CN110747005A - 一种利用微孔膜进行燃油脱水的方法 - Google Patents

一种利用微孔膜进行燃油脱水的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110747005A
CN110747005A CN201911068983.1A CN201911068983A CN110747005A CN 110747005 A CN110747005 A CN 110747005A CN 201911068983 A CN201911068983 A CN 201911068983A CN 110747005 A CN110747005 A CN 110747005A
Authority
CN
China
Prior art keywords
membrane
water
fuel oil
pores
pressure
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
CN201911068983.1A
Other languages
English (en)
Inventor
孙子高
吴浩赟
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to CN201911068983.1A priority Critical patent/CN110747005A/zh
Publication of CN110747005A publication Critical patent/CN110747005A/zh
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G33/00—Dewatering or demulsification of hydrocarbon oils
    • C10G33/06—Dewatering or demulsification of hydrocarbon oils with mechanical means, e.g. by filtration

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Abstract

本发明提出了一种利用微孔膜脱除燃油中水分的方法，使用材质为PP、PE、PVDF、PTFE等低表面能的管式或平板膜脱除燃油中的水分。粒径大于膜孔径的水粒子能否进入膜孔取决于临界压力
Figure 100004_DEST_PATH_IMAGE002
，当操作压力P小于临界压力
Figure 100004_DEST_PATH_IMAGE004
时，粒径大于膜孔径的水粒子不会进入膜孔，采取错流操作方式这些水粒子能够被流体冲离膜表面，提高脱水效率以及元件使用寿命；操作压力P大于等于临界压力
Figure 245645DEST_PATH_IMAGE004
时，粒径大于膜孔径的水粒子开始进入膜孔，停留在膜孔处堵塞膜孔，或穿透膜孔使脱水效率下降；另一方面，粒径小于膜孔径的水粒子则在任何压力下都能通过膜孔。因此，本发明采用热致相分离TIPS法在低温淬冷条件下制备膜，其具有致密的皮层结构，并且在小于临界压力的条件下进行错流过滤，可以极大提高燃油的脱水效率。

