申请日2019.01.21
公开(公告)日2019.04.05
IPC分类号C02F9/08; C02F103/10; C02F101/32
摘要
一种含油污水太阳能STEP的破乳处理方法，涉及化工方法技术领域，它包括去离子的水、十二烷基苯磺酸钠、聚丙烯酰胺、氢氧化钠、碳酸钠、氯化钠、硫酸钠、碳酸氢钠、氯化钙和氯化镁，十二烷基苯磺酸钠、聚丙烯酰胺、氢氧化钠、碳酸钠、氯化钠、硫酸钠、碳酸氢钠、氯化钙和氯化镁的含量分别为0.9～1.1L、0.15～0.17g/L、230～250ppm、0.9～1.1g/L、0.95～1.0g/L、0.9～0.1.1g/L、0.05～0.07g/L、2.5～2.9g/L、0.15～0.19g/L和0.12～0.16g/L。本含油污水太阳能STEP的破乳处理方法制备工艺简单、易操作且操作安全，生产成本低廉可重复利用，适用于工业化生产。
权利要求书
1.一种含油污水太阳能STEP的破乳处理方法，其特征在于：包括去离子的水、十二烷基苯磺酸钠、聚丙烯酰胺、氢氧化钠、碳酸钠、氯化钠、硫酸钠、碳酸氢钠、氯化钙和氯化镁，十二烷基苯磺酸钠、聚丙烯酰胺、氢氧化钠、碳酸钠、氯化钠、硫酸钠、碳酸氢钠、氯化钙和氯化镁的含量分别为0.9～1.1L、0.15～0.17g/L、230～250ppm、0.9～1.1g/L、0.95～1.0g/L、0.9～0.1.1g/L、0.05～0.07g/L、2.5～2.9g/L、0.15～0.19g/L和0.12～0.16g/L。
2.一种根据权利要求1所述的含油污水太阳能STEP的破乳处理方法，其特征在于：方法步骤如下：
1)在去离子的水中加入十二烷基苯磺酸钠、聚丙烯酰胺和氢氧化钠，十二烷基苯磺酸钠、聚丙烯酰胺和氢氧化钠在水中溶解形成溶液体系，其中十二烷基苯磺酸钠作为表面活性剂，聚丙烯酰胺作为聚合物，氢氧化钠作为碱;
2)在溶液体系中加入碳酸钠、氯化钠、硫酸钠、碳酸氢钠、氯化钙和氯化镁，形成混合物，其中碳酸钠、氯化钠、硫酸钠、碳酸氢钠、氯化钙和氯化镁作为盐;
3)将原油加入混合物中，形成混合物溶液;
4)利用FLUKO高速数字电子搅拌器在2500～3500转/分的条件下，将步骤3)中的混合物溶液乳化15～25分钟，乳化后形成乳状液;
5)将步骤4)中的乳状液保存在15～25℃的温度下16～20小时;
6)去除上层浮油，去下层的油-水稳定乳状液，留作备用;
7)在垂直方向使用125-WHg灯照射含油污水，125-W Hg灯作为紫外线光辐射的光化学能量;
8)通过多晶硅太阳能电池板转化太阳能产生2～4V的恒定电压，恒定电压作为电化学能量;
9)通过抛物面太阳能集中器(Φ1.5M)装备产生热化学能量，加热含油污水，温度区间为20～80ºC;
10)总时间为2小时，每半个小时取样测量，观察除油率和破乳效果;
11)完成太阳能光-热-电耦合驱动处理油田含油污水的工作。
说明书
含油污水太阳能STEP的破乳处理方法
技术领域：
本发明涉及化工方法技术领域，具体涉及含油污水太阳能STEP的破乳处理方法。
背景技术：
自20世纪 60 年代至今，大庆一直被作为石油开发和科学研究的重要试验场地，随着科学技术的不断革新，三次采油技术在大庆油田的应用也不断加深，尤其是三元复合驱油技术的开发应用，原油采收率虽然显著提高，但含油采出水的处理难度也随之增加。特别是三元复合驱采出水，由于含有碱、聚合物和表面活性剂等组分，使采出水粘度大，含油量增加，油珠粒径变小，油水乳化严重、油珠聚并和分离困难等问题出现，给油田采出水的治理增加了难度。在实际应用中，三元复合驱采油技术显著提高油田采收率，具有重要价值。但其能够正常运转的前提条件是保证其配套的地面污水等处理系统能够正常运行，因此，破乳成为一个迫切需要解决的问题。
目前已有的破乳方法如添加破乳剂、电化学法、膜过滤法、生物法等。虽然以上这些方法已被证明是有效的，但其中涉及的一些方法往往具有污染环境、工艺造价高和破乳剂昂贵、能源消耗量大或不利于工业生产应用等弊端。因此，研究经济实用、绿色环保的油水分离方法具有重要的社会意义。
