专利名称：油/水/生物催化剂的三相分离方法
技术领域：
本发明的相关技术燃烧含硫矿物燃料造成很多问题，包括腐蚀管道，泵和提炼设备，以及污染催化剂。此外，含硫的燃烧产物，例如，二氧化硫，对造成酸雨作用很大。因此，从燃油中去除硫是对油进行提炼的重要步骤，而且随着低硫储备的降低和环保规则的提高变得更为重要。原油中的硫主要以两种方式存在无机硫，主要是硫酸盐和亚硫酸盐，以及有机硫，其中硫原子存在于有机化合物中。这些化合物包括硫醚，以及含硫的杂环芳香化合物。
标准的原油脱硫方法是氢化脱硫法(HDS)，其中，碳-硫键在有异源催化剂如二硫亚钼存在下以高温和高压条件与氢进行反应而还原裂解[Gary et a1.,Petroleum Refining:Technology and Economics,Marcel Dekker,Inc.,New York,114-120(1975)；Speight,The Desulfurization ofHeavy Oilsand Residue,Marcel Dekker,Inc.,New York,119-127(1981)]。在这些HDS方法中有一些固有的问题。例如，因为该方法需要生产氢，所以需要高温和高压，使得该方法需要大量的能量。此外，该方法的主要含硫产物二硫化氢，它是毒性很高的气体，能够毒化催化剂，因此，必须从反应器中不断地去除。但是，在一般的HDS条件下，有些石油中的含硫化合物不发生反应，而且，如果发生反应，其反应也很慢。因此，甚至经过HDS处理的燃料也经常需要在燃烧后去除含硫的燃烧产物。
HDS方法所带有的问题促使着生物脱硫(BDS)的发展。生物脱硫法是一种被广泛描述为利用适宜的细菌的代谢过程来去除有机分子中的硫的方法[Monticello et a1.，Ann.Rev.Microbil.39:371-389(1985)]。因此，生物脱硫方法是在比较温和的条件下进行的，使用的催化剂是自身可以更新的。生物脱硫方法已经发展到可以对那些HDS难以处理的化合物进行脱硫。
生物脱硫方法使用异源体系，包括，油，水和生物催化剂。生物催化剂一般是完整的细菌细胞。该方法的产物一般包括纯的油相，含有生物催化剂水相，以及一种含有油/水/生物催化剂三相的乳液，是由生物脱硫反应器中的强烈的剪切力造成的。生物脱硫方法的实际应用需要非常有效和廉价的回收在乳液中的油为基本纯净的产物，这一点正是迄今为止的类似方法所没有完全达到的一种技术性挑战。
所以，就需要一种从BDS过程中的油/水/生物催化剂三相乳液中分离出基本纯净的油的方法和设备。
本发明概述本发明的基础是意外地发现在旋液分离器中分离包括乳液和细微固体的混合物时，例如，分离生物脱硫方法中的产物时，固体可以同非连续相的乳液分离。这个发现可以通过决定或调整乳液的连续或非连续相来调整固体将要迁移去往的相。
本发明涉及一种分离与水混溶/与水不混溶/固体三相乳液的方法和设备，其中的固体包括细微颗粒，例如至少在一个方向上小于约50微米的颗粒，并处于与水混溶或与水混溶的相中。与固体分离的相可以通过调整乳液的不连续相来调整。
在一个实施方案中，所述的方法包括下述步骤(1)将水混溶/与水不混溶/固体三相乳液通过第一旋液分离器；(2)将来自第一旋液分离器的乳液转换(即将连续相和不连续相互换)；(3)将溢流的乳液通过按照系列安排的旋液分离器中的一个或一个以上；已经(4)收集与水混溶相或水相，以及与水不混溶相或有机相。固体可以与乳液的不连续相一起收集。
