CN110327795A - 一种油水分离装置 - Google Patents
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Abstract
油水分离装置，包括筒体，所述筒体上分别设置有与其内部连通的进原油部、出水部和出油部；分离部，所述分离部容置在所述筒体内并位于所述出水部和所述出油部之间，所述分离部上设置有亲水膜或者疏水膜。本发明的油水分离装置，由于在筒体的出水部和出油部之间设置了具有亲水膜或者疏水膜的分离部，因此，能够低能耗并且高效率地进行油水分离。
Description
技术领域
本发明涉及石油化工领域，尤其涉及油水分离装置。
背景技术
油田所采用的脱水方法需根据原油性质、含水率及乳化程度等参数确定。在含水率较高 时，通常采用两段脱水法，先用化学沉降法使含水率降低至30％以下，在使用电脱水法进行 处理。但是，化学沉降法的脱水处理所需时间长、分离效率低，而电脱水法如高频或变频脉 冲脱水技术在处理高含水原油时操作困难、能耗巨大。因此，传统的两段脱水法并不适合应 对高含水原油的处理。
发明内容
本发明针对现有的油水分离装置存在的能耗高、分离效率低的技术问题，提出了一种油 水分离装置。
油水分离装置，包括筒体，所述筒体上分别设置有与其内部连通的进原油部、出水部和 出油部；分离部，所述分离部容置在所述筒体内并位于所述出水部和所述出油部之间，所述 分离部上设置有亲水膜或者疏水膜。
优选地，所述油水分离装置为立式的，所述油水分离装置为立式的，所述出油部位于所 述筒体的上部，所述出水部位于所述筒体的下部，所述出水部包括一端位于所述筒体的下部 另一端高于所述分离部的出水管，所述进原油部位于所述出油部和所述出水部之间，并位于 所述分离部的侧部。
优选地，所述分离部包括多根具有中空的内管的筛管，所述筛管朝所述筒体的轴向延伸。
优选地，所述出水部和所述分离部之间，设置有隔断部，所述隔断部包括隔断板，所述 隔断板上设置有第一连通孔，所述第一连通孔与所述筛管的所述内管连通。
进一步优选地，还设置有缓流部，所述缓流部容置在所述筒体内，所述缓流部包括缓流 板，所述缓流板位于所述进原油部和所述出油部之间，所述缓流板上设置有第二连通孔和容 许所述筛管穿过的第三连通孔。
优选地，所述缓流板具有多处，沿所述筒体的轴向分布，相邻的所述缓流板上的所述第 二连通孔，沿轴向不同轴。
优选地，所述进原油部和所述筛管之间，设置有阻挡件，所述阻挡件位于所述筒体内， 并与所述筒体的内壁具有间隙。
优选地，所述亲水膜的材料为聚左旋多巴复合涂层材料，或者高分子刷涂层材料，或者 水凝胶涂层材料，或者无机微纳米材料。
进一步优选地，所述聚左旋多巴复合涂层材料为聚阳离子/聚左旋多巴复合涂层材料，或 者聚电解质复合物/聚左旋多巴复合涂层材料，或者金属离子/聚左旋多巴复合涂层材料。
优选地，所述缓流部还包括连接柱，所述连接柱沿所述筒体的轴向延伸，所述缓流板分 别与所述连接柱焊接，所述缓流板的所述第三连通孔均可容许所述筛管穿过。
本发明的油水分离装置，由于在筒体的出水部和出油部之间设置了具有亲水膜或者疏水 膜的分离部，因此，能够低能耗并且高效率地进行油水分离。
附图说明
图1是本发明的油水分离装置的一种实施例的外观示意图；
图2是图1的油水分离装置的剖视图；
图3是图2A处的局部放大图；
图4是图1的油水分离装置省略筒盖和中筒的局部视图；
图5是图3的隔断部的示意图；
图6是图4的缓流板的示意图；
图7是分离部的另一种实施例的示意图；
图8为实施例1中层层组装法制备油水分离膜的制备示意图；
图9为实施例1中制备的油水分离膜的扫描电子显微镜图片；
图10为现有的各类分离膜基底的照片及扫描电子显微镜图片；
