一种基于水合物原理的油水混合物分离方法与流程

本发明属于分离科学与技术领域，涉及一种基于水合物原理的油水混合物分离方法。

背景技术：

在正常情况下，油和水互不相容，但是随着化工技术的快速发展，种类繁杂的表面活性剂得到了广泛应用，而这些具有活性的化学试剂，使得本不相溶的油水相在特定条件下极易形成稳定的乳浊液。另外，在石油开采中，油井产出液往往是不同种类的烃组分、水以及其他杂质组成的混合液，并且为了保证油井的正常生产和提高原油采收率，往往采用活性水驱油、碱水驱油、聚合物驱油、泡沫驱油等技术，这使得油井产出液形成了含有较高水分的稳定悬浮乳化液。对于仅需要油相或者水相的工业领域，稳定乳状液会带来极大地负面影响，因此必须实现油水混合物的分离。

因此，油水混合物分离技术已经在石油化工、污水处理、食品工程等多个领域得到了广泛应用。但是由于油水混合状态、油水含量、油水混合物中的有机物种类、油水分离对象等多种因素的不同，使得油水混合物分离难度越来越大，单一油水分离技术已不能满足现代工业发展和环境保护的需求。

技术实现要素：

针对已有技术的不足，本发明提供了一种基于水合物原理的油水混合物分离方法，其目的在于利用与水不互溶的水合剂只结合油水混合物中的水形成固体水合物，通过固液分离得到分离的水合物和油相，水合物分解得到水相和水合剂，实现油水混合物分离。

本发明的技术方案：

一种基于水合物原理的油水混合物分离方法，包括步骤如下：

(1)水合物生成：①测定油水混合物的含水率，计算出含水量，将油水混合物和水合剂通入反应釜中，并记录反应釜内的温度和压力，其中油水混合物中的水和水合剂的摩尔比为水合物化学反应计量比；②根据所用水合剂的水合物相图，设置反应釜内温度和压力，反应釜内压力设置范围为大气压至反应釜所能承受的极限压力，反应釜置于制冷循环水浴中，设置制冷循环水浴温度处于反应釜内压力对应的水合物相平衡温度以下、冰点以上；③当反应釜内温度出现上升，然后又降低到水浴设置温度后持续1h以上，得到以水合物和油为成分的水合产物；

(2)水合物破碎：将水合产物从反应釜中转移至碎冰机，将其中的块状水合物破碎成水合物粒径在1mm以下的水合物浆；

(3)真空抽滤：将水合物浆进行真空抽滤3min以上，得到油和初级分离产物，其中，初级分离产物由水合物和油组成；

(4)离心分离：将初级分离产物进行离心分离，设置离心转速不低于2000r/min，离心时间5min以上，经离心分离后得到水合物和油；

(5)水合物分解：将步骤(4)得到的水合物在常温常压下分解，得到由纯净的水和水合剂组成的分解液；

(6)产物收集及水合剂循环利用：将步骤(3)真空抽滤得到的油和步骤(4)离心分离得到的油收集在一起，得到最终产物之一的油；将步骤(5)分解液静置直至水和水合剂完全分层，利用水合剂与水的不互溶性，通过分层过滤，得到水合剂和水，水合剂继续在步骤(1)中循环利用，水作为最终产物之一进行收集。

进一步地，所述水合剂为一氟二氯乙烷(r141b)、环戊烷或环己烷中的一种。水合剂需选用与水不互溶、不易燃、无毒，能够在常压下形成水合物液体化学试剂。

进一步地，所述步骤(2)(3)(4)操作环境的压力保持和步骤(1)中反应釜内设定压力一致，温度保持和制冷循环水浴的设定温度一致。

进一步地，所述步骤(1)中若需设置反应釜内压力大于大气压，利用压缩空气加压。

本发明的有益效果为，利用水合物生成过程只结合纯净水而把其他不能生成水合物的物质排除在其结构之外的原理，实现了利用水合物生成原理分离油水混合物的目的。本发明利用水合剂和水的化学反应计量比投加水合剂，可以保证油、水、水合剂三相的完全分离，而且水合剂可循环利用，节省了材料费用。该方法可以推广应用在石油工程、污水处理、食品工程等工业领域。本发明分离效率高，操作过程简单，具有较高的经济价值。