固体可以是细微的有机或无机颗粒，例如，在至少一个方向上尺寸小于约50微米的颗粒，优选小于约30微米，更优选小于约10微米。在特别的优选实施方案中，所述的固体是生物催化剂或生物质，例如，完整的细菌、真菌、或酵母细胞。与水不混溶的油相或有机相可以是任何非极性液体，例如，液体矿物燃料、如石油或石油馏出液，合成油、如硅油，烃或混合烃，或脂肪，或脂肪混合物，例如，植物油或动物油。
在步骤(2)中的乳液的各相可以通过用足够的剪切力来搅动乳液使其转换。可以通过例如将乳液通过混合器，如静电在线混合器来完成，或通过将乳液通过足够大的降落来完成。
本发明的设备包括一个旋液分离器系列，包括两个或两个以上的旋液分离器连接在一起，其中的第一旋液分离器的进料管道通过管线与乳液源连接；以及插入在旋液分离器系列中的乳液各相转换装置。该旋液分离器系列可以包括一个或一个以上的“脱油”旋液分离器和/或一个或一个以上的“脱水”旋液分离器。可以通过任何对乳液产生足够搅拌的装置如静态在线混合器将乳液从水连续相转换为油连续相。
在本发明的其它的实施方案中还进一步包括额外的因素。例如，系统中可以包括一个或一个以上的插入在旋液分离器系列中的泵，度系统中某一个具体点的乳液加压。另一个实施方案中，进一步包括脱水装置或单位，例如，静电沉淀单位，安排在系列中最后一个脱水旋液分离器的后面的位置。该设备还可以包括从旋液分离器底流通往生物脱硫反应器的管线，以及通过管线连接到最后一个脱水旋液分离器的底流的离心机，将生物催化剂与水分离。
本发明提供了众多的优点。可以高产率地将高纯度的油从水连续油/水/生物催化剂的乳液中分离出来，例如，从生物脱硫的产物中分离出来。本发明还将从乳液分离的水和生物催化剂在循环到生物脱硫反应器中，使本系统更为有效。最后，本发明的设备是相对简单的设备，只有少量的移动部分，因而，本发明的设备造价低并且易于维护。
附图
的简要说明附图是根据本发明的用于分离油/水/生物催化剂三相的成分的设备的图示说明。
本发明的详细描述本发明涉及分离水/有机相/固体乳液的方法和设备，其中的固体包括细微颗粒。在一个实施方案中，本发明提供了从水连续的油/水/生物催化剂乳液中将基本纯净的油分离出来的方法。该方法从可以生物脱硫反应器产生的乳液中回收占水和细胞体积少至约0.1％的油被回收。
本文中使用的术语“溢流”指的是从旋液分离器的顶部的出料口或宽端溢出的相。以旋液分离器方式进行的分离的原则要求这个相是密度比较低的相。本文中使用的术语“底流”指的是从旋液分离器底端的出料口或窄端流出的相，该相是旋液分离器分离的密度比较高的相。
本文中使用的术语“系列”指的是各种部件的集合，例如，旋液分离器、泵和阀门由适宜将乳液从一个部件按顺序输送到另一个部件的管线按顺序连接。在旋液分离器序列中，第一个旋液分离器的底流端由管线与序列中下一个旋液分离器的进料端相连接。在两个旋液分离器的连接管线中还可以插入其它的部件。在这样的实施方案中，第一个脱油旋液分离器的底流是通往第二个脱油旋液分离器的。第二个脱油旋液分离器的溢流可以通往一个或一个以上的脱水旋液分离器，例如后面所述。从第二个脱油旋液分离器来的溢流可以被回收。此外，可以平行地连接一个或一个以上的旋液分离器或其它的部件。理想的是，例如，将一个或一个以上的旋液分离器与一个或一个以上的上述旋液分离器平行安置来提高设备的体积。
本文中使用的术语“生物催化剂”指的是任何生物来源的固体或非溶解性催化物质。也就是说，生物催化剂以固体形式存在于乳液中。生物催化剂可以是同源的或异源的，可以是细胞性生物催化剂，例如，完整的细胞，如细菌细胞、真菌细胞、或酵母细胞，或细胞片段。在生物脱硫方法中，生物催化剂对碳硫键进行催化裂解。这种生物催化剂的一个实例是完整的红球菌IGTS8(ATCC No.53968)，该细胞含有裂解碳硫键的酶的集合，或者是重组的微生物，例如，在授予Rambosek等人的美国专利第5,356,801号中所描述的，该篇文献的内容通过在此引述而合并于本文。