图11为实施例3中聚左旋多巴与Fe3+作用形成的配合物的光学显微镜照片及实施例3中 制备的油水分离膜的扫描电子显微镜图片；
图12为效果实施例1中油水分离膜进行水中防油性能测试图；
图13为效果实施例2中油水分离膜进行油水分离效果实验图。
具体实施方式
以下参照附图，对本发明作详细说明。需要指出的是，本发明可以以许多不同的方式实 现，并不限于本文所描述的实施例，相反地，提供这些实施例目的是为了使本领域的技术人 员对本发明所公开的内容理解更加透彻全面。
另外，根据本发明的原理对说明性的实施例所进行的描述旨在要结合附图来进行阅读， 其将被视作整个书面说明书的一部分。在公开的本发明的实施例的描述中，任何方向或方位 的引用仅仅旨在便于说明，而并非旨在以任何方式限制本发明的范围。相关术语如“正面”、 “背面”、“上侧部”、“下侧部”、“后侧部”、“外侧”、“内侧”、“中部”、“内部”、“外部”、“下 部的”、“上部的”、“水平的”、“垂直的”、“上方”、“下方”、“向上”、“向下”、“顶部”和“底 部”)及其派生词(例如，“水平地”、“向下地”、“向上地”等)应当被解释为下文所述的或在讨论中的附图所示的方位。这些相关术语仅为方便说明之用，而不能要求设备按照特定方 位进行构造或操作,除非有明确说明。因此，本发明不应被确切地限制于对可单独存在或在 其它特征组合中存在的特征的一些可能的非限制性组合进行说明的示例性实施例；本发明的 保护范围由所附权利要求界定。
正如当前设想，本次公开描述了本发明的最优模式或实践模式。本发明并非旨在从限制 层面上进行理解，而是通过结合附图提供仅供说明使用的发明示例，以告知本领域的普通技 术人员本发明的优点和构造。在附图的各种视图中，相同的附图标记指代相同或相似的部件。
图1是本发明的油水分离装置的一种实施例的外观示意图；图2是图1的油水分离装置 的剖视图；参照图1、图2，油水分离装置，包括筒体1，筒体1上分别设置有进原油部11、出水部12和出油部13，筒体1内容置有分离部2，分离部2位于出水部12和出油部13之间， 分离部2上设置有亲水膜或者亲油疏水膜。这些亲水膜或者亲油疏水膜，可以是公知的无机陶瓷膜、高分子膜或者金属膜。这些层膜材料的共同特点是具有孔道结构，且具有浸润性，如亲水性质或者疏水性质，从而使油水混合物中的水或油高选择性的通过膜的孔道，以实现 高效率地分离。其中，疏水膜可以阻挡水的浸润，只允许油通过分离膜，但原油的粘度大且 成分复杂，易造成膜堵塞。而亲水膜则可以阻挡油的浸润，只允许水通过分离膜，另外，亲 水涂层膜在原油脱水方面具有自清洁性质，显示出更大的优势，因此，本发明优选亲水膜。
具体地，作为亲水膜的主要材料，可以列举现有的如：高分子刷涂层材料、水凝胶涂层 材料、无机微纳米材料。
优选地，另外，作为亲水膜的主要材料，还可以选择聚左旋多巴复合涂层材料。作为聚 左旋多巴复合涂层材料，可以列举例如：聚阳离子/聚左旋多巴复合涂层材料、聚电解质复合 物/聚左旋多巴复合涂层材料、金属离子/聚左旋多巴复合涂层材料。
以下通过实施例1-3及效果实施例1、2并参照图8-图13，对制备含聚左旋多巴复合涂 层材料的油水分离膜的方法，进行详细说明。
[实施例1]
(1)制备聚左旋多巴：配制1-2mg/mL的左旋多巴(L-Dopa)水溶液，向溶液中加入碱， 调节溶液pH值至8.5，在80℃下搅拌24小时即可获得水溶性聚左旋多巴(PDopa)的水溶液。 反应过程如下：
(2)制备含聚左旋多巴的溶液：向制备好的聚左旋多巴的水溶液中加入一定量的氯化钠， 制得聚左旋多巴的盐溶液，其中聚左旋多巴的浓度为1mg/mL，氯化钠的浓度为0.5M；
