油水重力分离原理及聚结破乳机理初探

对油水重力分离的基本原理进行了阐述,并对油水乳状液聚结破乳机理进行了探讨。分析表明,从浅池原理和聚结原理入手,可对分离器的结构和聚结板的材料进行优化,以提高其流动特性以及分离性能;若有效地分离油水两相,必须施加外力场,使得坚固的界面膜削弱并破坏,促进其聚结破乳;应根据聚结破乳发生的条件对分离器的结构进行优化,以保证其具有优良的水力特性。     

静电场和离心力场联合分离水/油型乳状液

（1）对搅动下水／油型（W／O)乳状液的静电分离过程作了理论分析,从极化角度对外电场促使水滴聚结的原因给予定量解释;提出极化水滴“二分子”碰撞、聚结的假设,并阐述了极化水滴聚结的动力学过程.(2)采用一种新型（同时具有静电场和离心力场）静电分离器对水／煤油─Span80乳状液进行了分离实验．分别研究了乳状液停留时间、含水量、电压以及油相粘度等对破乳率的影响,结果表明水滴“二分子”碰撞、聚结的假设较好地描述了水滴在电场下聚结的动力学过程;破乳实验设备由于使用高速离心场替代传统重力场,使得破乳效果有明显提高．     

不同黏土成分乳状液超声破乳机理研究

针对超声波破乳机理,利用不同种类黏土,在不同时间、黏土用量、功率条件下对超声波破乳进行实验,根据实验所得油水分离结果进行分析与研究。以无黏土加入的超声波破乳实验为参照,合理地解释了在加入黏土颗粒的情况下超声波破乳不能达到预期分离效果的原因。研究表明,加入黏土后,除实验用高岭土随着用量的增加破乳能力降低,蒙脱土、伊利土、石英砂粉末均在少量加入情况下就能够对超声波破乳产生较大影响。在对黏土影响破乳机理进行进一步研究后,发现并验证了黏土颗粒主要是通过自身与表面活性剂的协同作用来影响油水乳状液稳定性,对超声波油水分离提供了技术支持。     

W/O型油水乳化液物理破乳技术及装置研究进展

综述了石油原油或废油中W/O型油水乳化液物理破乳技术及装置的研究现状及发展趋势,分别从施加外力破乳和施加场能破乳两个方面介绍了W/O型油水乳化液的物理破乳技术及装置各自的优缺点。施加外力破乳技术及装置方面,重点介绍了施加离心力破乳的旋流破乳装置、施加聚结力破乳的聚结板式破乳装置和施加压力破乳的膜破乳装置;施加场能破乳技术和装置方面,重点介绍了施加微波场的微波破乳装置、施加超声场的超声波破乳装置以及施加电场的电破乳装置;并着重阐述水击谐波破乳技术及装置的工作机理、结构及工作流程。最后指出破乳技术及装置研究方向为装置的新型化、节能环保化、智能化以及轻量化。     

三段式聚结板气液分离器性能实验研究

为优化聚结板结构、合理选择适合于不同现场的聚结构件,针对三段式聚结板气液分离器进行了可视化实验研究;通过实验改变聚结板板倾角β及板间距b等条件,得到聚结板分离效率与气流速度、压降与气流速度变化曲线,并分析解释其分离机理。若聚结板结构参数确定,当气流速度达到9 m/s时,分离性能较为理想。当气流速度高于临界破膜速度时,二次夹带现象显著,分离效率出现下降趋势。     

