[发明专利]用微波辐射分离乳状液的方法

说明书

本发明涉及处理在有机液体中包含水滴的乳状液以便分离水和有机液体的方法，其中使乳状液接受微波辐射。本发明特别涉及分离包含水和油的乳状液。在石油制造工业中，生产的大部分原油是与水混和的。所以，为其后进行的将石油运送到炼油厂和水的再循环，分离水和油是非常必要的。

从美国专利4,582,629中可以了解通过使上述乳状液接受微波辐射而促进从乳状液中分离烃和水的方法。微波辐射这里定义为从1到300GHz。它陈述了优选微波频率为2和3GHz之间。文章中提及上述微波处理对乳状液的作用可能是由于两种机制的结合。第一种机制据说是类似于在常规体系中的加热。第二种机制据说是与结合水分子的激活有关，这破坏了出现在每个水滴和油之间的界面膜上的表面活性剂分子。

然而，仍然需要更详细评估微波对包含水和油的乳状液的作用，以便找出该辐射的最适频率范围。有必要将功率消耗降到最低，从而使该方法对分离大量乳状液经济可行。

本发明的目的是构想一些途径来设计一种完成更有效从乳状液中分离水和油的方法。由此应该可以更快分离水和油和/或使用比目前更低的功率消耗。

当使乳状液接受频率范围从300MHz到100GHz范围的电磁辐射时可以达到这个目的，水滴被选择性加热，而且，在特定频率范围内，选择在水将电磁辐射转化为热的倾向升高的区间内的频率，分离所需要的总能量降低且其后的重力分离率增加。因此可以将此设备做得更小，重量更轻等，这对海上应用特别重要。也可以减少用于去界面层稳定性的破乳剂的用量，产生更低成本的和更有利于环境保护的方法。

这种创造性的想法是通过使乳状液接受一定频率的微波而加热水滴，在此频率下水将电磁能转化为热的能力增高。由于在上述范围内油将电磁能转化为热的能力比水低得多，基本上只有水滴被加热。每个水滴和油之间的界面层将通过从被加热水滴的热传导而被加热。界面层的加热将导致该层的稳定成分在油中被破坏，因此水滴可以合并。所以，可以减小功率消耗而且此方法变得更经济可行。

特定物质将电磁能转化为热的效率由其介电损耗因子决定。含水物质的损耗因子在不同的频率取决于不同的影响。已知水的介电损耗因子在约20GHz的频率下由于自由水松弛作用而有一个峰值。在更低的频率，如4GHz以下，DC电导率对损耗因子的影响变得更重要。这在含盐的水中更重要。这样，最适介电损耗因子在不同条件下可以处于不同的频率。获得所讨论的乳状液的上述最适能量转化的最适频率由例如盐含量、温度和水滴大小决定。使用的频率优选处于产生这种水峰值的区间。

本发明进一步的目的是构想一些途径而设计达到更有效从乳状液中分离盐水和有机液体的方法，其中此乳状液接受电磁辐射。

当使乳状液接受频率范围从300MHz到1.9GHz的电磁辐射时可以达到这个目的。在从约3GHz开始的较低频率下盐水有不断增加的较好的将电磁能转化为热的能力。盐水的这种能力在2GHz及以下的频率增加尤其迅速。例如，当盐水接受频率为1.5GHz的电磁波时，具有比接受2GHz的电磁波时明显更高的将电磁能转化为热的能力。

以下参照附图对本发明的实施例作更详细的描述。

在附图中，图1是在接受微波辐射之前和之后连续油相中的两个水滴的截面示意图。图2是温度和频率对纯水和NaCl水溶液的介电性质影响的线条图。

原油包含不同结构的烃即烷烃、异链烷烃、环烷、芳香族化合物和芳香族聚合物的混合物。也有少量包含杂原子的烃分子。杂原子为硫、氮和氧。这些含有涉及数量和类型的杂原子的分子的存在对油水相分离具有很大的重要性。这些具有比纯烃更高极性的化合物被分为三类：树脂、沥青和石油脂。原油中水滴的稳定机制被称作位阻稳定和粒子稳定。简要地说，如果杂原子不再溶解于油相而是在油水界面形成氢键时就形成了稳定的乳状液。

图1表示在连续油相2中的两个水滴1。每个水滴1由包含上面提到的树脂、沥青和石油脂的界面层3包被。沥青颗粒用数字4表示。由于水滴或更具体地说是界面层有一个部分极性的坚固的大分子层，水滴的合并将被阻止。这样，为完成水滴合并需要破坏界面层或溶解其在油中的成分。图1也表示了两个从界面层释放的水滴如何碰撞。当水滴碰撞时会合并，获得更大的水滴，最终促使相分离。