现代油水分离技术与原理
张博1，2，王建华1，吴庆涛1，康志强2
【摘 要】摘要：随着现代工业技术的不断发展，油水分离技术得到广泛应用。面对越来越困难的油水分离现状，基于不同工作原理，针对不同分离对象，多种油水分离技术随之诞生。通过对现代油水分离技术进行分类，深入分析了不同油水分离技术的工作原理，并结合原理列出相应的应用实例，评价了不同油水分离技术的分离效果，并根据油水分离的难度、使用对象、应用环境等因素的变化，建议采用相应的油水分离技术，实现经济高效地油水分离效果。最后，提出了现代油水分离技术中存在的问题和今后关于该研究发展的一些建议。
【期刊名称】过滤与分离
【年(卷),期】托盘的使用方法2014(024)003
两点论和重点论
听风者【总页数】鼻涕有血开心点5
【关键词】油水分离；乳状液；破乳化剂；破乳化
（续上期）
1.2 化学分离法ppt计时
现代油水分离技术中除了物理分离法，还有化学分离法也起到非常关键的作用。化学分离法是通过向油水乳状液中加入能够破坏稳定乳状液的化学剂（破乳化剂），以打破油滴在水相中或水滴在油相中稳定悬浮的状态，实现油滴或水滴的快速聚结，最终完成油水分离的方法。360硬件检测
1.2.1 作用原理
对W/O型的油水分散体系进行油品净化，其实质是乳化油破乳化的过程，对乳状液进行破坏的化学剂统称为破乳剂。习惯上将向O/W型的油水分散体系中加入的化学剂统称为絮凝剂或净水剂，对含油污水起到絮凝作用。破乳化剂的破乳化性能主要取决于两个方面：一是亲水亲油性；二是破坏界面膜的能力。破乳化剂的作用原理基本上可分为以下几种：
（1）降低乳化剂吸附量。大部分破乳剂具有较强的界面活性，可以吸附到油水界面上，顶替在界面上存在的乳化剂，有效地降低乳化剂在界面上的吸附量及界面膜强度，使乳状液
破坏。如乙醇、戊醇、十二烷基磺酸钠等。
（2）改变界面层的分子排列结构。乳状液界面层（界面膜）的强度与乳化剂在界面上的规则排列或结构密切相关。加入少量界面活性强、分子较大、结构特殊的破乳剂，可改变界面膜的结构，使界面层的强度降低，促进液珠的聚并和乳状液的破坏。
（3）反型乳化剂的对抗作用。乳化剂具有较强的界面活性，但其亲油、亲水特性存在巨大差异。一般情况下，亲油性强的表面活性剂可乳化形成W/O型乳状液，亲水性强的表面活性剂乳化形成O/W型乳状液，两种表面活性剂互为反型乳化剂。在一些情况下，可用反型乳化剂作为破乳剂，对抗乳状液中原有乳化剂的乳化、稳定作用，使乳状液破坏。
（4）电解质的作用。该破乳方法主要是通过乳状液的水相中含有的电解质或添加电解质，起到降低乳状液ζ电势、减弱水化作用和改变乳化性质三大作用，达到减小界面水相一侧的双电层厚度，降低界面水化层厚度，或是使电解质与乳化剂发化学反应，影响电离平衡及水解平衡，使乳化剂性质发生变化，导致乳状液的破坏或转相，实现乳状液中的水珠聚结、沉降或油珠絮凝、聚并，最终达到油水分离的目的。
由于破乳化剂的破乳化作用十分复杂，特别是对组成复杂的乳状液，对破乳剂的选择主要还是依赖于试验筛选，且工作量巨大。
1.2.2 应用与研究现状
基于破乳剂作用原理，结合乳状液形成原因，根据乳状液类型，要选择不同的破乳剂（或反相破乳剂）。
1.2.2.1 W/O型乳状液
W/O型乳状液主要是油（如石油、汽轮机油、液压油、齿轮油等）在开发、运输或使用过程中混入水份而形成的乳化油。目前，国内外通常用于润滑油的破乳化剂有环氧丙烷二胺缩聚物（国内代号T1001）或高分子聚醚（DL32，KR12）等。吕崖［43］等在研究DL32破乳剂对船用油油水界面的影响中指出，含大量添加剂的船用油分水性能差的主要原因是添加剂分子吸附于油水界面，形成坚固的界面膜，阻碍了液滴的聚结；加入新型破乳剂DL32后，船用油分水性能得到明显的改善，破乳剂分子能强烈吸附于界面，形成不坚固的破乳剂界面膜，易于破碎，实现乳化油破乳化。王建华［44］等将T1001和DL32作为破乳
剂，研究汽轮机油乳化与破乳机制，结果表明，加入破乳剂后，体系的表界面张力进一步降低，破乳剂具有比防锈剂更强的表面活性，将乳化剂从油水界面顶替下来，形成新的界面膜，且新形成的界面膜强度较低，碰撞过程中液滴发生破裂，油水分离，发生破乳。该科研团队又采用含氢双封头与烯炳基聚氧乙烯聚氧丙烯醚合成一种新型聚醚与硅氧烷共聚物类汽轮机油破乳剂［45-46］，分别用搅拌法和蒸汽法评价其破乳化性能，结果表明，合成的新型破乳剂在较低添加量时就显示出非常优异的破乳化性能，其破乳化性能明显优于其他同类产品，且空气释放值和抗泡沫性也能满足标准要求。Wanli Kang［47］等将酚醛树脂聚氧乙烯、聚环氧丙烷、聚环氧丙烷聚合物作为破乳化剂，通过表征油水界面性质，研究合成水与原油的乳状液的破乳化性，结果表明，当加入破乳化剂后，界面弹性降低了油膜的厚度和油膜存在时间以及强度；当油膜厚度达到临界值，油膜发生破裂；界面弹性随破乳化剂用量增加而降低，当破乳化剂到达一定剂量后，界面弹性将不再下降；脱水率与界面弹性有关，当不同破乳化剂混合后，界面弹性越低，脱水率越高。Hikmeat［48］也认为随着破乳化剂用量增加，水的分离率也增加，且分水率与破乳化剂的组成关系密切。