高频/高压静电聚结破乳评价方法及电场频率选择研究

为满足当前所处理原油劣质化的新挑战,实现设备紧凑高效、运行节能降耗等发展目标,采用高频/高压电场进行W/O型乳化液静电聚结破乳脱水已经成为国内外的研究热点。采用自主研制开发的全数字控制高频/高压脉冲方波交流电源,基于矩形流道连续流动实验装置,采用Turbiscan Lab分散稳定性分析仪评估静电聚结破乳特性,并系统研究了电场频率和乳化液含水率对分散相水液滴聚结长大的影响。研究结果表明,W/O型模拟乳化液含水率5%时,施加电压为5.4 kV、频率为1.1 kHz的电场,分散相水液滴的平均体积粒径增大39.75倍,稳定动力学参数增加3.12倍,破乳效果非常明显;W/O型模拟乳化液的含水率不同,分散相水液滴取得最佳聚结效果所对应的电场频率也不同,工程应用中应该根据不同油田原油乳化液的实际情况进行具体评估。     

高浓度切削液废水电絮凝破乳及影响因素实验研究

采用电絮凝法对高浓度切削液废水进行破乳实验,考察实验条件对破乳效果影响。实验结果表明:在阳极-阴极采用铝板-316不锈钢、电流密度20. 0 m A/cm~2、极板间距4. 0 cm、反应时间70. 0 min和pH=8. 0条件下,破乳效果最好,CODCr去除率可以达到97. 4%;电絮凝破乳主次因素依次为:电流密度极板间距pH反应时间。采用电絮凝方法可以快速高效的达到破乳效果实现油水分离,同时去除高浓度切削液废水中的COD_(Cr),降低了后续深度处理的工艺难度,具有较好的应用推广前景。     

非均匀高频电场下W/O型乳化液动态破乳聚结特性的实验研究

采用自主设计搭建的非均匀电场动态破乳聚结特性实验装置,首次在国内配套使用高频/高压脉冲交流电源和FBRM G600型聚焦光束反射仪,建立了W/O型乳化液中分散相水颗粒粒径分布的在线测试评价方法,进而系统研究了电场参数和流动参数对W/O型乳化液在非均匀电场作用下动态破乳聚结特性的影响规律。实验结果表明,对于所配制含水率为20%的W/O型乳化液,在电场强度为2.87 kV×cm~(-1)、电场频率为2 kHz、占空比为50%时,分散相水颗粒体积平均粒径(VMD)值较初始稳定状态的增长倍数达到最大值,为3.81倍;小粒径水颗粒(粒径小于10μm)数目较初始稳定状态减小至最小值,减少了62%;充分证明在非均匀电场下,合理电场参数的筛选对于乳化液破乳聚结具有重要意义。在实验流速范围内,VMD值增大倍数随着流速的增加先增大后减小,表明在确保足够停留时间的前提下,适度增加乳化液流速方能显著提升破乳聚结效率,因此合理流速的确定应当优先满足乳化液在电场中最短停留时间的要求。     

无机盐浓度和种类对静电破乳的影响

为探究静电聚结破乳机理,采用显微实验研究的方法,深入考察不同无机盐浓度和种类条件下W/O乳状液分散相液滴在脉冲电场作用下的破乳聚并行为。实验发现,一定范围内,随溶于分散相无机盐浓度的增加,液滴电导率增大,极化作用力增强,迁移聚并速率加快,沉降分离效果提升。无机盐浓度过高时,极化作用力、离子冲击力激增,出现过度极化现象。电导率、界面张力、pH值和介电常数差别不大的条件下,液滴的极化效果主要取决于离子极化效应,高价盐的静电聚结速率显著增大。油水界面张力低、离子价位高的条件下,极易形成数量较多、长度极长的液链,降低了液滴的迁移聚并速率。上述研究成果为高效紧凑的静电聚结设备的开发提供了依据。     

液膜乳状液连续电破乳研究

讨论了连续电破乳器的设计方法，在此基础上建立了竖式平板绝缘电极实验室用的连续电破乳装置。对于煤油－兰１１３Ｂ（表面活性剂）－ＺｎＳＯ＿４溶液体系，实验研究了各种因素对连续破乳的影响。结果表明，当乳液进破乳器的速度较小时，可以获得较高的油水分离效果。     