制备含聚二烯丙基二甲基氯化铵(聚阳离子)的盐溶液，其中聚二烯丙基二甲基氯化铵 的浓度为1mg/mL，氯化钠的浓度为0.5M。
(3)层层组装法制备油水分离膜：图8为实施例1中层层组装法制备油水分离膜的制备 示意图，参见图8，将分离膜基底浸泡在步骤(2)中制备的含聚二烯丙基二甲基氯化铵的盐 溶液(即聚阳离子溶液中)中，然后水洗并浸泡于步骤(2)中制备的含聚左旋多巴的溶液(即 聚阴离子溶液)中，取出分离膜基底水洗，并循环浸泡于聚阳离子及聚阴离子溶液中形成复 合物涂层，循环浸泡20次，水洗并吹干，制备得到油水分离膜。
图9为本实施例制备的油水分离膜的扫描电子显微镜图片，其中(a)表示油水分离膜的 正面扫描电子显微镜图片，(b)表示油水分离膜的断面扫描电子显微镜图片。
本实施例中的分离膜基底以不锈钢烧结网基底为例，实际使用的分离膜基底包含但不限 于不锈钢烧结网、铜网、特氟龙膜等现有的各类分离膜，图10为现有的各类分离膜基底的照 片及扫描电子显微镜图片，其中(a)表示不锈钢烧结网照片，(b)和(c)表示不同孔径铜 网的扫描电子显微镜图，(d)表示特氟龙膜的扫描电子显微镜图。
[实施例2]
(1)制备聚左旋多巴：与实施例1中相同。
(2)制备含聚左旋多巴的溶液：向制备好的聚左旋多巴水溶液中加入一定量的氯化钠， 制得聚左旋多巴的盐溶液，其中聚左旋多巴的浓度为1～5mg/mL，氯化钠的浓度为0～2M；
制备带正电荷的聚二烯丙基二甲基氯化铵/聚苯乙烯磺酸钠聚电解质复合物的盐溶液，其 中聚电解质复合物的浓度为1～5mg/mL，氯化钠的浓度为0～2M。
(3)层层组装法制备油水分离膜：将分离膜基底浸泡在步骤(2)中制备的聚电解质复 合物的盐溶液及步骤(2)中制备的含聚多巴胺的溶液中，循环浸泡50次，水洗并吹干，制备得到油水分离膜。
[实施例3]
(1)制备聚左旋多巴：与实施例1中相同。
(2)制备含聚左旋多巴的溶液：向0.1～1.0mg/mL聚左旋多巴水溶液中加入一定量的盐 酸或氢氧化钠，调节其pH值为2～12；
向上述含聚左旋多巴的溶液中加入三价铁盐，使得Fe3+含量为1～5mg/mL，得到聚左旋多 巴/Fe3+复合物分散系。
(3)将分离膜基底浸泡在步骤(2)中得到的复合物分散系中，浸泡时间为0.5～24h， 水洗并吹干，制备得到油水分离膜。
本实施例中因聚左旋多巴含有双酚基团、羧基及氨基，可与二价或三价金属离子螯合形 成配位化合物，聚左旋多巴与Fe3+作用形成的配合物的光学显微镜照片如图11中(a)所示， 最终制备得到的油水分离膜涂层的扫描电子显微镜图片如图11中(b)所示。
[效果实施例1]
取实施例1中制备得到的油水分离膜进行水中防油性能测试，结果如图12所示，其中(a)表示在水相中油水分离膜靠近(①)、接触(②)及离开(③，④)油滴时 的显微图片；(b)表示水相中二氯乙烷在油水分离膜表面的接触角和水相中十六烷在 油水分离膜表面的接触角；(c)表示水相中十六烷在油水分离膜表面的接触角大小与 组装的复合物涂层的层数之间的关系图。实验结果显示，本发明制备的油水分离膜在 水相中具有超高的接触角度和超低的滑动角度，它们在水相中具备高效抗油类物质粘 附污染的性能。
[效果实施例2]
取实施例1中制备得到的油水分离膜进行油水分离效果实验，结果如图13所示，其中(a) 表示两端开口管的一端固定分离膜的照片；(b)表示从另一端开口处倾倒油水混合物的照片； (c)和(d)分别是未设置本发明复合物涂层的分离膜基底及实施例1中的油水分离膜水洗 后的照片；(e)表示仅在重力分离下实施例1中油水分离膜的油水分离效果照片。从图中可 以看出本发明的油水分离膜具备高效、高通量的油水分离性能和良好的自清洁抗油粘附的特 性，进行油水分离后水洗能够有效除去粘附的石油，利于循环使用。
