膜的表面能和油水界面张力。优选陶瓷膜在乳化剂溶液中浸泡时间为6～12h。

本发明通过控制压差，使分散相以射流方式透过膜孔，所述射流膜乳化的压力为毛细管压力的2倍或2倍以上，通常在0.10～0.40MPa之间，因此通量高，乳化时间短。此压力主要由压缩气体提供。射流膜乳化过程中剪切力主要由循环油泵提供，膜表面流速为0.2～2.0m/s。为降低重油黏度，提高重油循环速度，本发明使用夹套水浴的方法加热重油，但不限于此，也可采取其他方式，如工厂废热蒸汽等。本发明通过升温降低重油的黏度，优选重油温度维持在90℃～95℃，控制重油的膜面流速为0.2～2.0m/s。

本发明所制备重油乳液中水相的粒径是由膜孔径、跨膜压差和剪切力共同决定的。所制备的重油乳液中水相以直径为1～20μm的颗粒形式均匀分散在重油中。所制备的乳化重油中水油体积比为1:10～1:50。

有益效果：

1.针对重油黏度大、流动性差的缺点，通过加热重油，有效降低重油黏度，增大循环流速，提高壁面剪切力，提高乳化效率；

2.本方法优选强度大、耐高温的陶瓷膜，使乳化能在高温高压条件下稳定进行；

3.本方法通过乳化剂溶液浸泡陶瓷膜，降低陶瓷膜表面能和油水界面张力，提高射流通量；

4.本方法采用高压射流方式乳化重油，乳化速度快，通量大，乳化效果明显，简单易行，便于放大，可大规模应用于工业化生产。

附图说明

图1为膜射流乳化重油方法实施的流程示意图；其中A为乳化剂溶液加料口，B为重油加料口，C为压缩气体入口；1为乳化剂溶液储罐，2为压力容器，3为陶瓷膜组件，4为重油储罐，5为加热介质夹套，6为循环油泵，7为循环热水或蒸汽，8为流量计，9为压力表，10为阀门；

图2为标称孔径为200nm的Al₂O₃单通道管式陶瓷膜气体泡压法孔径分布图；

图3重油黏度随温度的变化曲线；

图4重油包水乳液的金相显微镜照片。

具体实施方式

射流膜乳化重油的制备流程图如图1所示。具体操作流程如下：(1)将陶瓷膜装填进组件3中，检查气密性并调整直至装置不漏气；(2)通入循环热水或蒸汽7预热装置；(3)向重油储罐4中加入重油，并通过循环油泵6循环，调节流量计8，控制一定膜面流速；(4)向乳化剂溶液储罐1中加入乳化剂溶液；(5)通过压缩气体入口C通入压缩气体，保持压力表P1、P2一定压力；(6)打开阀门V4，分散相以射流的方式被压过膜孔进入连续相；(7)当乳化剂溶液储罐1中液位下降至一定位置，关闭阀门V4，乳化完成，乳液从阀门V10排出。

下面通过具体实施例对本发明方法作进一步阐述。

实施例1

采用标称孔径为200nm的单通道管式Al₂O₃陶瓷膜为射流膜乳化介质，其孔径分布如图2所示，孔径分布比较集中，最可几孔径为180nm，最大孔径为1.15μm。陶瓷膜先浸泡于分散相中12h。图3为重油黏度与温度之间的变化关系，重油黏度随温度升高不断降低，为降低重油黏度，控制连续相温度为90℃。采用循环油泵提供膜面剪切力，控制膜面流速为1.0m/s。分散相中乳化剂为吐温-20和十二烷基硫酸钠质量比1:1的混合物，分散相中乳化剂体积含量为400ppm，连续相为重油。在0.12MPa的压力下，分散相透过膜孔的通量为110.58L·m^-2·h^-1。控制乳化重油中掺水量(体积量)为8％。所制备的乳液的粒径范围为1～10μm。所制备乳液金相显微镜照片如图4所示。

对比例1

200nm的Al₂O₃单通道管式陶瓷膜未采用分散相浸泡，控制其它操作步骤、参数均与实施例1相同，分散相透过膜孔的通量为4.62L·m^-2·h^-1。所制备的乳液的粒径范围为1～10μm。

实施例2

采用标称孔径为200nm的单通道管式Al₂O₃陶瓷膜为射流膜乳化介质，且先浸泡于分散相中12h。为降低重油黏度，保持连续相温度为90℃。采用循环油泵提供膜面剪切力，控制膜面流速为1.0m/s。乳化剂为吐温-20和十二烷基硫酸钠质量比1:1的混合物，分散相中乳化剂体积含量为乳化剂含量为200ppm，连续相为重油。在0.12MPa的压力下，分散相透过膜孔的通量为42.46L·m^-2·h^-1。控制乳化重油中掺水量(体积量)为8％。所制备的乳液的粒径范围为1～15μm。

对比例2

将操作压力改为0.05MPa，控制其它操作步骤、参数均与实施例2相同，分散相透过膜孔的通量为5.46L·m^-2·h^-1。所制备的乳液的粒径范围为1～15μm。