Description

一种利用微孔膜进行燃油脱水的方法
技术领域
本发明属于油水分离领域，具体涉及一种利用微孔膜进行燃油脱水的方法。
背景技术
汽油、煤油、柴油等燃油在开采、加工、生产、运输环节中带入的水分会对管路、设备造成损害甚至发生事故。水分在燃油中的形态可分为分子级（水粒子半径小于10-9m）、胶体级（水粒子半径10-9-10-7m）、乳状水（水珠半径10-7-10-3m）、沉降水（水珠半径大于10-3m）等形式。目前，燃油脱水主要是针对乳状水、沉降水的脱除，精度较低。
近些年来，膜分离技术在油水分离领域得到长足发展，膜法脱水具有能耗低、精度高的优点。然而滤膜易被堵塞，膜自身强度小，连续操作稳定性差，破乳效率低，膜元件需要经常更换与清洗。因此，需要开发一种高效耐用的膜分离方法。
发明内容
本发明提供了一种利用微孔膜脱除燃油中水分的方法，包括：
所述微孔膜的材质为高分子聚合物。
所述膜的表面需具有致密的皮层结构；所述的皮层结构由热致相分离（TIPS）方式形成，在所述的TIPS过程中，所述膜的皮层结构在淬冷剂中形成，所述淬冷液包括水，导热油，冷气等。
所述的膜为中空管式膜或平板膜形式。
粒径大于膜孔径的水粒子可在临界压力
Figure 924417DEST_PATH_IMAGE001
下开始进入膜孔；所述的临界压力
Figure 133682DEST_PATH_IMAGE002
由膜面积，膜孔隙率
Figure 717164DEST_PATH_IMAGE004
，燃油粘度
Figure 516624DEST_PATH_IMAGE005
，膜（壁）厚度λ，燃油/水的界面张力
Figure 947606DEST_PATH_IMAGE006
，膜元件特性参数k确定；所述的膜元件特性参数k由膜元件过滤燃油的流量Q、压力P根据关系式
Figure 513716DEST_PATH_IMAGE007
拟合得到。
使用所述的膜元件进行燃油脱水，操作压力P小于所述临界压力
Figure 80964DEST_PATH_IMAGE002
时，采取错流操作方式使这些水粒子被流体冲离膜表面。
操作压力P大于等于所述临界压力
Figure 18702DEST_PATH_IMAGE002
时，粒径大于膜孔径的水粒子开始进入膜孔，停留在膜孔处堵塞膜孔，或穿透膜孔使脱水效率下降；粒径小于膜孔径的水粒子在任何压力下都能通过膜孔。
采用上述方法，有利于提高燃油脱水效率。
附图说明
图1为膜法燃油脱水过程示意图。
图2为膜法油水分离流程示意图。
具体实施方式
利用膜法进行燃油脱水，需采用亲油疏水的低表面能材料作为膜材料，如聚丙烯PP、聚乙烯PE、聚偏氟乙烯PVDF、聚四氟乙烯PTFE等高分子聚合物。当含水燃油与膜接触后，燃油迅速在膜材料表面铺展、润湿、渗透通过膜孔，而水分对这些聚合物不润湿，此时的膜孔具有“燃油特性”。
将具有“燃油特性”的膜孔假定为大小相等、均匀分布且垂直于膜面的半径为r[m]的毛细管，半径大于r的水粒子受到临界压力Pc [Pa]的作用后即将进入膜孔，如图1所示，根据毛细管原理，临界压力Pc与r有如下关系
Figure 936979DEST_PATH_IMAGE008
(1)
θ为水分与“燃油特性”膜孔壁的接触角，
Figure 572360DEST_PATH_IMAGE006
[N/m]为燃油/水的界面张力。通过实验发现，柴油、煤油环境下，水滴在PP、PE、PVDF、PTFE等聚合物表面能够长时间保持球状且油/水界面清晰，利用孔径为0.2、0.4微米的上述材质的膜，可以有效去除柴油、煤油中的水分；然而对于汽油，水滴不能长时间保持球形且油/水界面不清晰，使用同样的微孔膜对汽油中的水分脱除效率极低。因此规定膜法燃油脱的前提条件：燃油环境下水分与聚合物材料是不润湿的，接触角近似为180°，即cosθ≈1。然而毛细管半径r不易确定，因此根据Poiseuille定律，将一定压力
Figure 744846DEST_PATH_IMAGE009
[Pa]下，透过膜的燃油通量Q[m3/s]，膜孔半径r之间的关系表达为
Figure 869797DEST_PATH_IMAGE010
(2)
Figure 9791DEST_PATH_IMAGE003
为膜面积[m2]，
Figure 698131DEST_PATH_IMAGE004
为膜的孔隙率，为测试液体的粘度[Pa·s]，λ为膜厚度[m]。结合式（1）、（2）可得到半径大于r的水粒子即将穿透膜孔时，临界压力
Figure 207926DEST_PATH_IMAGE002
与此时燃油流量之间的关系：
Figure 359870DEST_PATH_IMAGE012
(3)
另一方面，对于特定的膜元件以及燃油种类，式（2）中的
Figure 756216DEST_PATH_IMAGE013
项可视为膜元件常数k，故式（2）可表达为：
Figure 222970DEST_PATH_IMAGE007
(4)
k值由不同压力下燃油透过特定膜元件的流量数据拟合得到。结合式（3）、（4）可得到使用特定膜元件时，半径大于r的水粒子即将进入膜孔时的临界压力表达式：
Figure 592683DEST_PATH_IMAGE001
(5)
对于孔径为r的膜元件，当操作压力 P小于临界压力
