创新之路Way of Innovation
圳力科技：实现新型“油水分离”产业化——记深圳市圳力液体分离科技有限公司总裁余利 吕腾波
原油采出液含水率的逐年增加，正在给中国这一世界第二大石油进口国带来严峻的挑战。部分井液的含水率高达95%以上，当前的产出液处理工艺迫切需要实现产业化变革。随着海上油气开发向深海迈进，深海平台的油水分离、深海海底的油水分离、采油井井底油水分离等都迫使人们探索新的分离技术，级数少、重量轻、占用空间小的油气水高效处理方法，正随着交叉学科的发展而不断涌现。 2016年从澳大利亚留学归国的深圳技术大学健康与环境工程学院助理教授余利博士，结合自己在无机材料和高分子材料的研究成果，依托深圳技术大学的产学研和技术转化平台，创立了深圳市圳力液体分离科技有限公司（下称“圳力科技”），致力于实现新型油水分离技术在中国的产业化。 如今，圳力科技自主创新研发的分离装备，实现了单次分离的水质就可达到高渗透油田回注指标，一平方米的膜分离通量可以达到12吨/小时，已为多个国内油田提供技术服务。通过涂层材料、油田采出液油水分离装置、含油污水处理装置及面向餐饮行业的油水分离厨具等的开发，圳力科技正逐渐实现新型油水分离技术在工业和民用等不同场景中的转化应用。
余利践行自己的科研理念，紧密对接市场需求，在交叉学科研究中发挥最大价
值，创新开发实用技术，实现了经济价值
与社会效益的双赢。
自主创新
让油水分离变得更简单
“让油水分离更简单”，既有着现实
的迫切需求，也是技术研发的必然方向。
凭借新材料技术的不断突破，这已不再是
梦想。
石油作为国家紧缺的战略储备物资，
在国民经济及化工生产中的地位举足轻
重，其获取过程包括勘探与开采、集输、
炼化等。不可忽视的是，几乎所有油田都
要经历含水开发期，特别是采油速度大和
采取注水强化开发的油田，无水采油期一
般较短，原油含水率增长快。
原油含水不仅增加了储存、输送、炼
制过程中设备的负荷，且增加了升温时的
燃料消耗，甚至因为水中含盐而引起设备
和管道的结垢或腐蚀。因此，原油脱水成
为石油获取过程中一个极为重要的环节。
20世纪90年代开始，我国大部分油
田开采进入中后期，产出液中含水率逐
年增加，部分井液的含水率已达到95%以
上，给目前已有的产出液处理工艺带来新
的挑战。为节约成本、提高效率，降低对
已有产出液处理工艺的压力，经常需要进
行油水预分离，即把原油含水率尽量降低
到能进电脱罐、污水含油率降到几千毫克
每升以便进行污水处理。因此，国内外
研究者数十年来一直在寻求级数少、重
量轻、占用空间小的油气水高效处理方
法，以便实现海上油气、特别是深海油
气的经济开采。
我国的原油主要来源于陆相油和海相
油，陆地油田主要分布在我国的东北部和
西部，海上油田主要分布在沿海地区的东
部和南部。陆地油田分布广泛、油井口及
联合站数目众多、原油成分复杂，原油脱
水设备必须具备成本低廉、运输便捷、不
受原油成分限制等高效分离特点。
而与陆地油田不同，受空间、质量及
余利（右1）在胜利油田考察
建造成本限制，海上采油平台对油水分离设备的效率、尺寸要求比陆地油田更加苛刻，针对海上油田生产需求，急需开发高通量、高分离效率的新型油水分离技术及小型化的分离设备。
余利认为，发展一种设备成本及运营成本低廉、便于维护的中小型分离设备，使之同时具有高效、高通量油水分离性能，提高油田整体经济和社会效益，既是“中国制造2025”战略的具体实施，也是当今节能减排、环保等行业的重要要求。
油田采用怎样的脱水方法须根据原油性质、含水率及乳化程度等参数来确定。当含水率较高时，常采用两段脱水法，即先用化学沉降法使含水量降低至30%以下，再用电脱水法处理。
