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1、化工进展 2006年第25卷增刊CHEMICAL INDUSTRYAND ENGINEERING PROGI迁强S 159A39 聚结材料对油品脱水的影响刘亚莉，吴山东，戚俊清(郑州轻工业学院，郑州450002)摘要：以玻璃纤维、金属滤芯和金属0环为油品脱水的聚结材料，实验研究了材料尺寸、表面特性、处理负荷、 体系的初始含水量等对脱水率的影响结果表明，聚结材料的尺寸越小，分离效果越好；材料的表面润湿性和材 料的尺寸是影响聚结分离的重要因素，经处理的玻璃纤维比未处理的分离效率高20左右；在流速较小时油品脱水率可达80左右；油水体系的初始含水量越高，聚结分离效果越明显。 关键词：油品脱水；聚结；分
2、离；填料Effect of coalescence packing materials on removaling water from oilLIU Yali，肼Shandong，剑Junqing(Zhengzhou Institute of Light Industry，Zhengzhou 450002)Abstracb In this work several coalescence packing materials for removaling water from oil were investigated and the principle of coarsegraimg dem
3、ulsifying was discussed，and the effects of removaling water by surface modification of packing materials were measuredExperimental results indicated that removaling effnciency was叩to about 80，the surface wettability and the sizes of materials were key influence factors of coalescence and separationT
4、he separation efficiency of glass fibres by surface modification increased about 20compared with that not modifiedThe finer the packing matedals were，the higher the separation efficiency was，and the velocity Was also key influence factorThe separation efficiency increased distinctly when the initial
5、 water content Was lligh and velocity Was slowKey words：removaling water from oil；coalescence：separation；packing matedals油品含水造成储运浪费、增加设备投资、多 1聚结分离技术的研究耗能，且油品中的水多数含有盐类，加速了设备、 容器和管线的腐蚀；在石油炼制过程中，油品被 11聚结分离方法原理 加热时，水会急速汽化膨 胀，压力上升，影响炼 聚结(又称粗粒化)分离是将非均相流体中分 厂正常操作和产品质量，甚至会发生爆炸等。作散相液滴由小变大的过程。液滴聚结包括液滴间的 为石油化工
6、生产中的重要单元操作，油品脱水的 碰撞聚结和液滴在固体材料上的润湿聚结。 方法 主要有沉降法、电化学法、过滤法、磁处理液滴间碰撞聚结是由于分散相液滴相互碰撞 法和生物法等，但普遍存在着脱水效率低，适应 使得液滴之间的界面破裂，从而使两个或多个液滴 范围小，耗能高，适应能力差，自动化程度低等相互合并。液滴碰撞可能出现以下几种情况：碰 问题。聚结法是将聚结技术和重力分离技术结合 撞后又相互弹回；碰撞后聚合为一个更大的颗 于一体的方法，具有能耗低、效率高、设备简单粒；碰撞后先聚合为大液滴后又分开；碰撞后 易维护等优点。 发生破碎。本文利用聚结分离技术，采用玻璃纤维、金属基金项目 河南省重点科技攻关资
7、助项目(No0423021800)。 滤芯和金属O环作为聚结填料，对油品脱水性能进第一作者简介刘亚莉(1964一)，女，副教授。联系人戚俊清，教授。 行了对比研究。电话037163556793：EmailjtI】nqqzzulLedual。160化工进展2006年第25卷当分散相流经填料介质时，液滴在固体材料上发得较高的分离效率。 生润湿聚结。润湿聚结过程一般包括“捕获一附着”、2实验部分“碰撞一聚集”和“脱离一沉降”3个基本过程，其 中液滴的捕获方式包括拦截、沉淀、扩散、惯性碰撞 21聚结材料 和范德华力等；而液滴的碰撞一聚集可能由相邻的悬为了研究聚结材料的尺寸、表面性质、聚结床 浮液滴碰撞
8、、纤维的阻挡而相碰撞、与已被捕获和粘 孔隙率等对分离性能的影响，实验中分别采用玻璃 附在一起的液滴相碰撞中的至少一种情况引发；随着纤维、金属滤芯和金属0环3种类型的填料作为聚聚结填料把油相中微小的、游离的、乳化的分散相聚结材料。其中玻璃纤维采用7岬、11 gm，为了考 结成为液滴，液滴不断长大，当其所受净重力与流体察表面性能对聚结效果的影响，对11 lain的玻璃纤 动力之和力大于黏附力时，液滴脱离聚结材料并依靠维采用端羟基聚硅氧烷进行表面处理以改变其接触自身重力沉降，从而达到油水分离的目的。角和表面张力；金属滤芯的平均孔径分别为4 pan 12聚结分离方法的影响因素和8 Ilm，以考察不同孔