Figure 107978DEST_PATH_IMAGE002
时，即
Figure 624410DEST_PATH_IMAGE014
，半径大于r的水滴不会进入膜孔，采用错流过滤方式，这些停留在膜表面的水粒子会被带离膜表面，发生碰撞、聚结，形成较大的水滴，通过简单聚结沉降可以去除，提高操作稳定性，延长膜元件的使用寿命；当时，半径大于r的水粒子开始进入膜孔，停留在膜孔处堵塞膜孔，或穿透膜孔使脱水效率下降；而半径小于r的水滴，在任何压力下都不能被截留，这些水粒子可通过布朗运动、扩散或压力驱动进入、穿过膜孔。因此，减小膜孔径有利于提高截留水粒子的精度。
PP、PE、PVDF这些材料的成孔方法宜采用热致相分离（TIPS）法，TIPS法制备的膜孔径均匀，膜强度大。这是一种通过冷却聚合物溶液引发相分离的成孔方法，冷却速率对膜的表面结构影响很大，当铸膜液被冰水混合物或更低温的冷却剂冷却时，表面会形成致密的皮层结构，这种紧密的小孔结构对提高燃油脱水精度十分有利，从而获得了小孔径膜，然后利用这种微孔膜进行高效的燃油脱水。
实施例一
采用市售的0#柴油进行测试，20℃条件下柴油粘度为3.95×10-3[Pa· S]，此温度下柴油/水的界面张力
Figure 668087DEST_PATH_IMAGE006
为2.3×10-2 [N /m]。
使用内径为3.5mm的热致相PP管式膜，该膜通过TIPS法在冰水混合物中成孔，孔隙率
Figure 773446DEST_PATH_IMAGE004
为65%，壁厚λ为1mm，将这种管式膜制成有效面积为0.15㎡膜元件，在20℃条件下使用该膜元件对柴油进行压力流量测试，拟合得到膜元件参数k为4.14×10-10[m3 / (Pa·S)]。
根据以上参数，代入计算式
Figure 831270DEST_PATH_IMAGE001
，得出该种膜元件的操作压阀值为1.23×105Pa，即操作压力应小于1.23×105Pa，否则将导致膜元件的污堵或脱水失效。
将0#柴油混入水分至含水量2000ppm，在20℃条件下的使用上述膜元件进行脱水，实验流程如图2所示，操作压力范围：0.65-1.45×105Pa。
表1 2000ppm含水柴油实验数据
操作压力P[Pa] 通量Q[L/h] 维持时间[h] 滤液含水量[ppm]
0.65×10<sup>5</sup> 15.6 ＞72 88
0.85×10<sup>5</sup> 15.4 ＞72 89
1.05×10<sup>5</sup> 15.5 ＞64 89
1.25×10<sup>5</sup> 14.1 10 93
1.45×10<sup>5</sup> 13.5 8.5 97
由表1可以看出，膜分离法可以将2000ppm的含水柴油脱至含水量100pm以下。在操作压力1.25×105Pa以下，膜元件可以长时间维持稳定的通量以及脱水效率；当操作压力升高至1.25×105Pa时，膜元件的通量下降，并且维持这一通量的时间仅为10h，同时滤液含水量也有所上升，说明膜元件发生了污堵；进一步增大操作压力至1.45×105Pa，膜元件通量进一步下降，维持时间也缩短至8.5小时，滤液内含水量进一步上升，但并未达到大量水粒子透过的程度。
实施例二
采用市售的0#柴油进行测试，20℃条件下柴油粘度为3.95×10-3[Pa· S]，此温度下柴油/水的界面张力
Figure 777546DEST_PATH_IMAGE006
为2.3×10-2 [N /m]。
使用内径为3.5mm的热致相PP管式膜，该膜通过TIPS法在冰水混合物中成孔，孔隙率为65%，壁厚λ为1mm，将这种管式膜制成有效面积为0.15㎡膜元件，在20℃条件下使用该膜元件对柴油进行压力流量测试，拟合得到膜元件参数k为4.14×10-10[m3 / (Pa· S)]。
根据以上参数，代入操作压力阀值计算式
Figure 733181DEST_PATH_IMAGE016
，计算出该种膜元件的操作压阀值为1.23×105Pa，即操作压力应小于1.23×105Pa，否则将导致膜元件的污堵或脱水失效。
将0#柴油混入水分至含水量6500ppm，在20℃条件下的使用上述膜元件进行脱水，实验流程如图2所示，操作压力范围：0.65-1.45×105Pa。
表2 6500ppm含水柴油实验数据
操作压力P[Pa] 通量Q[L/h] 维持时间[h] 滤液含水量[ppm]
0.65×10<sup>5</sup> 14.4 ＞64 98
0.85×10<sup>5</sup> 13.5 ＞64 101
1.05×10<sup>5</sup> 12.7 ＞48 104
1.25×10<sup>5</sup> 11.2 8.2 110
1.45×10<sup>5</sup> 10.5 7.1 116
由表2可以看出，膜分离法可以将6500ppm的含水柴油脱至含水量120ppm以下。
在操作压力1.25×105Pa以下，膜元件可以长时间维持稳定的通量以及脱水效率；当操作压力升高至1.25×105Pa时，膜元件的通量下降，并且维持这一通量的时间仅为8.2h，同时滤液含水量也有所上升，说明膜元件发生了污堵；进一步增大操作压力至1.45×105Pa，膜元件通量进一步下降，维持时间也缩短至7.1小时，滤液内含水量进一步上升，但并未达到大量水粒子透过的程度。