在一个实施方案中，本发明的用于分离水混溶/水不混溶/固体乳液的方法中的固体是细微颗粒，该方法包括的步骤是(1)将水混溶/水不混溶/固体乳液通过第一旋液分离器；(2)对来自第一旋液分离器的溢流乳液进行相的转化；(3)将溢流乳液通过一个或一个以上的在序列中安排在后面的旋液分离器；以及(4)收集水相和水不混溶相。
水混溶相可以包括水或含有一种或一种以上溶质的水溶液，溶质可以是盐、酸、碱、极性有机化合物、或生物分子如蛋白质。在另一个实施方案中，水不混溶相是液态极性有机化合物，例如，含有2-4个碳的醇。
乳液的水不混溶成分可以包括任何形成与水基本不混溶的液体的物质。这些物质包括液体化石燃料，例如，石油和石油馏出液，脂肪烃或芳香烃，以及它们的衍生物和混合物，矿物油，合成油，例如硅油，植物油和改良的植物油，例如，部分氢化的植物油，动物脂肪和改良的动物脂肪。
乳液的来源可以是，例如，生物脱硫反应器，例如成批式反应器。乳液的来源还可以是任何其它的生物反应器，其中使用异源水/有机反应介质和固体的或颗粒的生物催化剂，例如，细菌、真菌或酵母细胞。另一种适宜的乳液来源是这样的反应器，其中使用水/有机反应介质和细微的分散的异源催化剂，例如，细微的分散的金属或无机粉末，它们不溶于水相或有机相。在另一个实施方案中，乳液可以得自或直接来源于天然来源，例如化石燃料沉积物，或化石燃料的加工设备。在这种实施方案中，固体可以是细微的淤泥。
步骤(2)的溢流乳液的相可以被搅拌来转化，例如，将该乳液通过在线混合器，如静态在线混合器。在另一个实施方案中，在旋液分离器且优选第一旋液分离器中的压力下降也可以产生足够的剪切力来转化乳液。
在另一个实施方案中，本发明的方法进一步包括对步骤(2)的溢流乳液进行加压的步骤，例如，将所述的乳液通过泵，如正压置换泵，并在将乳液通往旋液分离器系列的步骤(c)之前进行。还可以在该方法中的其它的地方对乳液加压，使得在旋液分离中的乳液具有适宜的压力。
在另一个实施方案中，步骤(c)的旋液分离器系列包括两个或两个以上的旋液分离器。这些旋液分离器可以是脱油旋液分离器，脱水旋液分离器，或它们的组合。
在优选的实施方案中，本发明的方法包括步骤(1)将水连续油/水/生物催化剂乳液从乳液源通到脱油旋液分离器中，(2)将来自旋液分离器的富含油的溢流乳液进行转化，从而形成油连续的富含油的乳液，(3)将油连续的富含油的乳液通过一个或一个以上的连接在系列中的脱水旋液分离器，以及(4)收集基本纯的油。
在本发明方法的一个实施方案中，要被分离的油/水/生物催化剂乳液来自生物脱硫反应器，包括约50％至约90％体积的水和生物催化剂，以及约10％至约50％体积的油。该组合物的成分一般为约75％体积的水和生物催化剂，约25％体积的油。水对生物催化剂的比例一般大于约1∶1，优选大于约2∶1，更为优选的是大于约3∶1。乳液离开生物脱硫反应器的时候的温度可以是约30℃，压力为约40psi。
从生物脱硫反应器来的水/油/生物催化剂乳液被加压，例如，在进入脱油旋液分离器之前，通过泵如正压置换泵把乳液的压力加到至少约120psi。从脱油旋液分离器来的富含油的溢流还可以在其进入第一或随后的脱水旋液分离器之前经过连接在系列中的泵。在进一步的实施方案中，占乳液体积约2％-10％，优选约5％的细微水滴与来自一个脱水旋液分离器的并保持油连续的溢流乳液在其进入后面的脱水旋液分离器之前进行混合。优选的是，水滴是在富含油的溢流进入最后一个脱水旋液分离器之前与从次最后脱水旋液分离器来的溢流相混合。加入的水滴吸引生物催化剂细胞的残余部分，进一步加速它们与油的分离。从最后的脱水旋液分离器来的含水/生物催化剂的底流可以被通往离心机，使生物催化剂与水被分离。