9、径、孔隙率对聚结分离的影 影响聚结分离的因素多而复杂，其主要包括聚响，金属滤芯经聚四氟乙烯进行表面处理；金属O 结材 料的尺寸、聚结材料的表面性质、聚结床的厚环的规格为4mm4 mm01 nlm(直径高度 度及 孔隙率、非均相物系性质和操作条件等。 厚度)，比表面积为1 060 m2m3，采用环氧树脂、Hazlen【I】对航空汽油乳化液脱除水进行了实验 二乙烯三胺、端羟基聚硅氧烷和环氧氯丙烷 研究，认为由不同尺寸纤维构成的聚结床，小尺寸按l：12：5：9混合后进行表面改性。 的纤维 对液滴的聚结优于大尺寸的。Sateen等【2】在 22实验流程 纤维床聚结性能研究中，也认为由小纤维成分构成实验
10、中非均相体系采用柴油水混合至乳化， 的 纤维床显示了更高的分离效率，但减小纤维直径 操作条件为常温。工艺流程如图l所示，储液罐中 也将减小离开床层逐渐增大的液滴大小，因此为了待分离液经压缩机加压后，经粗过滤器以除去油 增加释放液滴的尺寸大小，在聚结床流体的进口端 中的固体杂质，过滤后油水混合物经流量计进入 采用精细的纤维，而在末端采用较粗的纤维，后来分离器中进行聚结分离，聚结后柴油由项部入沉 许多研究者都已证实了这种状况。 降池，水相由底部排出。Voyutskiif擎【3】研究了润湿性对聚结分离的影 响，提出中等润湿性的材料对分离油包水乳化液更 为有效。Magiera等【4】研究认为，聚结填料
11、表面的粗糙度越高，聚结效率愈高，但随着操作条件的改变，表面粗糙度和聚结效率的提高并不是一致的。 Hazierll研究认为当床层达到一定厚度时，聚图1 工艺流程示意图 结效率不再提高；而Sareen等【2】认为增加填料层厚度可提高聚结分离程度，但需要更高的泵作用费3结果与讨论用，而且因床层厚度增加，孔隙率变小，填料对流 体流动的阻力增大，即要求床层厚度尽量地小，则31玻璃纤维尺寸及表面性质对脱水效果的影响 聚结效率和流动阻力就产生了矛盾，因此寻求一个图2为7 tun、1I岬和经表面改性的11岬玻较佳的床层厚度是必要的。 璃纤维的分离效率和流速的关系曲线，由于柴油中 分散相液滴与连续相间的密度差越
12、大，液滴被水分含量相对较少，很难配置相同浓度的初始水含 捕获 的可能性越大。这是由于连续相沿一定的流线量，所以选择含量比较接近的进行比较。由图3可 流动 过程中，密度差的存在促使液滴偏离流线，增 见：随着流速的增大，总分离效率逐渐减小，但 加了液滴与聚结材料惯性碰撞和沉积于聚结材料在流速较小(O9 上的 机会嘲。Vinson和Churchill6研究发现聚结性能 x 104ms)时，分离效率变化不大，而当流速位于 受分散相的黏度的影响很小。 (03O9)104ms时，分离效率下降较快。因 Gudesent71在使用棉纱和玻璃纤维对油水乳化此在操作中控制流速是非常重要的；纤维的直径 液破 乳研究
13、中，发现当流速低于某一特定值时能获 和表面性质影响分离效率。直径为7 Inn的玻璃纤增刊刘亚莉等：聚结材料对油品脱水的影响161维比直径为11“m的平均分离效率要高18左右， 图5为这两种滤芯脱水效率随流速变化的曲线 表明纤维的直径越小，分离效率越高，这是由于直 图，从图中可以看出，流速仍是影响分离效率的一 径变小， 比表面积加大，对小液滴的聚集能力增强； 个重要因素。随着流速的增大，分离效率明显下降， 而通过表面改性后的11m的玻璃纤维分离效率明 特别在流速为(0509)X 10一s时下降非常明 显提高，甚至超过了7岬纤维的分离效率，比未 显，分离效率下降的原因是因为滤芯通过微孔破乳 改性同
14、尺寸纤维的分离效率平均要高20左右。这的，并在外部面进行聚结，当流量加大时，液滴来 主要是纤维改性后，改变了材料表面的润湿性，使不及破乳聚结，直接穿过滤芯而使分离效率下降很乳化液滴更易聚集粘附。 快；还可看出孔隙率低的4岫的滤芯比孔隙率高 的8岫的分离效率平均要高约7，表明孔径小、 孔隙率低的滤芯更容易破乳，使分散液滴更易在聚 结材料中聚集成大液滴，达到更好的分离作用。流速，lO一4ms一1 图2三种纤维分离效率影响曲线图32金属滤芯孔径对脱水效果的影响 流速，lO一4mS一1金属滤芯由支撑层、工作层(过滤层)和保护图5两种滤芯分离效率影响曲线图层组成，平均孔径分别为4m和8 um。其中4 p
15、m33金属0环对脱水效果的影响 滤芯的工作层为烧结金属粉末，孔隙率约为18。 图6为金属O环脱水分离效率曲线，图中表明，8“m滤芯的工作层为多层金属丝网烧结而成，孔隙 率约为35，微孔结构设计采用倒锥形，便于反冲 随着含水量的增大，分离效率不断增高，而随着流速的增大也出现了分离效率逐渐降低的趋势，且在 (反吹)堵塞微孔的杂质颗粒。图3和图4分别是 (0308)X 10一铀s时下降趋势较快。其原因是在 烧结金属粉末和金属烧结丝网的表面结构。流速相对较低的情况下，由于含水量增大，乳化液滴 的数量增多，则与聚结材料碰撞聚集的概率增大，所 以更易破乳长大而分离出去，因而分离效率提高。图3 4 um滤芯
16、的表面结构(x400)流速，lO一4mo一1图6金属0环在不同初始水含量的分离效率曲线图34玻璃纤维、金属滤芯和金属0环分离效率的对 比研究图4 8岬滤芯的表面结构(x100)试验中采用7岬直径的玻璃纤维、4 lzm孔径162化工进展2006年第25卷的经聚四氟乙烯表面处理的金属滤芯和经高分子材4结论料改性的金属0环进行研究对比，图7是三种不同 材料在初始含水量相同的基础上随流速变化的分离(1)聚结分离是一种有效的油品脱水方法，选。效率曲线图。由图可看出，这三种填料的分离效率 取适宜的聚结材料，其脱水效率达80左右。 变化 趋势基本相同，分离效果却有差别。经聚四氟(2)聚结分离法中聚结材料的性质对分离效率 乙烯表面处理的平均孔径为4 um的金属滤芯的分 影响非常大，试验表明，