Claims (4)

1.一种利用微孔膜脱除燃油中水分的方法，其特征在于，包括：
所述微孔膜的材质为高分子聚合物；
所述膜的表面需具有致密的皮层结构；所述的皮层结构由热致相分离（TIPS）方式形成，在所述的TIPS过程中，所述膜的皮层结构在淬冷剂中形成，所述淬冷液包括水，导热油或冷气；
所述的膜为中空管式膜或平板膜形式；
临界压力
Figure DEST_PATH_IMAGE002
，所述的临界压力
Figure DEST_PATH_IMAGE004
由膜面积，膜孔隙率
Figure DEST_PATH_IMAGE008
，燃油粘度
Figure DEST_PATH_IMAGE010
，膜厚度λ，燃油/水的界面张力
Figure DEST_PATH_IMAGE012
，膜元件特性参数k确定；所述的膜元件特性参数k由膜元件过滤燃油的流量Q、压力P根据关系式
Figure DEST_PATH_IMAGE014
拟合得到；
使用所述的膜元件进行燃油脱水，操作压力P小于所述临界压力时，采取错流操作方式使这些水粒子被流体冲离膜表面。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述微孔膜的材质为聚丙烯PP、聚乙烯PE、聚偏氟乙烯PVDF、聚四氟乙烯PTFE。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述膜的皮层结构在-10℃—10℃的淬冷剂中形成。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述管式膜的内径大于2mm，膜厚为0.5-5mm，或者，所述平板膜厚度为0.5-5mm。
CN201911068983.1A 2019-11-05 2019-11-05 一种利用微孔膜进行燃油脱水的方法 Withdrawn CN110747005A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911068983.1A CN110747005A (zh) 2019-11-05 2019-11-05 一种利用微孔膜进行燃油脱水的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911068983.1A CN110747005A (zh) 2019-11-05 2019-11-05 一种利用微孔膜进行燃油脱水的方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN110747005A true CN110747005A (zh) 2020-02-04