从最后脱水旋液分离器来的富含油的溢流乳液可以被收集或进一步提纯，例如，通过去水装置如澄清罐、离心机、聚结过滤膜、交叉流动过滤、或优选静电沉淀装置，在收集之前进行在此提纯，具体需要根据所期望的油的纯度来选择。
在另一个实施方案中，本发明提供了将油连续水/油/生物催化剂乳液分离为水性的含生物催化剂的相和基本纯净的含有相的方法，该方法包括将乳液通过一个或一个以上的脱水旋液分离器和收集基本纯净的含油相。
在本发明的另一个实施方案中，本发明包括用预先选择的相从包括固体颗粒、第一液相、和第二液相的乳液中分离固体颗粒的方法。该方法包括将预先选择的相使非连续相的乳液通过一个或一个以上的旋液分离器，和在所述的预先选择的相中收集固体颗粒。
本发明的将固体为细微颗粒的水混溶/水不混溶/固体乳液分离为水混溶相和水不混溶相的设备，包括被连成一系列的一个或一个以上的旋液分离器，其中的第一旋液分离器的进料管通过管线与乳液源相连；还包括插入在旋液分离器系列中的对乳液进行相转换的装置。
在优选的实施方案中，本发明的设备包括(1)旋液分离器系列，含有一个或一个以上的脱油旋液分离器和一个或一个以上的脱水旋液分离器，其中第一旋液分离器的进料管通过管线与乳液源相连，以及(2)插入在旋液分离器系列中并在脱水旋液分离器之前的将乳液从水连续转化为油连续的转化装置。对本发明目的为适宜的脱油旋液分离器是Vortoil脱油旋液分离器，型号VAO5110(Vortoil Separation Systems,U.S.A.,Houston,TX)。脱水旋液分离器可以是例如Vortoil的型号为KS的脱水旋液分离器。
将乳液由水连续转化为油连续的装置优选插入在旋液分离器系列中处于第一脱水旋液分离器之前的位置，而且可以是任何用足够的剪切力来搅拌乳液使其转化的装置。可以通过在线混合器来完成，例如，含有一个或一个以上静态混合部件的静态混合器。该混合器产生高度涡旋流和高剪切混合，引导乳液发生相的转化。适宜于本发明目的之一的静态混合部件使Koch静态混合器，型号1”SMV-CX(Koch Engineering Co.,Inc.,Houston TX)。还可以在脱油旋液分离器的溢流端用足够的压力下降来进行相的转换。在这种情况下，从脱油旋液分离器的溢流端出来的富含油的乳液使油连续的。
在优选的实施方案中，该设备包括三个脱水旋液分离器。在另一个实施方案中，该系统进一步包括一个或一个以上的泵，例如，正压置换泵，插入在旋液分离器系列中，来维持乳液处在适宜旋液分离的压力下。例如，可以将一台泵由管线连接在脱油旋液分离器的进料管上，使油/水/生物催化剂乳液在进入脱油旋液分离器之前被加压。适宜的泵是Moyno2000正压置换泵(Moyno Industrial Products,Inc.,Springfield,OH)。该系统还可以含有一个或一个以上的阀门，例如，球阀或调节阀，插入在旋液分离器系列中控制乳液在该设备中的运动。
在进一步的实施方案中，该设备还包括另外的缓冲缶，插入在旋液分离器序列中，位于脱油旋液分离器和第一脱水旋液分离器之间。该缓冲缶可以是任何容器，优选不锈钢容器，能够承受该设备的工作压力并与乳液物质化学相容。该系统还进一步包括混合阀，与水源相连，插入在旋液分离器的序列中位于最后的脱水旋液分离器之前。该混合阀优选的位置是在最后的脱水旋液分离器与次最后的旋液分离器之间。该混合阀可以将微滴形式的水加入到富含油的乳液中。这些水滴进一步吸引生物催化剂细胞并促进它们与油的分离。
