CN112499858A - 一种非均匀电场耦合介质聚结的破乳装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种非均匀电场耦合介质聚结的破乳装置，所述装置包括分离腔体，设置于所述分离腔体外壁的进液口、水相出口和油相出口；所述分离腔体内部设有电极组件，用于提供强制迁移乳液中油滴的电场，所述电极组件包括板状的金属电极，固定所述板状的金属电极的固定孔板，电源和通电导线；所述电极组件内部均匀填充有由介质颗粒组成的介质聚结单元；所述分离腔体靠近水相出口和油相出口的内部上端设有一油水分离组件。本发明还公开了一种利用上述装置的非均匀电场耦合介质聚结的破乳方法，所述装置和方法利用产生非均匀电场的电极组件与填充介质的耦合作用进行水包油乳液的破乳除油，强化破乳过程，破乳除油深度高。

Description

一种非均匀电场耦合介质聚结的破乳装置及方法

技术领域

本发明属于石油化工油水分离领域，具体涉及一种非均匀电场耦合介质聚结的破乳装置及方法。

背景技术

石油化工领域会产生大量含油废水，大多为油滴粒径在0.1～10μm的乳化油滴，由于油滴粒径较小，表面存在电荷且含有乳化剂的原因，该类油滴较难分离。随着国家可持续发展战略目标的要求和节能环保意识的提高，人们逐渐重视对含油废水的处理，而对水包油状态的乳化液破乳是处理含油废水的关键。传统的针对乳化液的破乳方法中，破乳剂法工艺简单但成本高，容易造成二次污染；活性污泥法能耗低、运行费用低但会形成新的污染且操作管理复杂；膜法操作简单、无二次污染但容易阻塞且成本较高；气浮法不适合对水质要求严格，适用范围窄；吸附法效力效果好但处理量不高，还需进行二次处理。电场破乳虽前景广阔、潜力巨大但仍处于起步阶段而且采用电场破乳单一的分离技术往往具有不同程度的局限性。因此开发一种新型高效的破乳方法处理水包油乳液，具有重大的积极意义和经济价值。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明提供了一种非均匀电场耦合介质聚结的破乳装置及方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种非均匀电场耦合介质聚结的破乳装置，所述装置包括分离腔体，设置于所述分离腔体外壁底端的进液口和设置于所述分离腔体外壁顶部的水相出口和油相出口，且所述油相出口位于所述水相出口的上方；所述分离腔体内部设有电极组件，用于提供强制迁移乳液中油滴的电场，所述电极组件包括板状的金属电极，固定所述金属电极的固定孔板，电源和通电导线；所述电极组件内部均匀填充有由介质颗粒组成的介质聚结单元，用于捕获乳液中的油滴并使油滴聚结长大；所述分离腔体靠近水相出口和油相出口的内部上端设有一油水分离组件，用于促进破乳后的油相和水相的分离。

根据本发明的优选实施例，所述固定孔板包括上下两片材质为聚四氟乙烯的固定孔板，所述固定孔板上设有长条形的开口，所述金属电极的两端穿入所述开口，进而由所述上下两片固定孔板固定。

根据本发明的优选实施例，所述板状的金属电极包括若干块板状的正极电极和负极电极，所述正极电极和负极电极竖直放置在所述分离腔体内部，且每相邻两块金属电极以相同间隔平行布置，相邻两块金属电极的极性相反；所述若干块正极电极和负极电极分别通过通电导线连接串联组成电极组件的正极和负极，并通过通电导线与电源连接。

根据本发明的优选实施例，所述每块金属电极的形状大小相同，高度为0.6-3m，长度为0.5-2.8m，厚度为0.01-0.3m；每相邻两块金属电极的间隔为0.01-0.5m。

根据本发明的优选实施例，所述固定孔板的长度为0.5-3m，宽度为0.5-2.8m，厚度为0.02-0.08m，两片固定孔板分别固定在所述板状的金属电极距离上下两端0.1m处的位置。