发明内容：
本发明的目的是为了克服上述现有技术存在的不足之处，而提供一种含油污水太阳能STEP的破乳处理方法，它利用太阳能，达到绿色环保，降解率高的目的。
本发明采用的技术方案为：含油污水太阳能STEP的破乳处理方法，包括去离子的水、十二烷基苯磺酸钠、聚丙烯酰胺、氢氧化钠、碳酸钠、氯化钠、硫酸钠、碳酸氢钠、氯化钙和氯化镁，十二烷基苯磺酸钠、聚丙烯酰胺、氢氧化钠、碳酸钠、氯化钠、硫酸钠、碳酸氢钠、氯化钙和氯化镁的含量分别为0.9～1.1L、0.15～0.17g/L、230～250ppm、0.9～1.1g/L、0.95～1.0g/L、0.9～0.1.1g/L、0.05～0.07g/L、2.5～2.9g/L、0.15～0.19g/L和0.12～0.16g/L。
方法步骤如下：
1)在去离子的水中加入十二烷基苯磺酸钠、聚丙烯酰胺和氢氧化钠，十二烷基苯磺酸钠、聚丙烯酰胺和氢氧化钠在水中溶解形成溶液体系，其中十二烷基苯磺酸钠作为表面活性剂，聚丙烯酰胺作为聚合物，氢氧化钠作为碱;
2)在溶液体系中加入碳酸钠、氯化钠、硫酸钠、碳酸氢钠、氯化钙和氯化镁，形成混合物，其中碳酸钠、氯化钠、硫酸钠、碳酸氢钠、氯化钙和氯化镁作为盐;
3)将原油加入混合物中，形成混合物溶液;
4)利用FLUKO高速数字电子搅拌器在2500～3500转/分的条件下，将步骤3)中的混合物溶液乳化15～25分钟，乳化后形成乳状液;
5)将步骤4)中的乳状液保存在15～25℃的温度下16～20小时;
6)去除上层浮油，去下层的油-水稳定乳状液，留作备用;
7)在垂直方向使用125-WHg灯照射含油污水，125-W Hg灯作为紫外线光辐射的光化学能量;
8)通过多晶硅太阳能电池板转化太阳能产生2～4V的恒定电压，恒定电压作为电化学能量;
9)通过抛物面太阳能集中器(Φ1.5M)装备产生热化学能量，加热含油污水，温度区间为20～80ºC;
10)总时间为2小时，每半个小时取样测量，观察除油率和破乳效果;
11)完成太阳能光-热-电耦合驱动处理油田含油污水的工作。
本发明的有益效果是：所用的能源为可持续利用的太阳能能源且其破乳工艺对环境无二次污染，在破乳过程中我们通过对乳状液的粘度、流变性以及Zeta电位等微观变化以及除油率直观变化来查看破乳效果。太阳能STEP系统的制备工艺简单、易操作且操作安全，生产成本低廉可重复利用，适用于工业化生产。
具体实施方式：
本含油污水太阳能STEP的破乳处理方法，包括去离子的水、十二烷基苯磺酸钠、聚丙烯酰胺、氢氧化钠、碳酸钠、氯化钠、硫酸钠、碳酸氢钠、氯化钙和氯化镁，十二烷基苯磺酸钠、聚丙烯酰胺、氢氧化钠、碳酸钠、氯化钠、硫酸钠、碳酸氢钠、氯化钙和氯化镁的含量分别为0.9～1.1L、0.15～0.17g/L、230～250ppm、0.9～1.1g/L、0.95～1.0g/L、0.9～0.1.1g/L、0.05～0.07g/L、2.5～2.9g/L、0.15～0.19g/L和0.12～0.16g/L。
方法步骤如下：
1)在去离子的水中加入十二烷基苯磺酸钠、聚丙烯酰胺和氢氧化钠，十二烷基苯磺酸钠、聚丙烯酰胺和氢氧化钠在水中溶解形成溶液体系，其中十二烷基苯磺酸钠作为表面活性剂，聚丙烯酰胺作为聚合物，氢氧化钠作为碱;
2)在溶液体系中加入碳酸钠、氯化钠、硫酸钠、碳酸氢钠、氯化钙和氯化镁，形成混合物，其中碳酸钠、氯化钠、硫酸钠、碳酸氢钠、氯化钙和氯化镁作为盐;
3)将原油加入混合物中，形成混合物溶液;
4)利用FLUKO高速数字电子搅拌器在2500～3500转/分的条件下，将步骤3)中的混合物溶液乳化15～25分钟，乳化后形成乳状液;
5)将步骤4)中的乳状液保存在15～25℃的温度下16～20小时;
6)去除上层浮油，去下层的油-水稳定乳状液，留作备用;
7)在垂直方向使用125-WHg灯照射含油污水，125-W Hg灯作为紫外线光辐射的光化学能量;