在另一个实施方案中，该设备进一步包括去水装置，由管线连接到最后的脱水旋液分离器的溢流端。该去水装置可以是，例如澄清罐、离心机、聚集过滤膜、交叉过滤器，或优选静电沉淀器。一个适宜的静电沉淀器的实例是Petrico米细胞静电沉淀器(Petrico Inc.,St.Louis,MO)。在另一个实施方案中，该系统还额外地包括一台离心机，如WestphaliaCA22-000型号的澄清器/滗析器离心机(Westphalia Separator AG,Oelde,Germany)，由管线连接到最后脱水旋液分离器的底流端。
本发明的一个优选实施方案包括如附图反映的设备和使用该设备的方法。水连续油/水/生物催化剂乳液从乳液源通过管线10以30℃的温度进入该设备，例如，进入批式搅拌的生物脱硫反应器中。该乳液包括约1-100g/L生物催化剂，例如，完整的红球菌IGTS8细胞，水和生物催化剂占乳液体积的约50-90％，以及约10-50％体积的油。乳液被加压到至少约120psi，例如通过泵1来加压(例如，使用Moyno 2000型正压置换泵)。
然后，将乳液以每分钟约250-350加仑(gpm)的速率通过管线11进入脱油旋液分离器2。从脱油旋液分离器2(例如，Vortoil VAO5110型)出来的水性底流的流速为约175-245gpm，压力范围是约60-80psig，包括有约0.1-10g/L的生物催化剂，约50-99％体积的水和细胞，约1-50％体积的油。
将该乳液通过受到阀门23控制的管线12返回到乳液源，例如，生物脱硫反应器。富含油的溢流乳液从脱油旋液分离器2以约75-105 gpm的速率流出，压力为约20-50psig，包括有约0.9-90g/L的生物催化剂，约1-50％体积的水和细胞，约50-99％体积的油。
将该乳液通过阀门24和管线13，通过缓冲缶3，然后通过管线14，经过泵4(例如，另一个Moyno 2000型正压置换泵)并加压至约400-600psig和保持流速在约75-105gpm范围。然后，将该乳液通过管线15到达静态在线混合器5，该混合器包括约4个混合单元(例如，Koch静态混合器型号1”SMV-CX)，并在此将富含油的乳液从水连续转化为油连续。此后的所有乳液都是油连续的。
从静态在线混合器出来的乳液的压力为约380-580psig，然后被通过管线16进入第一脱水旋液分离器6(这个以及随后的旋液分离器可以是例如Vortoil的KS型号的脱水旋液分离器)。从脱水旋液分离器6出来的水性底流的流速是约7.5-10.5gpm，压力为约280-480psig。该乳液包括约0.8-80g/L的生物催化剂，约95-99.9％体积的水和生物催化剂，约0.1-5％体积的油，并被通过受阀门25控制的管线17返回到乳液源。
从脱水旋液分离器6出来的溢流的速率为约67-95gpm，压力为约280-480psig，包括约0.1-1.0g/L的生物催化剂，约0.1-0.5％体积的水和生物催化剂，以及约95-99.9％体积的油。然后，该乳液通过由阀门26控制的管线18进入第二脱水旋液分离器7。从脱水旋液分离器7出来的水性底流的流速为约6.5-9.5gpm，压力为约180-380psig。该乳液包括约0.99-9g/L的生物催化剂，约97-99％体积的水和生物催化剂，约1-3％体积的油，并被通过受阀门27控制的管线19返回到乳液源。