Family

ID=69282121

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911068983.1A Withdrawn CN110747005A (zh) 2019-11-05 2019-11-05 一种利用微孔膜进行燃油脱水的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110747005A (zh)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1597073A (zh) * 2004-08-06 2005-03-23 天津科技大学 热致相分离制备聚丙烯平板微孔膜的方法
CN1751767A (zh) * 2004-09-21 2006-03-29 北京化工大学 利用中空纤维更新液膜技术实现同级萃取－反萃的方法
CN2815470Y (zh) * 2005-05-19 2006-09-13 刘云飞 超细纤维油水分离复合滤纸
CN101227965A (zh) * 2005-06-09 2008-07-23 门布拉内有限公司 具有改进的过滤性能的微滤膜
CN101530680A (zh) * 2009-03-13 2009-09-16 北京化工大学 一种利用疏水膜进行油品脱水的方法
CN102716676A (zh) * 2012-05-10 2012-10-10 清华大学 一种具有水下超疏油性质的油水分离网膜及其制备方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1597073A (zh) * 2004-08-06 2005-03-23 天津科技大学 热致相分离制备聚丙烯平板微孔膜的方法
CN1751767A (zh) * 2004-09-21 2006-03-29 北京化工大学 利用中空纤维更新液膜技术实现同级萃取－反萃的方法
CN2815470Y (zh) * 2005-05-19 2006-09-13 刘云飞 超细纤维油水分离复合滤纸
CN101227965A (zh) * 2005-06-09 2008-07-23 门布拉内有限公司 具有改进的过滤性能的微滤膜
CN101530680A (zh) * 2009-03-13 2009-09-16 北京化工大学 一种利用疏水膜进行油品脱水的方法
CN102716676A (zh) * 2012-05-10 2012-10-10 清华大学 一种具有水下超疏油性质的油水分离网膜及其制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
杨振生等: "疏水性油水分离膜及其过程研究进展", 《化工进展》 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Abadikhah et al. Application of asymmetric Si3N4 hollow fiber membrane for cross-flow microfiltration of oily waste water
Cabassud et al. How slug flow can improve ultrafiltration flux in organic hollow fibres
Koĺtuniewicz et al. Process factors during removal of oil-in-water emulsions with cross-flow microfiltration
Mohammadi et al. Modeling of membrane fouling and flux decline in reverse osmosis during separation of oil in water emulsions
Hua et al. Performance study of ceramic microfiltration membrane for oily wastewater treatment
CN100594054C (zh) 多孔多层中空纤维、过滤模块和多孔多层中空纤维的制造方法
US20170088441A1 (en) Method and device for deep oil removal from wastewater containing low concentration dirty oil
Zhu et al. Geometric restriction of gas permeance in ultrathin film composite membranes evaluated using an integrated experimental and modeling approach
KR100656863B1 (ko) 미소다공성 폴리머 막내로의 연료 침투를 방지하는 방법
JP7075953B2 (ja) 内燃機関の運転方法および空気供給装置
Fux et al. Microscale dynamics of oil droplets at a membrane surface: deformation, reversibility, and implications for fouling
US5098566A (en) Osmotic distillation process and semipermeable barriers therefor
Abbasi et al. Flux decline and membrane fouling in cross-flow microfiltration of oil-in-water emulsions
KR20130029819A (ko) 내연 기관의 질소 산화물의 삭감 방법 및 그 장치
Hu et al. Influence of membrane material and corrugation and process conditions on emulsion microfiltration
Lei et al. PES asymmetric membrane for oil-in-water emulsion separation
Yi et al. Separation of oil/water emulsion using nano-particle (TiO2/Al2O3) modified PVDF ultrafiltration membranes and evaluation of fouling mechanism
Mercelat et al. Mechanisms for direct separation of oil from water with hydrophobic hollow fiber membrane contactors
CN110747005A (zh) 一种利用微孔膜进行燃油脱水的方法
TWI621653B (zh) Ｐｔｆｅ／ｐｆｓａ摻合膜
KR20200020460A (ko) 불소계 수지 다공성 막
JP2005501168A (ja) 油脱水機
Fernández et al. The study of oil/water separation in emulsion by membrane technology
CN210826068U (zh) 一种高效的燃油脱水设备
CN113975983B (zh) 一种超亲水/疏水薄层复合膜及其制备和应用

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WW01 Invention patent application withdrawn after publication
WW01 Invention patent application withdrawn after publication

Application publication date: 20200204