石油工业中乳液分离技术研究进展

doi:10.19965/j.cnki.iwt.2025-0294

摘要/Abstract

摘要：

原油开采、集输与加工过程中的乳液分离在石油工业发展中至关重要。系统梳理了破乳技术的发展进程，着重介绍了工业实践中应用最广泛的化学添加剂破乳技术，综述了传统聚醚破乳剂、树状聚合物、可生物降解破乳剂、离子液体、纳米破乳剂和氧化破乳材料的研究进展，并对重力沉降、离心分离、聚结分离、加热破乳、电场破乳、超声破乳和膜分离等物理/机械破乳方法进行了概述和对比分析，介绍了工业上联合破乳技术的应用案例。最后，从乳液黏度与破乳效率定量关系、破乳剂传递过程及破乳材料和设备开发等方面，对未来石油工业乳液分离技术发展进行了展望。

关键词: 原油乳液, 化学破乳剂, 破乳技术, 油水分离, 工业应用

Abstract:

Emulsion separation during crude oil exploitation, transportation and processing is significant for the development of petroleum industry. This paper systematically reviewed the evolution of demulsification technologies, focusing on chemical additive demulsification—the most widely applied process in industrial practice. Research advances in traditional polyether demulsifiers, dendritic polymers, biodegradable demulsifiers, ionic liquids, nanodemulsifiers, and oxidative demulsification materials were summarized. An overview and comparative analysis of physical/mechanical demulsification methods such as gravity settling, centrifugal separation, coalescence separation, heating demulsification, electric field demulsification, ultrasonic demulsification, and membrane separation were presented. Application cases of combined demulsification technologies in industry were introduced. Finally, the future development of emulsion separation technology in petroleum industry was prospected from the quantitative relationship between emulsion viscosity and demulsification efficiency, demulsifier transfer process, demulsification materials and equipment development.

Key words: crude oil emulsion, chemical demulsifier, demulsification technology, oil water separation, industrial application

中图分类号:

TE99
X703

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https://www.iwt.cn/CN/Y2026/V46/I3/47

图/表 11

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分类	代表类型/材料	作用机制	优点	缺点
传统聚醚破乳剂	醇类、胺类、树脂类、有机硅类	取代界面乳化剂，破坏界面膜稳定性	工艺成熟、适用范围广	低温效果差、难降解、污染环境
树状聚合物	二乙烯三胺/三乙烯四胺核+胺基/酯基端基	高度支化结构增强界面渗透能力	高溶解性、快速破乳	合成复杂、成本高、工业化难度大
可生物降解破乳剂	改性壳聚糖、纤维素	两亲性分子桥接絮凝	环境友好、原料廉价	对W/O乳液（尤其重质油）效果有限
离子液体	双亲型、聚离子液体	阳离子/阴离子调控界面性质	耐酸碱盐、结构可调	成本高、长链烷基难降解
纳米破乳剂	四氧化三铁、二氧化硅、碳基纳米材料	高界面活性、磁性回收、桥接效应	快速分离、可功能化修饰	易团聚、分散性差、成本高
氧化剂	ClO₂、K₂FeO₄、Fenton试剂	氧化降解界面膜成分（天然乳化剂/聚合物）	高效破乳、减少污泥产生	存在腐蚀性、部分氧化反应条件苛刻
光/电催化氧化剂	纳米光催化剂、电催化氧化	自由基氧化破坏界面膜分子	绿色高效、无二次污染	催化剂定向吸附难、能耗高

分类	代表类型/材料	作用机制	优点	缺点
传统聚醚破乳剂	醇类、胺类、树脂类、有机硅类	取代界面乳化剂，破坏界面膜稳定性	工艺成熟、适用范围广	低温效果差、难降解、污染环境
树状聚合物	二乙烯三胺/三乙烯四胺核+胺基/酯基端基	高度支化结构增强界面渗透能力	高溶解性、快速破乳	合成复杂、成本高、工业化难度大
可生物降解破乳剂	改性壳聚糖、纤维素	两亲性分子桥接絮凝	环境友好、原料廉价	对W/O乳液（尤其重质油）效果有限
离子液体	双亲型、聚离子液体	阳离子/阴离子调控界面性质	耐酸碱盐、结构可调	成本高、长链烷基难降解
纳米破乳剂	四氧化三铁、二氧化硅、碳基纳米材料	高界面活性、磁性回收、桥接效应	快速分离、可功能化修饰	易团聚、分散性差、成本高
氧化剂	ClO₂、K₂FeO₄、Fenton试剂	氧化降解界面膜成分（天然乳化剂/聚合物）	高效破乳、减少污泥产生	存在腐蚀性、部分氧化反应条件苛刻
光/电催化氧化剂	纳米光催化剂、电催化氧化	自由基氧化破坏界面膜分子	绿色高效、无二次污染	催化剂定向吸附难、能耗高