从脱水旋液分离器7出来的溢流乳液的流速是约60-86gpm，压力为约180-380psig，包括约0.01-1g/L的生物催化剂，约0.1-2.5％体积的水和生物催化剂，约97.5-99.9％体积的油。该乳液通过受阀门28控制的管线20。向该乳液加入水约2-10％体积，优选5％体积，即通过受阀门34控制的管线33到达管线20。加入的水可以是来自本方法前面步骤的循环水，例如，上述脱油旋液分离器的底流，或者来自本设备以外的水源。所得到的混合物被通过静态在线混合器29，该混合器包括约4个混合单元(例如，Koch静态混合器型号1”SMV-CX)。
这样得到的乳液包括约2.5-5％体积的水和生物催化剂，约95-97.5％体积的油。然后，将该乳液通过管线20进入到第三脱水旋液分离器8。从脱水旋液分离器8出来的底流的流速是约6-9gpm，压力是约80-280psig，包括约0.5-0.99g/L的生物催化剂，约99-99.9％体积的水和生物催化剂，约0.1-1％体积的油。
将该乳液通过受阀门30控制的管线21，返回生物脱硫反应器或通过阀门31控制的离心机10(Westphalia型号CA22-000)，将生物催化剂与水分离。从脱水旋液分离器8出来的溢流乳液的流速是约55-80gpm，压力是约80-280psig。该乳液包括约0.01-0.5g/L的生物催化剂，约0.1-1％体积的水和生物催化剂，约99-99.9％体积的油，并通过阀门32和管线22到达静电沉淀装置9(例如，Petrico Meter Cell)。从静电沉淀装置9出来的基本纯净的油的流速为约55-80gpm，压力是约1-10psig，包括约0-0.01g/L的生物催化剂，约0-0.01％体积的水和生物催化剂，约99.99-100％体积的油。收集这些油。
本发明的设备和方法可以被修饰以适应所需要的油的纯度。例如，在旋液分离器系列中的脱水旋液分离器数目可以改变，如果需要的有的纯度较低，则其数量可以少，如果需要的油的纯度高，则脱水旋液分离器的数量就多。从最后的脱水旋液分离器出来的油可以被收集，或者在收集前进行静电沉淀，根据需要的油的纯度来决定。
从油中去除生物催化剂，例如，去除细胞，依据的是细胞依然分散在各相的情况，不论是水相或油相。生物脱硫反应器产生的乳液，例如，批式搅拌反应器，一般包括约75％体积的水和生物催化剂，约25％体积的油，并且是水连续的，即被分散的是油。从脱油旋液分离器出来的溢流，除非被脱油旋液分离器中的压力降低转化之外，始终保持水连续，不论此时该乳液的油已经被极大的增加了，且一般含有10％体积的水和生物催化剂，和90％体积的油。如上所述，在线混合器将足够的剪切力施加给进入的水连续乳液，将该乳液转化为油连续。
本发明的设备还可以在脱油旋液分离器的压力降低大到产生足够的剪切力使来自溢流端的富含油的乳液被转化的条件下运行。因此，从那个时候开始，细胞就与水相在一起，并被脱水旋液分离器与水一起去除。
本发明将油下面的实施例进一步说明。本案实施例在本发明方法的一个实施例中，生物催化剂是完整的红球菌IGTS8(ATCC No.53968)。水连续油/水/生物催化剂乳液来自批式搅拌生物脱硫反应器，具有的组成是75％体积的水和细胞，25％体积的油，以30℃的温度和40psi的压力进入附图中的设备。该乳液受到泵1的加压，使其在以流速为约250-350gpm进入脱油旋液分离器之前被加压至120psi。
从脱油旋液分离器出来的底流的压力为50psi，组成为95％体积的水，5％体积的油和细胞。从脱油旋液分离器来的溢流含有90％体积的油，且压力为20psi，其余量为水和细胞，是水连续的，如同导电测定显示的那样。该乳液通过静电在线混合器从水连续转化为油连续，由导电测定确认。