1.2.2.2 O/W型乳状液
W/O型乳状液的破乳使用的表面活性剂叫做破乳剂，而把O/W型乳状液的破乳使用的表面活性剂称之为絮凝剂或净水剂。目前絮凝剂品种较多，大多是根据具体的水质研制开发的，具有比较强的针对性，同时也有普适性很高产品出现，国外的絮凝剂应用也比较广泛，其效果虽然好，但造价高。油田开采时，向油井注水驱油会形成O/W型乳状液，还有工业含油污水，均属于O/W型乳状液。
随着石油开采程度的日益加深，稠油所占比例不断增加，对于稠油的开采与集输，要先将活性水（表面活性剂、助剂的稀水溶液）注人井底稠油中，使稠油在井底乳化，形成低黏度的O/W型稠油乳状液。稠油开发产生的污水处理问题一直是制约其发展的重要因素，稠油污水中极易形成O/W型乳状液，与油相接界处的O/W乳状液可分散进入油相，与水相接界处的乳状液可分散进入水相，中间层混合有乳状液。Abdel-Azim［49］等制备了一系列烷基酚与环氧乙烷缩聚物（NP-9、NP-11、NP-13）破乳化剂，研究其对Al-Hamra公司的含油污水的破乳化性，通过以上三种破乳化剂对污水和新油与水的乳状液的破乳化试验发现，NP-13对含油污水的破乳化性最佳。
同时，我国多数油田进入高含水后期开发阶段，采出液中逐渐出现了O/W型乳状液。王姗
姗［50］采用“发散法”，通过改变反应温度、原料配比、反应时间等因素，合成以二乙烯三胺为核心的1.0～3.0代系列树枝型聚合物—聚酰胺-胺（PAA）。该产品属于非离子型原油破乳剂，在25℃、破乳剂加量为200 mg/L、120 min的条件下，3.0G产品的脱水率可达98%，出水快，脱出水色较透明且界面平整。
2 现代油水分离技术发展中存在的问题及建议
（1）设计基础原理研究不够深入。我国自主研发的物理法油水分离设备，其机械设计部分大多数是建立在国外已有的设备基础上，改造或仿制而成。在研发过程中，国内的研发机构无法全面而深入地掌握国外研发机构在设计油水分离设备时所考虑到的机械部件动力学性能、结构性能、油水乳状液动力性能以及机械设计原理等方面的因素，以致出现国内研发的油水分离设备的油水分离效率远低于国外的情况。为解决以上问题，国内研究机构应从实际油水乳状液性能出发，深入研究流体力学、结构力学、材料学和材料力学，结合机械设计和计算机仿真，提出真正适用于我国实际情况的设计基础原理，并依据原理研发具有自主知识产权的油水分离设备。
（2）材料与制造精度的限制。对于油水分离设备制造业而言，材料与制造精度将直接影响
设备的油水分离效率，比如材料的刚性、韧性与防腐蚀性，零部件的表面粗糙度，高速转动部件的同轴性，超高速转动时转动轴与轴承的稳定性等多种因素都将影响到油水分离设备的技术参数。例如，对于碟式离心净油机而言，转数是非常重要的技术参数，而受材料与机械加工工艺水平的限制，国产碟式离心净油机的转数与国外先进水平还有很大差距。
（3）新型破乳化剂种类有限，化学分离法有待深入研究。无论是在处理W/O型乳状液或是O/W型乳状液方面，破乳剂与絮凝剂的种类少、专一性强是影响化学法使用效果和领域的一个重要因素。深入化学法在油水分离技术中的使用，继续进行破乳剂的复配研究，这是解决国内破乳剂类型少、专一性强最有效的办法之一。在破乳剂研发方面，要根据油水乳状液的组成、结构、性质以及对稳定性的影响，研究破乳机理时应尽量避免使用模拟油，而直接用原油乳状液，研制新型化学结构的破乳剂，逐渐用非聚醚型破乳剂取代聚醚类破乳剂。在絮凝剂研发方面，研制开发阳离子型反相破乳剂，和多功能集于一身的一剂多用型絮凝剂，同时，生物破乳剂、生物絮凝剂也是一个值得研究的方向。
3 结束语
无论是物理分离法，还是化学分离法都有其优点和局限性，适用范围各不相同，如果只采
用一种分离方法，很多时候难以达到理想效果。实际使用过程中应针对不同的情况进行复配使用，以确定合适的油水分离方法。我国的油水分离技术与西欧和北美还存在一定差距，导致这种差距的原因复杂而繁多，分离方法单一、化学试剂种类稀少是重要原因。以物理分离法和化学分离法为基础，有机整合，深入研发新技术、新产品、新设备，可显著改善油水分离效果，提升油水分离率，降低经济损耗，推动油水分离技术的突破与创新，起到节能减排的作用。
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总之，正确运用油水分离技术，可提高油水分离率，降低成本、提升处理量。随着科技不断发展，人类对低碳经济、循环经济、绿色经济要求的不断提高，合理运用油水分离技术将会在石油、化工等多个领域显示出举足轻重的地位。