化学脱水须使用破乳剂来降低原油与水的界面强度，有利于破坏油水界面双电层，迫使水滴合并，从而促进油水的沉降分离。为确保原油含水量达标，在最后的沉降罐内安装高压电极，使油水在电场作用下，将原油水颗粒界面膜破坏或削弱，强迫水颗粒合并。但是，化学脱水不仅需时较长，加入的破乳剂也会影响回注水水质；电脱水则在处理高含水原油时操作困难、能耗巨大。因此，传统的电脱水设备对高含水期的原油处理已显得力不从心。
为发展一种新型节能、分离效率高、处理量大的油水分离技术，世界各国的科学家们将目标聚集在三种膜分离技术上，即无机陶瓷膜、高分子膜及金属网膜。这三类膜在用于油水分离前，须经过化学改性，使其具有特殊的浸润性，如超疏水/超亲油或超亲水/水中超疏油，从而使油水混合物中的油或水高选择性地通过膜孔道，达到高效分离的目的。
“值得提出的是，由于这些膜表面所修饰的涂层材料难以长期抵御低表面能、高粘度原油的粘附污
染，在油气田系统及石
油泄漏事故处理的应
用仍较为受限。”余利
认为，在油水分离膜领
域，仍需重点突破如
何避免依赖外界高能输
入、提高膜通量及分离
效率及能够长期抵御油
类物质污染的自清洁功
能等三个方向。
2019年至今，以余
利为负责人及技术带头
人的圳力科技，在新型油水分离技术领域
实现了重大突破。基于固液分离、液液分
离和气液分离多项研究成果，团队发表重
要学术文章6篇，申请国家发明专利4项、
实用新型专利8项。在此基础上，圳力科技
自主研发了油田采出液油水分离装置、含
油污水处理装置等推动油水分离产业革命
的新型装置。
其中，圳力科技研发的油田采出液
油水分离装置能够实现自动将水与油进行
分离，降低原油中含水量及水中含油量，
解决了传统分离方式能量消耗过多及污染
问题。如油田联合站油水分离设备不仅分
离效率高，其单次分离的水质就可达到我
国多个油田的回注指标，且油水分离通量
大，一平方米的膜分离通量可以达到12吨/
小时。而其较小的设备体积，使其在海上
采油平台上使用更有优势。
产研结合
依托企业实现技术转化
圳力科技是依托于深圳技术大学产
学研平台实现科技孵化的初创企业，凭借
领先的液体分离技术，其以工业一体化服
务，专注为石油行业提供高效高通量低温
脱水技术。
余利介绍，依托新型油水分离技术
的突破，圳力科技不仅实现了油田采出液
油水分离装置、含油污水处理装置等的研
发，也在双重水合水中防油涂层、防高粘
度原油涂层及防水亲油涂层三大类涂层材
料上实现产业化应用。三大类涂层材料聚
焦于新型无机及高分子前驱体，采用液相
法或气相法制备，可规模化制备到各类固
体基材表面。
作为公司创始人及深圳技术大学液
体分离团队负责人，早在国外读博士时，
余利就专注于具有特殊功能的无机材料和
高分子材料的研究。“这些材料可以应用
于多个工业场景，比如矿物浮选、海水淡
化、油水分离、污水净化、非接触式传感
与器件操控等。”余利说。
深圳地理位置优越、经济环境优越、
创业氛围浓厚，既是中国科技创新的领军
城市，也是年轻人发挥才华、实现梦想的
一片热土。2016年回国后，余利在深圳大
学从事了两年的博士后研究，他希望将新
型油水分离技术实现技术转化和应用，以
解决我国油田及相关工业和民用发展需求
为目标。
创赛获奖
创新之路
Way of Innovation
深圳海上运输发达，若有货轮发生大面积石油泄漏未得到及时处理，对海洋经济将造成不可估量的影响；与此同时，南海油田年产油量在中国海上油田中名列前茅，解决南海油田高效高通量油水分离难题，将会带来巨大的经济价值和社会效益；此外，原油/水分离技术也可以应用于多场景民用产品，从源头上避免地沟油的发生，营造干净卫生环境。
正是看到了市场潜藏的巨大需求，圳力科技应运而生。
尽管是一个初创公司，但余利对企业定位非常明确，依托深圳技术大学液体分离技术团队，实现以科技引领企业发展。创业初期，企业遇到了很多的困难——技术突破难、专业人才紧缺、资金不充足、实验场地限制等。