经过第一脱水旋液分离器6后，去除了99％的原始水分和细胞。用混合喷嘴将约3％体积的干净水蒸气加入到从第二个脱水旋液分离器7出来的溢流乳液中，在乳液中形成微小的水滴。从第三脱油旋液分离器8出来的溢流含有低于1％体积的水和0.2％体积的细胞。静电沉淀的上清液含有99.9％体积的油，其余部分为水和细胞。等同物熟悉这项技术的人将知道或者通过不多的例行试验就能确定许多与本文介绍的具体实施方案等价的方案。这些方案和其他等价方案没有脱离本发明的权利要求规定的范围。
权利要求
1．一种将包括水混溶相、水不混溶相、微固体颗粒的乳液分离为水混溶相和水不混溶相的方法，该方法包括(a)将该乳液通过第一旋液分离器，在其中乳液被分离为溢流乳液和底流乳液；(b)对溢流乳液进行相的转化；(c)将溢流乳液通过一个或一个以上的安排在旋液分离器系列中的随后的旋液分离器；以及(d)收集水混溶相和水不混溶相，其中的固体颗粒收集在步骤(c)的溢流乳液的不连续相中。
2．根据权利要求1所述的方法，其中所述的固体颗粒在至少一个尺度上小于约50微米。
3．根据权利要求2所述的方法，其中所述的固体颗粒是生物催化剂颗粒。
4．根据权利要求3所述的方法，其中所述的乳液是水连续的。
5．根据权利要求4所述的方法，其中所述的步骤(a)的溢流乳液被通过在线混合器将所述的溢流乳液转化。
6．根据权利要求5所述的方法，其中所述的在线混合器是静态混合器。
7．根据权利要求4所述的方法，其中所述的步骤(a)的溢流乳液被第一旋液分离器的压力降低转化。
8．根据权利要求5所述的方法，进一步包括在将所述的溢流乳液送到步骤(c)的旋液分离器之前，对步骤(b)的溢流乳液进行加压的步骤。
9．根据权利要求8所述的方法，其中步骤(c)包括将溢流乳液通过两个或更多个脱水旋液分离器。
10．一种将包括水连续/油/细胞生物催化剂乳液分离为水性的含有细胞生物催化剂和基本纯净的油相的方法，该方法包括(a)将该水/油/细胞生物催化剂乳液从乳液源通过脱油旋液分离器；(b)将来自脱油旋液分离器的富含油的溢流乳液从水连续转化为油连续；(c)将富含油的乳液通过一个或一个以上的安排在旋液分离器系列中的脱水旋液分离器；以及(d)收基本纯净的油。
11．根据权利要求10所述的方法，其中所述的细胞生物催化剂包括细菌细胞。
12．根据权利要求11所述的方法，其中所述的细菌细胞是红球菌细胞(Rhodococcus)。
13．根据权利要求10所述的方法，其中所述的乳液源是生物脱硫反应器。
14．根据权利要求10所述的方法，进一步包括在将油/水/细胞生物催化剂乳液通过脱油旋液分离器之前对该油/水/细胞生物催化剂的乳液进行加压的步骤。
15．根据权利要求14所述的方法，其中所述的油/水/细胞生物催化剂乳液的压力被加到至少约120psi。
16．根据权利要求10所述的方法，进一步包括在将乳液提供给脱水旋液分离器之前对步骤(c)的油连续乳液与约1-10％体积的微小水滴混合的步骤。
17．根据权利要求16所述的方法，其中步骤(c)的油连续乳液与微小水滴在将该乳液提供给最后脱水旋液分离器之前进行混合。
18．根据权利要求10所述的方法，进一步包括将步骤(c)的基本纯净的油溢流通过去水装置，从而在收集油之前，将该基本纯净的油进一步纯化。
19．根据权利要求18所述的方法，其中所述的去水装置是静电沉淀装置，澄清罐，交叉流过滤器，离心机或聚集过滤膜。
20．一种对水/油/固体乳液进行分离的设备，其中所述的固体包括微颗粒，存在于水相和有机相中，该设备包括旋液分离器系列，包括两个或两个以上的安排为系列的旋液分离器，其中第一旋液分离器的进料管通过管线与乳液源连接；以及插入在旋液分离器系列中的乳液相转化的装置。
21．根据权利要求20所述的设备，进一步包括将一个或一个以上的旋液分离器的底流连接到乳液源的管线。
