破乳方法的研究与应用新进展

破乳方法的研究与应用新进展

陈和平

（中国石油化工股份有限公司上海石油化工研究院，上海２０１２０８）

摘要：介绍了化学破乳法、生物破乳法、物理破乳法以及各种破乳方法的联合使用的研究与应用进展，其中物理破乳法包括离心破乳和重力破乳法、热处理破乳法、冷冻解冻法破乳、过滤破乳法、研磨破乳法、膜破乳法、膜润湿聚结破乳法、超声波破乳法、微波破乳法、电解质破乳法、电破乳法和水击谐波破乳法等，总结了破乳方法的研究热点，并对破乳研究的发展方向进行了展望，指出开发高效节能环保的破乳剂和破乳方法是未来破乳的研究方向。

关键词：　乳液　化学破乳法　生物破乳法　物理破乳法　化学驱采出液　稠油

中图分类号：ＴＥ４２３ 文献标识码：Ａ

乳液在生产和生活中广泛存在，有时稳定的乳液会对工业生产和资源回收等产生不利影响，因此，破乳技术在油田、炼厂、冶金机械以及食品等工业中得到了广泛的应用。随着工业的发展，出现的乳液类型、形态和结构也越来越复杂，破乳的难度也随之增大，国内外许多学者和研究人员致力于破乳剂和破乳技术的研究，希望开发出高效节能和环保的破乳剂和破乳方法。前期工作［１］对破乳剂发展方向进行了研究，发现国内外研究的破乳剂主要是以非离子的聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段聚合物为主，也有不含环氧乙烷环氧丙烷的聚合物破乳剂，且为了适应不同乳液的破乳，在传统破乳剂的基础上根据乳液的性质采用“改头、换尾、加骨、扩链、接枝、交联、复配”等方法进行改性，并对非化学破乳方法进行了探讨。经过十多年的发展，破乳技术得到了长足的发展。从破乳剂和破乳方法的文献调研来看，涉及到的学科主要集中在石油天然气工业、燃料化工、环境科学与资源以及有机化工和无机化工等，研究的内容主要集中在破乳剂研制和破乳方法的改进和开发等方面。

１　破乳方法

目前工业生产和实验室所采用的破乳方法有化学破乳法、生物破乳法、物理破乳法以及各种破乳方法的联合使用。

１．１　化学破乳法

化学破乳主要利用化学剂改变油水界面性质或膜强度来实现破乳，该法应用最广。由于破乳剂选择性较强，化学破乳法的研究主要集中在开发不同种类和结构的破乳剂以及破乳剂与其他试剂的复配等以适应各种复杂的乳液。但由于原油和污水等乳液等采用化学法破乳后在分离后的水相或油相中引入了新的化学试剂，为后续处理增加了难度，此外，由于破乳剂自身具有一定的毒性，或是破乳剂在生产或使用过程中需要加入某些有毒有害的溶剂，会对人体和环境造成危害，因此采用化学破乳法时，除了考虑破乳剂的效果外，还需考虑破乳剂的生产、使用以及使用后处理的技术可行性、经济合理性以及环境友好性等因素。１．２　生物破乳法

该法主要是利用微生物细胞破乳或者利用微生物代谢过程产生的表面活性破乳。生物破乳剂因破乳高效环保等优点在油水分离等领域具有较好的应用前景，已经成为破乳剂研究的热点之一。近年来该领域研究主要集中在微生物的筛选以及影响其破乳能力的因素考察等方面，除寻求具有高效破乳能力的微生物菌种外，还通过微生物与化学破乳剂复配以及不同微生物之间的复配以提高微生物破乳剂的效率及效果。由于对生物破乳剂中有效成分的认识还不够清楚，因此将生物破乳剂用于实际生产还需要进一步探索。徐暘［２］等

收稿日期：２０１２－０２－１８；修改稿收到日期：２０１２－０８－２０。

作者简介：陈和平（１９７５－），硕士，工程师。Ｅ－ｍａｉｌ：ｃｈｐｗａｈ＠１６３．ｃｏｍ。

１

７

第２９卷第５期２０１２年９月

精　细　石　油　化　工

ＳＰＥＣＩＡＬＩＴＹ　ＰＥＴＲＯＣＨＥＭＩＣＡＬＳ

发现菌体在发酵过程中产生的具有ＰＥＧ结构小分子胶团具有破乳活性，认为破乳菌通过发酵过程中产生的这种小分子物质胶团和疏水性蛋白的共同作用实现破乳。

１．３　物理破乳法

该法主要是采用物理的方法破坏乳液界面膜破坏而实现破乳。目前的研究一方面是对已有破乳方法的改进或将已有的方法进行组合，另一方面是开发新的破乳方法。物理破乳的方法较多，可以分成以下几种：