8)通过多晶硅太阳能电池板转化太阳能产生2～4V的恒定电压，恒定电压作为电化学能量;
9)通过抛物面太阳能集中器(Φ1.5M)装备产生热化学能量，加热含油污水，温度区间为20～80ºC;
10)总时间为2小时，每半个小时取样测量，观察除油率和破乳效果;
11)完成太阳能光-热-电耦合驱动处理油田含油污水的工作。
所述的油田含油污水为模拟配制的含油污水。实验时间为2h，且间隔取样测量时间分别是0.5h、1.0h、1.5h、2.0h。
实施例一
三元复合驱采出水中聚丙烯酰胺溶解量大，采出水粘度高，油滴上升非常缓慢，因此，降低粘度有利于含油污水的破乳进行。
在太阳能STEP系统中温度分别为20oC、40oC、60oC和80oC条件下，2小时油田含油污水粘度的变化如下：太阳能STEP处理前污水粘度在1.4mPa s左右，STEP过程中时间为2h时温度分别为20oC、40oC、60oC和80oC时粘度分别为1.28mPas、1.17mPas、1.09mPas和1.01mpas。
由上可知，太阳能STEP处理过程具有良好的降粘效果。
实施例二
Zeta电位是衡量乳化液稳定性的关键性指标，它会影响油滴的聚结，Zeta电位绝对值较大时，油滴相互排斥;Zeta电位的绝对值较小时，油滴相互聚结。
太阳能SETP处理的含油污水的PH值保持在8～9左右。在温度为20oC、40oC、60oC、80oC条件下STEP处理过程中0～2h中Zeta电位的变化情况。
]随着实验时间的延长，zeta电位的绝对值均小于初始zeta电位的绝对值，油滴区域相互聚结，乳状液不稳定。
实施例三
在两个油滴合并之前，一定有油滴液膜的破裂。因此，油膜的强度决定了油滴聚结的难易程度。界面流变性能的损耗模量与界面粘度成正比，能反应界面分子膜的强度。
在温度为20oC、40oC、60oC和80oC条件下STEP处理过程中0～2h损耗模量变化情况为，随着破乳时间的增加，破乳过程中的损耗模量逐渐减小。随着温度的升高，损耗模量减小的速度加快。
由上可知，STEP系统对降低破乳时油滴的界面粘性具有良好的效果，可减弱油滴界面膜的稳定性。
实施例四
为了进一步直观观察油滴的聚结情况，利用连接电脑的电子显微镜进行观测，在本实验中，所用电子显微镜放大图像倍数为200倍。
在20oC、40oC、60oC和80oC的条件下，太阳能STEP 系统中随着处理时间的延长，可明显的观测出油滴粒径增大，油滴逐渐聚结，从而达到破乳的目的。
实施例五
乳状液含油量是乳状液的主要参数之一，含油量的降低可以衡量破乳效率。
通过太阳能的转化，可以在低能耗的前提下实现含油污水的处理过程。
在20oC、40oC、60oC和80oC条件下的STEP 系统中，通过含油量测定法(uv分光光度法)(SL93.2-1994)对0～2h内体系的含油量进行了测量，再计算出油的去除效率(ED)。
随着温度的升高，油的去除效率增加，说明温度是影响含油污水破乳的重要因素之一。
由电场效应为主要破乳反应的0～0.5 h时除油率均高于30%，当阴极被油滴覆盖以及阳极被盐离子覆盖时，油的去除效率增加的速度变缓。
在STEP系统中20oC、40oC、60oC和80oC的条件下，反应2h最终除油率分别为59.30%、63.59%、74.21%和78.86%，且反应未达到平衡，随时间的延长除油率还会增加。
应当指出本发明只是STEP系统中电压和温度特定条件下的破乳效果，变化条件会出现不同的破乳率，且加大电压破乳效果甚至会更好，为了实现低能耗的目的，所以选择了3V电压，所以STEP系统对处理油田含油污水具有非常好的应用前景。
综上所述，本含油污水太阳能STEP的破乳处理方法所用的能源为可持续利用的太阳能能源且其破乳工艺对环境无二次污染，在破乳过程中我们通过对乳状液的粘度、流变性以及Zeta电位等微观变化以及除油率直观变化来查看破乳效果。太阳能STEP系统的制备工艺简单、易操作且操作安全，生产成本低廉可重复利用，适用于工业化生产。