22．根据权利要求20所述的设备，其中所述的旋液分离器系列包括一个或一个以上脱油旋液分离器和两个或更多个脱水旋液分离器。
23．根据权利要求20所述的设备，其中所述的乳液源是生物脱硫反应器。
24．根据权利要求20所述的设备，进一步包括一个或一个以上的泵，每个泵都插入在旋液分离器系列中。
25．根据权利要求20所述的设备，进一步包括缓冲缶，插入在旋液分离器系列中。
26．根据权利要求20所述的设备，其中所述的对乳液的相进行转化的装置是在线混合器。
27．根据权利要求20所述的设备，所述的对乳液的相进行转化的装置是旋液分离器的压力降低装置。
28．根据权利要求20所述的设备，进一步包括在旋液分离器系列中插入的混合装置，该混合装置由管线连接到水源。
29．根据权利要求28所述的设备，其中所述的混合装置是混合阀。
30．根据权利要求28所述的设备，其中所述的混合装置插入在旋液分离器系列中的次最后脱水旋液分离器与最后脱水旋液分离器之间。
31．根据权利要求20所述的设备，进一步包括由管线与最后脱水旋液分离器的溢流端连接的去水装置。
32．根据权利要求31所述的设备，其中所述的去水装置是静电沉淀装置，澄清罐，交叉流过滤器，离心机或聚集过滤膜。
33．一种将包括水连续油/水/生物催化剂乳液分离为水性的含生物催化剂部分和基本纯净的油的设备，该设备包括(a)第一泵，由管线与所述的乳液的源连接；(b)一个或一个以上的旋液分离器组成的系列，其中第一脱油旋液分离器的进料管通过管线与第一泵连接；以及一个或一个以上的后面的脱水旋液分离器；(c)缓冲缶，插入在该系列中的最后脱油旋液分离器与第一脱水旋液分离器之间；(d)第二泵，插入在该系列中最后脱油旋液分离器与第一脱水旋液分离器之间；(e)在线混合器，插入在该系列中第二泵与第一脱水旋液分离器之间；(f)混合阀，插入在该系列中次最后脱水旋液分离器与最后脱水旋液分离器之间，并进一步由管线与水源连接；以及(g)去水装置，由管线与最后脱水旋液分离器连接。
34．根据权利要求33所述的设备，其中所述的去水装置是静电沉淀装置。
35．一种将油连续水/油/生物催化剂乳液分离为水性的含有生物催化剂相的方法，该方法包括将乳液通过一个或一个以上的脱水旋液分离器，收集基本纯净的油。
36．一种分离固体颗粒与乳液的方法，乳液包括固体颗粒，第一液相和具有预先选择了的相的第二液相，该方法包括将预先选择的相是不连续相的乳液通过一个或一个以上的旋液分离器，收集固体颗粒于所述的预先选择的相中。
全文摘要
本发明涉水/有机物/固体乳液的分离设备和方法,其中的固体包括尺寸约50微米长或更小的颗粒。所述的方法包括的步骤为:(1)引导水/有机物/固体乳液从其来源通过第一旋液分离器;(2)将来自第一旋液分离器的乳液溢流转换;(3)将溢流的乳液通过随后的一系列安排的旋液分离器中的一个或一个以上;以及(4)收集液相和有机相。固体可以是生物催化剂,例如,完整的细菌,真菌或酵母细胞。有机相是液体物质,含有碳,并且基本不与水相混溶,例如,石油。本发明的设备包括系列旋液分离器,由两个或两个以上的旋液分离器连接组成,其中第一个旋液分离器的进料管通过管道与乳液源连接;以及使乳液转换的装置,安排在旋液分离器系列中。旋液分离器系列可以包括一个或一个以上的脱油旋液分离器,一个或一个以上脱水旋液分离器或它们的组合。对乳液的转换装置可以是任何足以搅拌乳液的装置。
文档编号B01D17/038GK1216478SQ97194062
公开日1999年5月12日 申请日期1997年4月29日 优先权日1996年4月30日
发明者于立群, 托德·A·麦耶, 布莱恩·R·福尔索姆 申请人:能量生物系统公司