“我们研发的涂层材料和分离膜确实有很好的优势，但是如何将涂层材料和分离膜集成到分离设备中去，是一个很大的难点。我们没有流体力学专业的研究人员，也没有机械设计专业的专家，更没有在油田里有长期工作经验的员工，这就导致我们在研发油水分离撬装设备的时候进展比较慢。”余利说。
为了打开局面，圳力科技在创立之初就参加了中国创新创业大赛，并在6073家参赛企业中脱颖而出，获得了深圳赛区二等奖。“通过这种方式，获得了很多专家及相关企业的关注，他们对我们的技术给予了高度评价和认可。此外，我们参加了一些重要的行业展会，也接触到了很多油田及相关工业的多种需求。” 无论是参加创业大赛，还是参加行业展会，都对圳力科技的技术和产品推广起到了很大的作用。功夫不负苦心人，通过与机械制造类企业、油田勘探设计研究院、油田服务类企业等行业机构的对接，
团队最终克服了设备设计和设备集成这一短板。
如今，圳力科技已有10人的团队规模，其中研发团队有5人，运营团队有3人，市场部和产品设计部各有1人。麻雀虽小，五脏俱全。规模不大的企业中，获得海内外博士学位的就有3名，硕士2名。专业背景涵盖材料学、表界面科学、环境工程等，多种研究背景的交叉，为企业的技术发展提供了人才保障。
目前，企业与中石油、中石化、中油B P、中航油等大型企业合作，技术已经应用于多个工业或民用场景，承接了相关产业订单。圳力科技正在与胜利油田、吉林油田、西北石油局、南海油田开展紧密的对接。在油气田系统中，已用于采出液的油水分离、后端含油污水的净化与回注等；在其他工业中，相关技术已经用于加油站储油罐清洗时的油水分离、工业生产气体中聚结除水除油等；在民用上，企业已经开发了用于餐饮行业的多种滤油厨具等。
余利与团队已在规划企业的未来，希望通过3年时间，实现为20家或以上规模企业提供技术或解决方案，成长为国家高新技术企业，将圳力科技打造成为深圳技术大学产学研领域的一张名片。
孔雀南飞
科研应创造最大价值
作为一个年轻的“80后”科研带头人与企业负责人，余利出生成长于安徽，深受徽州文化、淮河文化、皖江文化和庐州文化的影响。2009年，余利从安庆师范大学材料化学专业本科毕业，3年后在东华大学获得了高分子化学与物理专业理学硕
士学位。2012年，余利飞往南半球，在澳大利亚南澳大学矿物与材料学专业攻读博士学位。
在澳洲的留学，让已经在高分子化学领域打下牢固知识基础的余利，到了自己的科研方向。在澳洲读
博的第一年，他的工作重点就是研究纳米气泡。在液相中，只要有固体物质，其固液界面就会形成微纳米气泡，而微纳米气泡会影响物质间的相互作用。他的研究方向就是如何降低微纳米气泡在催化剂表面的形成概率来提高催化剂的催化活性。
从2013年起，余利将工作重点转向了具有特殊功能材料的研发上面，这其中就包括了油水分离涂层材料、水质净化材料、非接触式传感材料等。通过大量的实验获得了丰硕的成果后，余利陆续以第一或通讯作者身份在ACS Nano、Materials
Horizons、Nano Today、Langmuir、
Applied Surface Science 等国际知名期刊上发表学术论文。
不止于此，余利还对能够应用到各行业中的表界面科学产生了极为浓厚的研究兴趣。表界面科学是一个非常大的研究学科，可以分为环境表界面科学、生物表界面科学、能源表界面科学及材料表界面科学等4个研究方向。经过一番研究，余
团队自主研发的油水分离装置在某油田现场试验
专家简介
余利，2016年博士毕业于澳大利亚南澳大学，2016—2018年在深圳大学从事博士后研究，2018年6月起就职于深圳技术大学健康与环境工程学院，担任助理教授，是深圳市“孔雀人才”C类人才获得者。
长期从事新型涂层材料及其在水处理工程领域的应用，研究方向主要包括高通量油水分离技术与涂层材料、微纳材料宏观组装体用于含油污水处理、高分子涂层材料及表面浸润性控制、非接触操控与传感器件等。