图3是图2A处的局部放大图，以下参照图1、图2、图3，继续对油水分离装置的结构进行说明。
优选地，油水分离装置为立式的，即筒体1为竖直方向放置的，筒体1包括三部分，筒 盖1a、中筒1b、底筒1c，筒盖1a和底筒1c分别与中筒1b通过螺栓锁紧，为了防止液体(如原油、水、油)泄露，筒盖1a和中筒1b之间、底筒1c和中筒1b之间，均设置有密封圈5。 筒盖1a使用钢板加工，筒盖1a上焊接有把手。中筒1b使用钢管加工，如直径159mm、壁厚 6mm的钢管机加成型，为了便于筒体1与筒盖1a和底筒1c连接，中筒1b的轴向的两端的端 面可以焊接有法兰101、101’，法兰101、101’上开设有螺栓孔。底筒1c的一端具有开口， 并且开口的端面也可以焊接有法兰102，该法兰102与中筒1b的其中一端的法兰101’匹配， 筒盖1a螺栓锁紧，底筒1c的另一端，通过钢板焊接封住，底筒1c的底部，可以开设有排污 口14，排污口可以通过截止阀(未图示)控制开闭。另外，底筒1c的外周可以焊接多个支 撑的地脚103，以稳定地支撑油水分离装置。
出油部13位于筒体1的上部，为了提高油水分离装置的容量，出油部13大致位于中筒 1b的最上端靠近筒盖1a的地方，出油部13包括焊接到中筒1b的最上端的壁上的出油管131， 出油管131大致垂直于筒体1的轴向，另外出油部13还可以包括与出油管联接、控制出油管 的开/闭的截止阀(未图示)。
出水部12位于筒体1的下部，出水部12包括出水管121，出水管121的一端位于筒体1 的下部，具体地，该一端可以焊接到底筒1c的壁上，出水管121沿筒体1的轴向方向，朝筒体1的上端延伸，并且，出水管121的另一端高于分离部2，同样地，出水部12还可以包括 与出水管121联接、控制出水管121的开/闭的截止阀(未图示)。通过将出水管121的另一 端设置为高于分离部2，可以实现使原油的液位一直高于分离部2，从而优化分离部2的分离 效果，提高分离效率。
进原油部11位于出油部13和出水部12之间，并位于分离部2的侧部2a处。通过将进原油部11设置在分离部2的侧部2a处，可以实现使作为需要油水分离的原油，先经过分离部2进行油水分离，然后再流动至出油部13和出水部12。进原油部11包括焊接到中筒1b 的壁上的进原油管111，进原油管111大致垂直于筒体1的轴向，同样地，进原油部11也可 以包括与进原油管111联接、控制进原油管111的开/闭的截止阀(未图示)。
图4是油水分离装置省略筒盖和中筒的局部视图，图5是隔断部的示意图，参照图4、 图5，以对分离部2进行进一步的详细说明。
在一种实施例中，分离部2包括多根具有中空的内管211的筛管21，筛管21朝筒体1的轴向延伸。筛管21可以为三层的不锈钢烧结网(即：分离膜基底)，筛管21的目数优选为500目-3000目，进一步优选为3000目，以提高油水分离的效率。筛管21上设置有亲水膜， 当亲水膜的主要材料为现有的涂层材料，如高分子刷涂层材料、水凝胶涂层材料、无机微纳米材料时，该亲水膜可以通过与其对应的、任何公知的方式附着在筛管21上。当亲水膜的主要材料为聚左旋多巴复合涂层材料的膜时，如含有聚阳离子/聚左旋多巴复合涂层材料的层膜 或者含有聚电解质复合物/聚左旋多巴复合涂层材料的层膜或者含有金属离子/聚左旋多巴复 合涂层材料的层膜时，则可以通过上述的制备方法进行制备获得。
出水部12和分离部2之间，设置有隔断部3，隔断部3包括隔断板31，隔断板31位于中筒1b和底筒1c之间，隔断板31上设置有第一连通孔311，第一连通孔311的数量与筛管 21的数量相同，并且，第一连通孔311与筛管21的内管211连通。通过设置筛管21，可以 实现原油在于筛管21接触时，只容许水穿过筛管21的亲水膜，进入到筛管21的内管211， 并经由筛管21的内管211、第一连通孔311进入到出水部12，由此，提高油水分离的效率。
