一種基於水合物原理的油水混合物分離方法與流程

2023-08-08 13:32:21 5

本發明屬於分離科學與技術領域，涉及一種基於水合物原理的油水混合物分離方法。

背景技術：

在正常情況下，油和水互不相容，但是隨著化工技術的快速發展，種類繁雜的表面活性劑得到了廣泛應用，而這些具有活性的化學試劑，使得本不相溶的油水相在特定條件下極易形成穩定的乳濁液。另外，在石油開採中，油井產出液往往是不同種類的烴組分、水以及其他雜質組成的混合液，並且為了保證油井的正常生產和提高原油採收率，往往採用活性水驅油、鹼水驅油、聚合物驅油、泡沫驅油等技術，這使得油井產出液形成了含有較高水分的穩定懸浮乳化液。對於僅需要油相或者水相的工業領域，穩定乳狀液會帶來極大地負面影響，因此必須實現油水混合物的分離。

因此，油水混合物分離技術已經在石油化工、汙水處理、食品工程等多個領域得到了廣泛應用。但是由於油水混合狀態、油水含量、油水混合物中的有機物種類、油水分離對象等多種因素的不同，使得油水混合物分離難度越來越大，單一油水分離技術已不能滿足現代工業發展和環境保護的需求。

技術實現要素：

針對已有技術的不足，本發明提供了一種基於水合物原理的油水混合物分離方法，其目的在於利用與水不互溶的水合劑只結合油水混合物中的水形成固體水合物，通過固液分離得到分離的水合物和油相，水合物分解得到水相和水合劑，實現油水混合物分離。

本發明的技術方案：

一種基於水合物原理的油水混合物分離方法，包括步驟如下：

(1)水合物生成：①測定油水混合物的含水率，計算出含水量，將油水混合物和水合劑通入反應釜中，並記錄反應釜內的溫度和壓力，其中油水混合物中的水和水合劑的摩爾比為水合物化學反應計量比；②根據所用水合劑的水合物相圖，設置反應釜內溫度和壓力，反應釜內壓力設置範圍為大氣壓至反應釜所能承受的極限壓力，反應釜置於製冷循環水浴中，設置製冷循環水浴溫度處於反應釜內壓力對應的水合物相平衡溫度以下、冰點以上；③當反應釜內溫度出現上升，然後又降低到水浴設置溫度後持續1h以上，得到以水合物和油為成分的水合產物；

(2)水合物破碎：將水合產物從反應釜中轉移至碎冰機，將其中的塊狀水合物破碎成水合物粒徑在1mm以下的水合物漿；

(3)真空抽濾：將水合物漿進行真空抽濾3min以上，得到油和初級分離產物，其中，初級分離產物由水合物和油組成；

(4)離心分離：將初級分離產物進行離心分離，設置離心轉速不低於2000r/min，離心時間5min以上，經離心分離後得到水合物和油；

(5)水合物分解：將步驟(4)得到的水合物在常溫常壓下分解，得到由純淨的水和水合劑組成的分解液；

(6)產物收集及水合劑循環利用：將步驟(3)真空抽濾得到的油和步驟(4)離心分離得到的油收集在一起，得到最終產物之一的油；將步驟(5)分解液靜置直至水和水合劑完全分層，利用水合劑與水的不互溶性，通過分層過濾，得到水合劑和水，水合劑繼續在步驟(1)中循環利用，水作為最終產物之一進行收集。

進一步地，所述水合劑為一氟二氯乙烷(r141b)、環戊烷或環己烷中的一種。水合劑需選用與水不互溶、不易燃、無毒，能夠在常壓下形成水合物液體化學試劑。

進一步地，所述步驟(2)(3)(4)操作環境的壓力保持和步驟(1)中反應釜內設定壓力一致，溫度保持和製冷循環水浴的設定溫度一致。

進一步地，所述步驟(1)中若需設置反應釜內壓力大於大氣壓，利用壓縮空氣加壓。

本發明的有益效果為，利用水合物生成過程只結合純淨水而把其他不能生成水合物的物質排除在其結構之外的原理，實現了利用水合物生成原理分離油水混合物的目的。本發明利用水合劑和水的化學反應計量比投加水合劑，可以保證油、水、水合劑三相的完全分離，而且水合劑可循環利用，節省了材料費用。該方法可以推廣應用在石油工程、汙水處理、食品工程等工業領域。本發明分離效率高，操作過程簡單，具有較高的經濟價值。

附圖說明

圖1是一種基於水合物原理的油水混合物分離方法流程圖；

圖2是一氟二氯乙烷水合物相圖。

圖中：s代表固體，l代表液體，v代表氣體，q(p＝0.042mpa，t＝281.5k)是液體一氟二氯乙烷、氣體一氟二氯乙烷、液體水和水合物的四相點，ps(t)線代表在每個溫度下，水和一氟二氯乙烷的飽和蒸氣壓之和，ttri(p)線代表在每個給定溫度下，液體水、水合物和液體一氟二氯乙烷的三相平衡溫度。

具體實施方式

以下結合附圖和技術方案，進一步說明本發明的具體實施方式。

以一氟二氯乙烷(r141b)水合物為例，一種基於水合物原理的油水混合物分離方法，步驟如下：

(1)水合物生成：利用近紅外吸收光譜法測定油水混合物的含水率，計算出含水量，將油水混合物和r141b按照油水混合物中的水和水合劑的摩爾比為17的量通入反應釜中，反應釜連接有三個熱電偶和一個溫度傳感器，並連接在電腦上記錄反應釜內溫度和壓力，根據所用水合劑的水合物相圖，設置反應釜內溫度和壓力，反應釜內壓力設置範圍為大氣壓至反應釜所能承受的極限壓力，若需設置反應釜內壓力大於大氣壓，可利用壓縮空氣加壓，反應釜置於製冷循環水浴中，設置製冷循環水浴溫度處於反應釜內壓力對應的水合物相平衡溫度以下、冰點以上，具體的溫度壓力設置範圍如圖2中的陰影部分，一般地，可設置常壓和277.15k，當反應釜內溫度出現上升，然後又降低到水浴設置溫度1h以上，得到以水合物和油為成分的水合產物；

(2)水合物破碎：將水合產物從反應釜中轉移至碎冰機，將其中的塊狀水合物破碎成水合物粒徑在1mm以下的水合物漿；；

(3)真空抽濾：將水合物漿進行真空抽濾3min以上，得到油和初級分離產物，其中初級分離產物由水合物和油組成；

(4)離心分離：將初級分離產物進行離心分離，設置離心轉速不低於2000r/min，離心時間5min以上，經離心分離後得到水合物和油；

(5)水合物分解：將步驟(5)得到的水合物在常溫常壓下分解，得到由純淨的水和r141b組成的分解液；

(6)產物收集及水合劑循環利用：將步驟(3)真空抽濾得到的油和步驟(4)離心分離得到的油收集在一起，得到最終產物之一油，將步驟(5)分解液靜止直至水和r141b完全分層，利用r141b和水的不互溶性，通過分層過濾，得到r141b和水，r141b可以繼續在步驟(1)中循環利用，水作為最終產物之一收集起來。

其中，步驟(2)(3)(4)的操作環境的壓力應當保持和步驟(1)反應釜內設定壓力一致，溫度保持和製冷循環水浴的設定溫度一致。