技术名称	原理	优点	缺点
重力沉降	基于油水密度差，在重力作用下分离	操作简单、成本低，适用于第一级脱水	对高黏度、低密度差、低含水率或老化乳液效果差
离心破乳	基于油水密度差，通过离心力分离	效率高、分离速度快	设备造价高、处理量小
聚结分离	液滴润湿或碰撞聚结	运行成本低、操作简单、能耗少、无二次污染	聚结材料易污染导致效率降低
加热破乳	加热降低黏度和界面膜强度，促进液滴聚结	技术成熟，微波加热选择性高、效率快	能耗高、轻质组分易损失、设备易腐蚀/结垢
电场破乳	电场（直流/交流/脉冲）引发偶极聚结、震荡聚结或电泳聚结	技术较成熟、效率高	高含水/盐乳液易击穿电极
超声破乳	超声波机械振动、空化作用和热作用破坏界面膜	适用性广，常与化学破乳联用	设备成本高、能耗大、条件难控制
膜分离	膜孔筛分和表面聚结作用	无化学添加、能耗低、设备紧凑	膜污染严重、预处理要求高

技术名称	原理	优点	缺点
重力沉降	基于油水密度差，在重力作用下分离	操作简单、成本低，适用于第一级脱水	对高黏度、低密度差、低含水率或老化乳液效果差
离心破乳	基于油水密度差，通过离心力分离	效率高、分离速度快	设备造价高、处理量小
聚结分离	液滴润湿或碰撞聚结	运行成本低、操作简单、能耗少、无二次污染	聚结材料易污染导致效率降低
加热破乳	加热降低黏度和界面膜强度，促进液滴聚结	技术成熟，微波加热选择性高、效率快	能耗高、轻质组分易损失、设备易腐蚀/结垢
电场破乳	电场（直流/交流/脉冲）引发偶极聚结、震荡聚结或电泳聚结	技术较成熟、效率高	高含水/盐乳液易击穿电极
超声破乳	超声波机械振动、空化作用和热作用破坏界面膜	适用性广，常与化学破乳联用	设备成本高、能耗大、条件难控制
膜分离	膜孔筛分和表面聚结作用	无化学添加、能耗低、设备紧凑	膜污染严重、预处理要求高

破乳技术	设备投资成本	运行能耗	维护成本	综合成本
化学破乳	低（加药装置）	低（药剂费用为主）	中（药剂持续消耗）	低成本，但依赖药剂选择
氧化破乳	中（氧化反应器）	中（氧化剂+能耗）	中（氧化剂补充）	成本较高，适合难处理废水
重力沉降	低（分离罐）	低（仅重力作用）	低（定期清理污泥）	低成本，但占地大、效率低
离心破乳	高（离心机/旋流器）	中（电机驱动）	中（机械磨损）	投资较高，适合高效快速分离
聚结分离	中（聚结材料）	低（无动力或低压）	中（聚结材料更换）	中等成本，需优化材料寿命
常规加热破乳	中（加热设备）	高（热能消耗）	中（设备腐蚀/结垢）	中等成本，能耗高
微波破乳	高（微波装置）	中（选择性加热）	高（维护复杂）	高投资，规模化应用程度低
电场破乳	中（电极/变压器）	中（电耗）	中（电极更换）	综合成本中等，效率高
超声破乳	高（超声波装置）	高（高功率超声）	高（换能器损耗）	高能耗，适合高附加值场景
膜分离破乳	高（膜组件）	中（泵能耗）	高（膜材料更换）	高维护成本，需严格预处理

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