操作参数对W/O乳状液水滴静电迁移聚并的影响

用导热油和蒸馏水配制成W/O乳状液，在高压高频脉冲电场下通过显微实验考察了含水率、乳化强度、温度等操作参数对高压高频脉冲电聚结和水滴迁移聚并的影响。结果表明，含水率低时，水滴碰撞几率和偶极聚结力的实验结果与理论分析结果相符，含水率高时脱水效果下降；乳化强度越强，水滴碰撞速率越大，偶极聚结力越小，乳化强度适中，电聚结效果越好；操作温度越高，布朗运动越强，连续相粘度越小，液膜排液阻力减小，对水滴聚结越有利。     

Numerical Study of the Collision and Coalescence of Water Droplets in an Electric Field

The coalescence of binary water droplets in oil exposed to an external electric field is simulated using a model including both electrostatic and hydrodynamic sections. Available mathematical models for electric dipole‐dipole force are presented in the first part of the model. Volume of Fluid approach is applied in the second part of the model. The simulation results were in good agreement with the published experimental observations. The results indicated that an improvement in electrocoalescence speed could be achieved. It was also revealed that the skew angle of the electric field, the oil viscosity, and the initial drops distance influence the electrocoalescence. Moreover, a correlation was developed to predict electrocoalescence kinetic as a function of the participant parameters.     

微波破乳器的实验研究

对自制的800 W隧道式箱型微波破乳器进行了微波破乳实验研究. 详细考察了影响微波破乳器破乳效果的工艺参数,得出了最佳条件：流量70 L/h,温升速率16℃/min. 最佳实验条件下,含水50.0%的乳状液经微波破乳-离心分离后得到的离心油样含水率为2.2%. 循环连续破乳实验表明,含水率随有效停留时间的延长逐渐趋于稳定,采用多级串联的方法可以提高处理量,且可达到较好的破乳效果. 通过对微波破乳器的场强分布数值模拟,对比了有物料和无物料两种情况下微波破乳器的场强分布差异,为微波破乳器的进一步放大提供了依据.     

Electrocoalescence of binary water droplets falling in oil: Experimental study

The approaching movement and consequent coalescence of binary water droplets falling in stagnant oil and exposed to an external electric field are investigated using a high speed camera. Different situation of the droplets and electric field intensities are applied in the experiments. The qualitative results of the experimental observations are exhibited through the scaled images of the binary droplets snapshots in milliseconds. Furthermore, different approaching trends of the droplets are presented as quantitative plots and discussed based on the theoretical electrostatic and hydrodynamic models. The effect of the applied voltage amplitude, initial distance of the drop pair, and skew angle of the electric field are investigated. The experimental results prove the electrostatic theories; as acceleration in electrocoalescence demonstrated using a stronger electric field as well as closer distance between the droplets. It was also revealed that the skew angle of the electric field decelerates the electrocoalescence until alignment of the droplets.     

Combined removal experiment of multiple impurities from W/O emulsions under high frequency pulsed electric field: Study on laws of desalination,decalcification, and deacidification

Electrocoalescence is widely used to dehydrate crude oil, but impurities in crude oil are extremely complex, which greatly weaken the effect of dehydration. To understand the coupling law of various impurities, a static demulsification experiment was conducted under a high frequency and high voltage pulsed electric field to investigate the effects of electric field parameters (voltage, frequency, pulse width ratio), emulsification strength, electrocoalescence time, water content, acid value, injection alkali ratio, calcium content, decalcification agent concentration and removal process on desalination, decalcification, and deacidification. The results showed that the desalination and decalcification rates varied synchronously with the electric field parameters and water content. Additionally, the desalination and decalcification rates decreased with the emulsification strength, alkali injection ratio, acid value, and calcium content. Further, they increased first and then decreased with decalcifier concentration. The deacidification rate did not vary with the electric field parameters, but it strengthened with the water content and alkali injection ratio. Conversely, it decreased with the acid value, calcium content, and decalcifier concentration. Additionally, it increased first and then decreased with the emulsification intensity. The best removal procedure is deacidification followed by decalcification. These findings are helpful to achieve the combined removal of various impurities in crude oil.     