优选地，隔断部3包括多根导管312，多根导管312的外侧分别嵌入到隔断板31的第一 连通孔311内并焊接固定，导管312的两端分别显露在隔断板31的两侧，即分别位于底筒1c侧和中筒1b侧，位于中筒1b侧的导管312的端部设置有外螺纹，与此相对，筛管21与 导管312连接的端部设置有内螺纹，由此实现筛管21与导管312的螺纹连接。由此，实现出 水部12和分离部2之间，只通过筛管21的内管211和第一连通孔311连通，可以避免未被 筛管21过滤、未进行油水分离的原油进入到出水部12。
为了避免经由原油管进入筒体1内部的原油直接冲击筛管21，导致损坏筛管21。进原油 部11和筛管21之间，设置有阻挡件42，阻挡件42位于筒体1内，并与筒体1的内壁具有间隙，优选地，阻挡件42为环状的，其外径小于筒体1的内径，由此在筒体1的内壁和阻挡 件42的外壁之间具有间隙，原油经由原油管进入到筒体1内时，直接冲击阻挡件42的外壁， 再沿着筒体1的内壁和阻挡件42的外壁之间的间隙，流入到筒体1内，由此，避免了原油直 接冲击筛管21。
油水分离装置安装时，先将筛管21安装到导管312上，然后以底筒1c为基准，将和导 管312焊接成型的隔断板31放置在底筒1c的上面，再将中筒1b放置到隔断板31的上面，最后通过螺栓和螺母锁紧底筒1c和中筒1b，由此，实现筒体1的方便拆装，并且，也方便 更换筛管21。
图6是图4的缓流板的示意图，参照图6并继续参照图4，为了对筒体1内的原油进行减速，增加原油与筛管21的接触时间，进一步提高油水分离的效率，优选地，筒体1内还设置有缓流部4，缓流部4包括缓流板41，缓流板41位于进原油部11和出油部13之间，缓流 板41上设置有第二连通孔411和容许筛管21穿过的第三连通孔412。缓流板41可以呈圆盘 状，缓流板41的外径稍小于筒体1的内径，第二连通孔411位于缓流板41内，用于连通进 原油部11和出油部13。当然，缓流板41也可以设置为外周具有缺口的盘状，缺口用于连通 进原油部11和出油部13。第三连通孔412的数量与筛管21的数量相同，用于避让筛管21。
优选地，第二连通孔411设置在第三连通孔412的附近，实现筒体1内的液位，经由第 二连通孔411上升时，均接触容许筛管21穿过的第三连通孔412，由此进一步增加原油与筛 管21的接触时间。
进一步优选地，缓流板41具有多处，各块缓流板41分别大致垂直于筒体1的轴向，并 沿筒体1的轴向分布，相邻的缓流板41上的第二连通孔411，沿轴向不同轴。通过设置轴向 不同轴的第二连通孔411，可以延长液位上升时，液体(原油或者油)的流动距离，由此，进一步增加原油与筛管21的接触时间。
多块缓流板41可以作为整体放置到筒体1内。具体地，缓流部4还包括连接柱43，连接柱43例如具有四根，连接柱43沿筒体1的轴向延伸，缓流板41分别与连接柱43焊接， 并且，缓流板41的第三连通孔412均可容许筛管21穿过，即：焊接后的各缓流板41的第三 连通孔412设置为同轴。另外，本实施例的环状的阻挡件42，也可以与连接柱43焊接。
图7是分离部2’的另一种实施例的示意图，参照图7，分离部2可以包括多层筛网21’ (即：分离膜基底)，筛网21’为不锈钢烧结网，筛网21’上设置有上述的筛管21上所设置的亲水膜。