根据本发明的优选实施例，所述组成介质聚结单元的介质颗粒为一种或多种亲油性或亲油性与疏油性组合的介质颗粒；所述介质颗粒为尺寸0.2-5mm的球形或异形颗粒；所述介质颗粒为单一尺寸或多种尺寸分层填充，组成不同型式的介质床层。

根据本发明的优选实施例，所述分离腔体从20％高度至70％高度的区间为电场与介质协同破乳区间，70％高度至顶部的区间为收油分水区间；所述油水分离组件与所述分离腔体的顶部的距离为所述分离腔体高度的5％-15％。

本发明还公开了一种应用所述装置的一种非均匀电场耦合介质聚结的破乳方法，所述方法的步骤包括：

(1)乳液经进液口进入分离腔体，在非均匀电场作用下，油滴在电极组件间产生朝向强电场梯度的方向的电流体动力学移动，油滴界面稳定性被削弱。

(2)在电场作用下移动的油滴被填充在电极间的介质聚结单元捕获、诱导聚结，小油滴在介质表面成长为大油滴，实现油滴在介质层的聚集，在流体曳力和浮力作用下脱离。

(3)经非均匀电场和介质聚结单元协同强化分离后的混合液经油水分离组件后，油相富集在分离腔体的上部，经油相出口回收，净化水经水相出口排出腔体。

根据本发明的优选实施例，所述电场型式为直流电场、交流电场、单向脉冲电场或双向脉冲电场，所述电极组件的电源可提供的电压为0-20kV。

根据本发明的优选实施例，乳液通过分离腔体的截面流速为0.001m/s-0.2m/s，装置压降为0.005-0.6Mpa。

本发明的有益效果在于：利用产生非均匀电场的电极组件与填充介质的耦合作用进行水包油乳液的破乳除油，强化水包油乳液的破乳过程。本发明的非均匀电场耦合介质聚结的破乳装置及方法的分离效率高、破乳除油深度高。

附图说明

图1是本发明涉及的板状电极耦合介质聚结单元破乳装置的结构示意图。

符号说明：

1-进液口、2-水相出口、3-油相出口、4-油水分离组件、5-分离腔体、6-介质聚结单元、7-固定孔板、8-正极电极、9-负极电极、10-电源、11-通电导线。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。有必要在此指出的是，以下实施例只用于对本发明作进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的专业技术人员根据本发明的内容作出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。

本发明的技术构思为：利用产生非均匀电场的电极组件和填充介质的耦合作用进行O/W乳液的破乳分离。其中，所述电极组件产生的非均匀电场中存在电场梯度，会在油滴上产生一个朝向强电场梯度的净作用力，细小油滴在该作用力的作用下发生电流体动力学移动；所述填充介质对油滴具有诱导聚结作用，即O/W乳液中的油滴可以被所述填充介质捕获并诱导聚结；将所述非均匀电场和填充介质的诱导聚结两种作用耦合，实现O/W乳液的深度破乳除油。

实施例1

如图1所示，一种非均匀电场耦合介质聚结的破乳装置，所述装置包括分离腔体5，设置于所述分离腔体5外壁底端的进液口1和设置于所述分离腔体5外壁顶部的水相出口2和油相出口3，且所述油相出口3位于所述水相出口2的上方；所述分离腔体5内部设有电极组件，用于提供强制迁移O/W乳状液中油滴的电场，所述电极组件包括板状的金属电极，固定所述金属电极的固定孔板7，电源10和通电导线11；所述电极组件内部均匀填充有由介质颗粒组成的介质聚结单元6，用于捕获O/W乳状液中的油滴并使油滴聚结长大；所述分离腔体5靠近水相出口2和油相出口3的内部上端设有一油水分离组件4，用于促进破乳后的油相和水相的分离。

进一步的，所述固定孔板7包括上下两片材质为聚四氟乙烯的固定孔板，所述固定孔板7上设有长条形的开口，所述金属电极的两端穿入所述开口，进而由所述上下两片固定孔板7固定所述金属电极。