操作参数和物性参数对超声波污油破乳的影响

引言 随着以注水为主要手段的二次采油和以注聚合物溶液为主要手段的三次采油技术的广泛应用,在石油开采过程中产生了大量的污油污水,其破乳分离的难度也越来越大,重力分离、离心分离等常规分离方法已经不能满足实际工况的需求[1-2].超声波破乳脱水技术利用了超声波的机械振动、空化及热效应,能够达到较好的油水两相分离的效果,已经成为一项新兴的技术,得到了学者们的广泛关注[3-5].     

磁性纳米颗粒-微波辐射对稠油O/W乳状液的协同破乳

首先分析了微波辐射功率和辐射时间对磁性纳米粒子协同破乳的影响规律,在此基础上,利用生物显微镜、接触角测量仪、zeta电位分析仪等分别测量了微波作用前后油滴的分布以及磁性纳米粒子的润湿性和带电性,从而揭示了微波和磁性纳米粒子的协同破乳机理。实验结果表明：磁性纳米粒子作用下,微波辐射参数过高或者过低都会对磁性纳米粒子破乳产生抑制作用,只有在最优辐射参数范围内,微波才会促进磁性纳米粒子的破乳,且当纳米Ni浓度为150mg/L,微波辐射参数为400W、30s时,乳状液的分水率达到最高值102.56%,而在相同微波辐射参数下,Co₃O₄浓度为125mg/L,乳状液的分水率达到最大值106.06%。该工作为磁性纳米颗粒-微波辐射协同破乳技术的发展提供试验和理论依据。     

低压脉冲电场对高浓度O/W型乳化液破乳特性的影响

为实现高含油浓度O/W型乳化液的电场破乳预分水,借鉴电絮凝技术的工作原理自行设计了静态序批式电场破乳预分水实验装置。在对乳化液理化特性进行量化表征以确保其稳定性的基础上,以预分水率为主要评价指标,系统实验研究了电场形式、峰值电压、脉冲频率、占空比及含水率对O/W型乳化液静态破乳预分水特性的影响。结果发现,脉冲直流方波电场下乳化液的破乳效果比直流电场较好;含水率降低使乳化液的破乳程度减弱;峰值电压、脉冲频率和占空比都存在一个最优值。当施加脉冲直流方波电场、电压幅值为40V、脉冲频率为2kHz、占空比为0.5、加电时间为30min时,含水率90%乳化液的预分水率达87.18%。基于实验过程中的现象推测,高含油浓度O/W乳化液的破乳预分水机理包括双电子层作用和类似电絮凝作用。     

冷冻解冻法破除液体石蜡W/O乳状液

冷冻解冻法是一种新型的破除W/O乳状液的物理破乳方法.为了揭示冷冻解冻破乳作用机制,本文以稳定性好的液体石蜡W/O乳状液为研究对象,采用差热扫描量热仪（DSC）与显微镜,研究了高黏度连续相液体石蜡体系的W/O乳状液的冷冻解冻破乳过程.结果表明：该破乳过程是一个渐进过程.当乳珠粒径均匀细小,小于5.5 μm时,乳珠在冷冻解冻循环中逐渐长大,经多次冷冻解冻后完成破乳;然而当乳珠粒径较大时,如51 μm,乳状液体系仅需单次冷冻解冻循环就可破乳较完全,破乳率超过90%.此外,乳状液含水量的增加有利于提高破乳效率.乳状液水相的凝固点受乳珠尺度的影响,但受含水量的影响不显著.当乳珠粒径较大时,水相凝固点随乳珠粒径的减小而降低;但是当乳珠粒径降至5.5 μm时,乳珠粒径的改变对其影响已不明显.