2016年回国后主持多项基金，包括国家自然科学基金委青年基金、中石化西北石油局两项横向项目、国家博士后科学基金、广东省自然科学基金、深圳市科创委自由探索项目、深圳市高层次人才“孔雀人才”项目等。
发表SCI论文40余篇，其中以第一作者或通讯作者身份发表的论文主要包括Nano Today、ACS Nano、Materials Horizons、Chemical
Communications、Langmuir （2篇）、Applied Surface Science （2篇）等，2019年至今共申请国家发明专利4项，实用新型专利8项，其中授权发明和实用新型专利各1项。
利突然顿悟，如果自己将材料化学与表界面科学交叉融合，将可以产生怎样的效应，又可以做出多少具有实用价值的科研成果？
正是在将这两个学科交叉研究的基础上，余利将目光聚焦在油水分离行业，致力于实现其核心技术和产业应用上的突破。
“如果你在某个领域非常有成就，钻研得特别深，但如果不了解其他行业，你的才华是有所浪费的，因为你在这个领域的才华完全可以应用到其他行业中去，交叉学科的研究，就是一种催化剂，也是更好的资源整合。”余利说，科研人才必须学会发挥自己在一个研究领域中的最大价值。
2016年，学成归国的余利到深圳大学光电工程学院光学工程博士后流动站从事博士后研究；2018年，他加入深圳技术大学，在健康与环境工程学院担任助理教授。回国后，他主持了包括国家自然科学基金青年项目、国家博士后科学基金、广东省自然科学基金、深圳市科创委自由探索项目、“孔雀人才”项目及西北石油局两项横向科研项目在内的7项基金，在水处理、高分子涂层材料、表面浸润性、非接触操控与传感等前沿领域取得多项创新
性研究成果，发表SCI论文40余篇。
如今，余利带领深圳技术大学液体分离团队，致力于探索油水分离新材料与新技术、污水处理新材料与净化技术及非接触式传感与器件操控技术等三个领域的核心关键技术。
一方面，余利希望能够继续将抗各类油污染的新型涂层材料规模化应用到各种分离膜或分离设备中，实
现油田系统、工业场景及餐饮行业的高效高通量油水分离；另一方面则研究由高吸附活性的微纳米无机或有机材料组装成的宏观材料用于水质净化，去除水中的低浓度重金属离子、有机染料及抗生素等；此外，在非接触传感与操控技术上，余利团队利用新型涂层材料来感知人体呼吸产生的湿度变化，将这种湿度变化转变为电学信号或光学信号，实现仅仅通过呼吸这种非接触式的传感来操控器件。“这个技术应用面也很广，比如，开车时司机可以通过呼吸实现另一个重要操作的紧急操控，残疾人也可以通过呼吸来打电话求助或实现紧急情况的处理等。”
尽管已在油水分离、新型涂层材料上获得一系列科技成果转化，但余利认为，中国在新型涂层材料的研究水平上，与欧
洲、北美及日本等地区和国家仍有一些差距，高质量涂层材料核心配方的研发仍缺乏核心关键技术，未来仍需改进设备、优化工艺、提升原材料质量、提高研发人员科学素养、加大研发经费投入。
2016年，余利获得了深圳市高层次人才“孔雀人才”项目的支持，面向油气田开发一种高效高通量油水分离材料与设备，解决高粘度原油对分离膜污染堵塞这一难题。经过3年研究，这一项目已取得很大进展，研发出具有自清洁抗油类物质粘附的涂层材料，让石油自主脱离涂层表面，完成自清洁。
“这项技术是很难实现的，因为石油粘度大且表面张力小，很容易对分离膜造成污染堵塞。另外，我们也已经研发出了第一代油水分离设备，它具有油水分离效率高、分离通量大等优势。”
科研的进步依赖于人才的培养，作为深圳技术大学的一名老师，余利希望努力提高自己在教学上“深入浅出”的能力，让学生在课堂上既能听得懂，也要听得进。通过培养更多既有工匠精神，也有人文情怀的科研人才，突破更多紧密对接市场需求的核心关键技术，转化更多经济效益与社会效益双丰收的科研成果。
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