进一步的，所述金属电极包括若干块板状的正极电极8和负极电极9，所述正极电极8和负极电极9竖直放置在所述分离腔体5内部，且每相邻两块金属电极以相同间隔平行布置，相邻两块板状电极的极性相反，即所述正极电极8和负极电极9依次穿插排列。所述若干块正极电极8通过通电导线11连接串联组成电极组件的正极，并通过通电导线11与电源10连接；所述若干块负极电极9通过通电导线11连接串联组成电极组件的负极，并通过通电导线11与电源10连接。

优选的，所述每块金属电极的形状大小相同，高度为0.6-3m，长度为0.5-2.8m，厚度为0.01-0.3m；每相邻两块金属电极的间隔为0.01-0.5m；所述固定孔板7长度为0.5-3m，宽度为0.5-2.8m，厚度为0.02-0.08m，两片固定孔板7分别固定在所述板状金属电极距离上下两端0.1m处的位置。

进一步的，所述组成介质聚结单元6的介质颗粒为一种或多种亲油性或亲油性与疏油性组合的介质颗粒。优选的，所述介质颗粒为尺寸0.2-5mm的球形或异形颗粒。

进一步的，所述介质聚结单元6由单一尺寸的介质颗粒组成，或多种尺寸的介质颗粒分层填充组成，组成不同型式的介质床层。

优选的，所述介质聚结单元6可做成模块形式，方便拆卸、更换、清理。

进一步的，所述下方的固定孔板7与所述分离腔体5底部的距离为所述分离腔体5高度的20％，上方的固定孔板7与所述下方的固定孔板7的距离为所述分离腔体5高度的50％，使得所述分离腔体5从20％高度至70％高度的区间为电场与介质协同破乳区间，70％高度至顶部的区间为收油分水区间。

进一步，所述油水分离组件4与所述分离腔体5的顶部的距离为所述分离腔体5高度的5％-15％。

利用上述装置的一种非均匀电场耦合介质聚结的破乳方法，其步骤包括：

(1)乳液经进液口1进入分离腔体5，在非均匀电场作用下，油滴在电极组件间产生朝向强电场梯度的方向的电流体动力学移动，油滴界面稳定性被削弱。

(2)在电场作用下移动的油滴被填充在电极间的介质聚结单元6捕获、诱导聚结，小油滴在介质表面成长为大油滴，实现油滴在介质层的聚集，在流体曳力和浮力作用下脱离。

(3)经非均匀电场和介质聚结单元协同强化分离后的混合液经油水分离组件4后，油相富集在分离腔体5的上部，经油相出口3回收，净化水经水相出口2排出腔体。

进一步的，所述电场型式为直流电场、交流电场、单向脉冲电场或双向脉冲电场；所述电极组件的电源可提供的电压为0-20kV。

进一步的，乳液通过分离腔体的截面流速为0.001m/s-0.2m/s，装置压降为0.005-0.6Mpa。

实施例2

采用实施例1中的非均匀电场耦合介质聚结的破乳装置及方法处理含油乳液。所述破乳装置中电极组件采用三块金属电极，所述每块金属电极的形状大小相同，高度为1.2m，长度为0.56m，厚度为0.05m，电极板间隔为0.3m。

步骤如下：

(1)将300mL非溶解态油含量为500mg/L的水包油柴油乳液(柴油为市售0#)经进液口通入分离腔体，油滴粒径为20-100μm，在非均匀电场作用下，油滴在电极组件间产生朝向强电场梯度的方向的电流体动力学移动，油滴界面稳定性被削弱。

(2)在电场作用下移动的油滴被填充在电极间的介质聚结单元捕获、诱导聚结，小油滴在介质表面成长为大油滴，实现油滴在介质层的聚集，在流体曳力和浮力作用下脱离。

(3)经非均匀电场和介质聚结单元协同强化分离后的混合液经油水分离组件后，油相富集在分离腔体的上部，经油相出口回收，净化水经水相出口排出腔体。净化水中非溶解态的油含量可降至15mg/L。

