真空膜蒸馏处理气田甲醇废水实验研究_苏昱

第27卷第4期2015年10月常州大学学报(自然科学版)JournalofChangzhouUniversity(NaturalScienceEdition)Vol.27No.4Oct.2015文章编号:2095-0411(2015)04-0043-04真空膜蒸馏处理气田甲醇废水实验研究苏昱1,赵会军1,张璇2,刘军1,彭浩平1(1.江苏省油气储运技术重点实验室(常州大学),江苏常州213016;2.中国石油天然气股份有限公司长庆油田分公司油气工艺研究院,陕西西安710000)摘要:采用聚偏氟乙烯(PVDF)和聚四氟乙烯(PTFE)中空纤维膜蒸馏组件对气田含甲醇废水进行真空膜蒸馏处理,研究探讨了料液温度、进料浓度和冷侧真空度对膜通量和分离因子的影响,通过试验得出用PVDF膜和PTFE膜处理甲醇废水的最佳条件,并对比分析综合考虑了两种膜的处理效果。在温度45℃,进料流量为10L/h,真空度10kPa的操作条件下,PTFE膜分离质量分数为35%的甲醇废水效果更好,分离因子可达8.46,膜通量3.10kg·m-2·h-1。采用真空膜蒸溜法,质量分数为35%的甲醇废水溶液经处理后可降至0.01%以下。关键词:膜蒸馏;甲醇废水;膜通量;分离因子中图分类号:TE992.2文献标志码:Adoi:10.3969/j.issn.2095-0411.2015.04.008TreatmentofWastewaterContainingMethanolbyVacuumMembraneDistillationSUYu1,ZHAOHuijun1,ZHANGXuan2,LIUJun1,PENGHaoping1(1.JiangsuKeyLaboratoryofOil&GasStorageandTransportationTechnology,ChangzhouUniversity,Changzhou213016,China;2.ChangqingOilfieldCompanyofChinaPetrol,OilandGasTechnologyRe-searchInstitute,Xi降低天然气生产成本,减少对环境的污染。目前,国内外气田处理含醇污水工艺流程归纳起来多数采用3段处理工艺[1],即除油、混凝沉降(或气浮)、过滤,再辅以阻垢、缓蚀、杀菌处理后进入精馏塔回收甲醇。但总的看来,投资大,能耗高,精馏塔内填料易堵塞,设备结垢、腐蚀严重[2]。膜蒸馏(Membranedistillation,简称MD)是近几十年发展迅速的一种新型、高效的膜分离技术。这种技术以传递对象在疏水微孔膜上、下两侧的蒸气压力差为推动力,热侧的蒸气通过膜孔进入冷侧,然后在冷侧冷凝下来,与其他膜分离过程相比,膜蒸馏具有在较低温度和压力下即可进行的独特优点,可以充分利用太阳能、工业废热和余热等低价能源,且操作方便、设备简单,在进行污水处理的同时,达到资源回收的综合效果[3-8]。1实验部分1.1实验装置和器材试验装置:GC1102型色谱仪;水浴加热罐,设计温度70℃;换热管,常温常压;精密压力表;JWB-P-251型温度传感器;25QDLF2-110型滑片泵,流量2m3·h-1,扬程为82m;2X-4A型旋片式真空泵,真空极限为6×10-2Pa;多相流实验装置控制柜;智能涡轮流量计,0~3m3·h-1;膜器结构尺寸见表1。表1膜器结构尺寸Table1Dimensionoffilmdevice膜材料内径/mm外径/mm膜孔径/mm有效工作长度/mm孔隙率/%纤维根数/根膜面积/m2PVDF0.61.20.206205824002.8PTFE0.61.20.186206224002.81.2废水水质及试验方法某气田天然气温度15~18℃,需注入甲醇以防止水合物形成,在集气站、天然气处理厂与天然气分离后便产生了气田含甲醇污水。所取甲醇污水经除油、絮凝、过滤后,甲醇含量为35%(质量分数),同时还含有一定量的Ca2+、Mg2+、Fe2+、HCO-3等离子。为了能够得出进料甲醇浓度对分离效果的影响,通过向甲醇废水中加入适量甲醇,来配制出不同浓度的甲醇废水。甲醇废水由水浴加热罐加热到预定温度,进入膜分离器管程,由于膜是疏水膜,水不会从膜孔中通过,甲醇在膜表面汽化,在膜两侧蒸汽压差的推动下,遵循亨利定律,沿膜微孔向真空室扩散,进入真空室的甲醇蒸汽立即由真空泵抽走,使膜两侧始终存在着一个较大甲醇蒸汽压差,废水中的甲醇就源源不断的被提取出来。经过冷凝器冷凝后回收,完成甲醇的分离。实验流程如图1。1.3实验过程及表征参数的确定工艺参数设计:进料液温度选35、40、45、50、55℃;进料流量为10L/h。进料甲醇质量浓度调节为15%~55%。冷侧真空度为5~15kPa。采用循环水冷却,冷却温度为10℃。对化工废