１）通过对乳状液施加一定的外力实现油水分离，如离心破乳法、过滤破乳法、重力沉降破乳法、振动破乳法、研磨破乳法、膜润湿聚结破乳法、膜破乳法、过滤破乳等。这类方法一般适用于结构和化学组成较简单的乳状液破乳，而且往往与其他方法联合使用。目前研究较多的是膜破乳法，该方法主要通过过滤作用实现破乳［３］，虽然其通用性较强，分离效率较高，但膜容易被污染，废弃膜难降解也难回收，导致成本高，且产生环境污染问题。

２）通过调节温度来改变乳液性状从而实现破乳，如热处理破乳法、冷冻解冻法破乳等，其中冷冻解冻法破乳研究较多。冷冻解冻法对Ｏ／Ｗ型和Ｗ／Ｏ型乳状液都具有较好的破乳效果，但对两种体系破乳的机理不同，往往是几种破乳机理同时作用，产生协同破乳作用［４］。冷冻解冻法对高黏度乳状液具有较好的破乳能力，对Ｗ／Ｏ型Ｐｉｃｋｅｒｉｎｇ乳液和石化污水处理厂与润滑油精炼厂油泥具有较好的破乳作用［５］。

３）利用波的能量破坏乳业界面实现破乳，如超声波破乳法和微波破乳法等。其中超声波破乳法是利用超声波自身具有的机械振动及热作用进行破乳［６］，而微波破乳是利用其热效应和非热效应破乳［７］。目前的研究主要集中在破乳条件的探索和优化。虽然两类破乳方法具有破乳率高、加热均匀和环保节能等优点，但其工业应用还有许多理论和技术问题需要解决。

４）利用电学和磁学原理使液滴聚结从而达到油水分离的目的，常见的有电解质破乳法和电破乳法等。

电解质主要由多价金属盐及酸类构成，利用其破乳因能力有限而应用受限，所以其应用受限，因此一般作为破乳剂的添加剂以改善破乳效果［８］。

常见的电破乳技术有静电破乳、电脉冲破乳和涡旋电场破乳技术等，还有人提出了“脉冲直流电场＋电极带绝缘涂层”的技术［９］，但未能实现工业化。也有人将交流电场和直流电场的优点相结合，在双极电脱水脱盐器中应用［１０］，或将电场和重力作用或离心作用联合进行电沉降破乳，如静电聚结器有连续旋转静电聚结器、原油脱水用静电预聚结器（单流道静电预聚结器和多流道静电预聚结器）、非旋转式组合场电破乳器、静电场和离心力场的连续式静电分离器、旋流脉冲高压静电连续破乳器［１１］等。

在电破乳法破乳机理研究方面，张建等［１２］研究了高压脉冲直流电场影响原油乳状液破乳的机理，认为电场对乳状液的破乳不但要考虑施加电场的电磁行为，乳状液的电磁特性、而且要考虑乳状液的涡流、旋流的流变特性，动力学特性和不同体系乳状液的结构与性质及其界面膜的界面张力、界面电性、吸附等行为与原乳状液性质的关系。王尚文等［１３］系统研究了新型电极高压脉冲电场破乳方法，在临界电场强度的基础上提出了“临界液滴直径”的概念。结合乳状液内相水滴的正态分布情况推导出一个关于外加电场强度的函数，表达了给定电场强度下的破乳率，为高压脉冲电场破乳提供了依据。王健等［１４］以白油乳状液为研究对象，利用Ｆｌｕｅｎｔ软件对液相流离心场的流动物理参数进行模拟计算，得到了油水在流场中的运动规律。刘洋等［１５］提出采用等离子体技术进行电破乳的方法，并根据破乳中对脉冲的要求，设计高压脉冲电源主电路和设计脉冲电源控制和保护的方案。魏庆彩等［１６］通过模拟液滴在高频脉冲电场的各种行为，发现存在一个临界电场强度，当外加电场强度小于或大于临界电场强度时，破乳效果均不好。

５）利用乳液系统内部能量进行破乳，如水击谐波破乳法。水击谐波破乳是在特定的管段形成水击驻波场，在水击驻波场中利用液滴所受浮升力、拖曳力、重力和驻波强迫振动力以及分散相间作用力的共同作用下实现破乳［１７］。刘阁等［１８］将水击谐波理论的思想应用于乳化油液领域来解决破乳问题，并对油液破乳过程进行分析，获取分散相液滴的运动轨迹，并在水击驻波场下水击参数以及积聚过程参数对连续相中液滴积聚分离的影

２

７ 精　细　石　油　化　工２０１２年９月