结果分析：处理前乳液中非溶解态油含量为500mg/L，处理后净化水中非溶解态的油含量为15mg/L，满足含油乳液的油水分离指标。

Claims (10)

1.一种非均匀电场耦合介质聚结的破乳装置，其特征在于，所述装置包括分离腔体，设置于所述分离腔体外壁底端的进液口和设置于所述分离腔体外壁顶部的水相出口和油相出口，且所述油相出口位于所述水相出口的上方；所述分离腔体内部设有电极组件，用于提供强制迁移乳液中油滴的电场，所述电极组件包括板状的金属电极，固定所述金属电极的固定孔板，电源和通电导线；所述电极组件内部均匀填充有由介质颗粒组成的介质聚结单元，用于捕获乳液中的油滴并使油滴聚结长大；所述分离腔体靠近水相出口和油相出口的内部上端设有一油水分离组件，用于促进破乳后的油相和水相的分离。

2.根据权利要求1所述的破乳装置，其特征在于，所述固定孔板包括上下两片材质为聚四氟乙烯的固定孔板，所述固定孔板上设有长条形的开口，所述金属电极的两端穿入所述开口，进而由所述上下两片固定孔板固定。

3.根据权利要求1所述的破乳装置，其特征在于，所述板状的金属电极包括若干块板状的正极电极和负极电极，所述正极电极和负极电极竖直放置在所述分离腔体内部，且每相邻两块金属电极以相同间隔平行布置，相邻两块金属电极的极性相反；所述若干块正极电极和负极电极分别通过通电导线连接串联组成电极组件的正极和负极，并通过通电导线与电源连接。

4.根据权利要求3所述的破乳装置，其特征在于，所述每块金属电极的形状大小相同，高度为0.6-3m，长度为0.5-2.8m，厚度为0.01-0.3m；每相邻两块金属电极的间隔为0.01-0.5m。

5.根据权利要求2所述的破乳装置，其特征在于，所述固定孔板的长度为0.5-3m，宽度为0.5-2.8m，厚度为0.02-0.08m，两片固定孔板分别固定在所述板状的金属电极距离上下两端0.1m处的位置。

6.根据权利要求1所述的破乳装置，其特征在于，所述组成介质聚结单元的介质颗粒为一种或多种亲油性或亲油性与疏油性组合的介质颗粒；所述介质颗粒为尺寸0.2-5mm的球形或异形颗粒；所述介质颗粒为单一尺寸或多种尺寸分层填充，组成不同型式的介质床层。

7.根据权利要求1所述的破乳装置，其特征在于，所述分离腔体从20％高度至70％高度的区间为电场与介质协同破乳区间，70％高度至顶部的区间为收油分水区间；所述油水分离组件与所述分离腔体的顶部的距离为所述分离腔体高度的5％-15％。

8.一种应用权利要求1-7中任一装置的一种非均匀电场耦合介质聚结的破乳方法，其特征在于，所述方法的步骤包括：

(1)乳液经进液口进入分离腔体，在非均匀电场作用下，油滴在电极组件间产生朝向强电场梯度的方向的电流体动力学移动，油滴界面稳定性被削弱；

(2)在电场作用下移动的油滴被填充在电极间的介质聚结单元捕获、诱导聚结，小油滴在介质表面成长为大油滴，实现油滴在介质层的聚集，在流体曳力和浮力作用下脱离；

(3)经非均匀电场和介质聚结单元协同强化分离后的混合液经油水分离组件后，油相富集在分离腔体的上部，经油相出口回收，净化水经水相出口排出腔体。

9.根据权利要求8所述的破乳方法，其特征在于，所述电场型式为直流电场、交流电场、单向脉冲电场或双向脉冲电场，所述电极组件的电源可提供的电压为0-20kV。

10.根据权利要求8所述的破乳方法，其特征在于，乳液通过分离腔体的截面流速为0.001m/s-0.2m/s，装置压降为0.005-0.6Mpa。

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