[发明专利]油/水/生物催化剂的三相分离方法

说明书

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。