同样地，筛网21’可以为三层的不锈钢烧结网，筛网的目数优选为500目-3000目，进 一步优选为3000目，以提高油水分离的效率。多层筛网21’可以沿筒体1的轴向分布。为了支撑并分隔筛网21’，分离部2在各筛网21’之间，分别设置有分隔件22，分隔件22的 外径稍小于筒体1的内径，分隔件22可以为环状的，分别位于两层筛网21’之间，将不同 的筛网21’分隔开，其中，最底层的筛网21’直接支撑在隔断板31上，然后，不同的筛网 21’和不同的分隔件22分别沿筒体1的轴向分布。此时，进原油管111与筒体1连通的孔可 以位于其中一个分隔件22的侧部(即环状分隔件22的壁部的外侧)，在此，分隔件22的外 侧同时作为阻挡件42的作用，避免经由原油管111进入筒体1内部的原油直接冲击筛网21’， 导致损坏筛网21’。进一步地，为了提高筛网的承压能力，分隔件22也可以设置为蜂窝状的， 由此增加筛网21’的支撑面积。
在上述具体实施方式中所描述的各个具体的技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任 何方式进行组合，为了不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不另行说明。
以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而并非对其进行限制，凡未脱离本发明范围的 任何修改或者等同替换，均应当涵括在本发明的技术方案内。
Claims (10)
1.油水分离装置，其特征在于，包括
筒体，所述筒体上分别设置有与其内部连通的进原油部、出水部和出油部；
分离部，所述分离部容置在所述筒体内并位于所述出水部和所述出油部之间，所述分离部上设置有亲水膜或者疏水膜。
2.根据权利要求1所述的油水分离装置，其特征在于，所述油水分离装置为立式的，所述出油部位于所述筒体的上部，所述出水部位于所述筒体的下部，所述出水部包括一端位于所述筒体的下部另一端高于所述分离部的出水管，所述进原油部位于所述出油部和所述出水部之间，并位于所述分离部的侧部。
3.根据权利要求2所述的油水分离装置，其特征在于，所述分离部包括多根具有中空的内管的筛管，所述筛管朝所述筒体的轴向延伸。
4.根据权利要求3所述的油水分离装置，其特征在于，所述出水部和所述分离部之间，设置有隔断部，所述隔断部包括隔断板，所述隔断板上设置有第一连通孔，所述第一连通孔与所述筛管的所述内管连通。
5.根据权利要求3或4所述的油水分离装置，其特征在于，还设置有缓流部，所述缓流部容置在所述筒体内，所述缓流部包括缓流板，所述缓流板位于所述进原油部和所述出油部之间，所述缓流板上设置有第二连通孔和容许所述筛管穿过的第三连通孔。
6.根据权利要求5所述的油水分离装置，其特征在于，所述缓流板具有多处，沿所述筒体的轴向分布，相邻的所述缓流板上的所述第二连通孔，沿轴向不同轴。
7.根据权利要求3所述的油水分离装置，其特征在于，所述进原油部和所述筛管之间，设置有阻挡件，所述阻挡件位于所述筒体内，并与所述筒体的内壁具有间隙。
8.根据权利要求1所述的油水分离装置，其特征在于，所述亲水膜的材料为聚左旋多巴复合涂层材料，或者高分子刷涂层材料，或者水凝胶涂层材料，或者无机微纳米材料。
9.根据权利要求8所述的油水分离装置，其特征在于，所述聚左旋多巴复合涂层材料为聚阳离子/聚左旋多巴复合涂层材料，或者聚电解质复合物/聚左旋多巴复合涂层材料，或者金属离子/聚左旋多巴复合涂层材料。
10.根据权利要求6所述的油水分离装置，其特征在于，所述缓流部还包括连接柱，所述连接柱沿所述筒体的轴向延伸，所述缓流板分别与所述连接柱焊接，所述缓流板的所述第三连通孔均可容许所述筛管穿过。
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