实施例3

采用标称孔径为100nm的单通道管式ZrO₂陶瓷膜为射流膜乳化介质，且先浸泡于分散相中12h。为降低重油黏度，保持连续相温度为90℃。采用循环油泵提供膜面剪切力，控制膜面流速为1.0m/s。乳化剂为吐温-20和司班-60质量比1:1的混合物，分散相中乳化剂体积含量为乳化剂含量为400ppm，连续相为重油。在0.15MPa的压力下，分散相透过膜孔的通量为88.25L·m^-2·h^-1。控制乳化重油中掺水量(体积量)为8％。所制备的乳液的粒径范围为1～10μm。

实施例4

采用标称孔径为50nm的单通道管式ZrO₂陶瓷膜为射流膜乳化介质，且先浸泡于分散相中12h。为降低重油黏度，保持连续相温度为90℃。采用循环油泵提供膜面剪切力，控制膜面流速为1.0m/s。乳化剂为吐温-20和司班-60质量比1:1的混合物，分散相中乳化剂体积含量为乳化剂含量为400ppm，连续相为重油。在0.20MPa的压力下，分散相透过膜孔的通量为46.16L·m^-2·h^-1。控制乳化重油中掺水量(体积量)为8％。所制备的乳液的粒径范围为1～10μm。

实施例5

采用标称孔径为20nm的单通道管式ZrO₂陶瓷膜为射流膜乳化介质，且先浸泡于分散相中12h。为降低重油黏度，保持连续相温度为90℃。采用循环油泵提供膜面剪切力，控制膜面流速为0.2m/s。乳化剂为司班-60和十二烷基硫酸钠质量比1:1的混合物，分散相中乳化剂体积含量为乳化剂含量为400ppm，连续相为重油。连续相为重油。在0.25MPa的压力下，分散相透过膜孔的通量为42.46L·m^-2·h^-1。控制乳化重油中掺水量(体积量)为2％。所制备的乳液的粒径范围为1～10μm。

实施例6

采用标称孔径为50nm的61通道Al₂O₃管式陶瓷膜为射流膜乳化介质，且先浸泡于分散相中12h。为降低重油黏度，保持连续相温度为90℃。采用循环油泵提供膜面剪切力，控制膜面流速为0.8m/s。乳化剂为十二烷基硫酸钠和十六烷基三甲基溴化铵质量比1:1的混合物，分散相中乳化剂体积含量为乳化剂含量为400ppm，连续相为重油。在0.30MPa的压力下，分散相透过膜孔的通量为62.32L·m^-2·h^-1。控制乳化重油中掺水量(体积量)为8％。所制备的乳液的粒径范围为1～10μm。

实施例7

采用标称孔径为20nm的单通道管式TiO₂-ZrO₂复合陶瓷膜为射流膜乳化介质，且先浸泡于分散相中6h。为降低重油黏度，保持连续相温度为90℃。采用循环油泵提供膜面剪切力，控制膜面流速为1.0m/s。乳化剂为吐温-20和十六烷基三甲基溴化铵质量比1:1的混合物，分散相中乳化剂体积含量为乳化剂含量为600ppm，连续相为重油。在0.35MPa的压力下，分散相透过膜孔的通量为83.92L·m^-2·h^-1。控制乳化重油中掺水量(体积量)为8％。所制备的乳液的粒径范围为2～20μm。

实施例8

采用标称孔径为500nm的单通道管式Al₂O₃-SiO₂复合陶瓷膜为射流膜乳化介质，且先浸泡于分散相中12h。为降低重油黏度，保持连续相温度为95℃。采用循环油泵提供膜面剪切力，控制膜面流速为2.0m/s。乳化剂为吐温-20和司班-60质量比1:1的混合物，分散相中乳化剂体积含量为乳化剂含量为1000ppm，连续相为重油。在0.15MPa的压力下，分散相透过膜孔的通量为127.36L·m^-2·h^-1。控制乳化重油中掺水量(体积量)为10％。所制备的乳液的粒径范围为5～20μm。

Claims (7)

1.一种乳化重油的制备方法，其特征是以陶瓷膜为乳化介质，通过将陶瓷膜在分散相中润湿降低陶瓷膜的表面能，将乳化剂溶解在水中作为分散相，重油为连续相，在跨膜压差下，分散相被压过陶瓷膜形成微射流，在连续相剪切力的作用下形成油包水型乳化重油；所制备的乳化重油中乳液液滴粒径为1～20μm。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述陶瓷膜的材质为Al₂O₃、ZrO₂、TiO₂或SiO₂中一种或多种复合；陶瓷膜的孔径为20～500nm。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的分散相为乳化剂水溶液；分散相中乳化剂添加的体积含量为200ppm～1000ppm；陶瓷膜在乳化剂溶液中浸泡时间为6～12h。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的乳化剂为吐温-20、司班-60、十二烷基硫酸钠或十六烷基三甲基溴化铵中的一种或几种。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的跨膜压差为0.10～0.40MPa。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于通过升温降低重油的黏度，维持重油温度在90℃～95℃，控制重油的膜面流速为0.2～2.0m/s。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于控制乳化重油中水油体积比为1:10～1:50。