附图说明

图1是一种基于水合物原理的油水混合物分离方法流程图；

图2是一氟二氯乙烷水合物相图。

图中：s代表固体，l代表液体，v代表气体，q(p＝0.042mpa，t＝281.5k)是液体一氟二氯乙烷、气体一氟二氯乙烷、液体水和水合物的四相点，ps(t)线代表在每个温度下，水和一氟二氯乙烷的饱和蒸气压之和，ttri(p)线代表在每个给定温度下，液体水、水合物和液体一氟二氯乙烷的三相平衡温度。

具体实施方式

以下结合附图和技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。

以一氟二氯乙烷(r141b)水合物为例，一种基于水合物原理的油水混合物分离方法，步骤如下：

(1)水合物生成：利用近红外吸收光谱法测定油水混合物的含水率，计算出含水量，将油水混合物和r141b按照油水混合物中的水和水合剂的摩尔比为17的量通入反应釜中，反应釜连接有三个热电偶和一个温度传感器，并连接在电脑上记录反应釜内温度和压力，根据所用水合剂的水合物相图，设置反应釜内温度和压力，反应釜内压力设置范围为大气压至反应釜所能承受的极限压力，若需设置反应釜内压力大于大气压，可利用压缩空气加压，反应釜置于制冷循环水浴中，设置制冷循环水浴温度处于反应釜内压力对应的水合物相平衡温度以下、冰点以上，具体的温度压力设置范围如图2中的阴影部分，一般地，可设置常压和277.15k，当反应釜内温度出现上升，然后又降低到水浴设置温度1h以上，得到以水合物和油为成分的水合产物；

(2)水合物破碎：将水合产物从反应釜中转移至碎冰机，将其中的块状水合物破碎成水合物粒径在1mm以下的水合物浆；；

(3)真空抽滤：将水合物浆进行真空抽滤3min以上，得到油和初级分离产物，其中初级分离产物由水合物和油组成；

(4)离心分离：将初级分离产物进行离心分离，设置离心转速不低于2000r/min，离心时间5min以上，经离心分离后得到水合物和油；

(5)水合物分解：将步骤(5)得到的水合物在常温常压下分解，得到由纯净的水和r141b组成的分解液；

(6)产物收集及水合剂循环利用：将步骤(3)真空抽滤得到的油和步骤(4)离心分离得到的油收集在一起，得到最终产物之一油，将步骤(5)分解液静止直至水和r141b完全分层，利用r141b和水的不互溶性，通过分层过滤，得到r141b和水，r141b可以继续在步骤(1)中循环利用，水作为最终产物之一收集起来。

其中，步骤(2)(3)(4)的操作环境的压力应当保持和步骤(1)反应釜内设定压力一致，温度保持和制冷循环水浴的设定温度一致。

技术特征：

技术总结
本发明提供了一种基于水合物原理的油水混合物分离方法，包括水合物生成、水合物破碎、真空抽滤、离心分离、水合物分解、产物收集及水合剂循环利用六个步骤。本发明利用水合物生成过程只结合纯净水而把其他不能生成水合物的物质排除在其结构之外的原理，实现了利用水合物生成原理分离油水混合物的目的。本发明利用水合剂和水的化学反应计量比投加水合剂，可以保证油、水、水合剂三相的完全分离，而且水合剂可循环利用，节省了材料费用。该方法可以推广应用在石油工程、污水处理、食品工程等工业领域。本发明分离效率高，操作过程简单，具有较高的经济价值。

技术研发人员：宋永臣;董宏生;赵佳飞;刘卫国;杨明军;李洋辉;凌铮;刘瑜;张毅;王大勇;李曼;宋佳奕;熊思远
受保护的技术使用者：大连理工大学
技术研发日：2017.07.07
技术公布日：2017.09.22