彭文強(qiáng)，楊帥強(qiáng)，石國(guó)芳,2，沈喜洲*，薛 松，丁陳斌

(1.武漢工程大學(xué)化工與制藥學(xué)院，湖北 武漢 430074； 2.荊州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北 荊州 434020)

0 引 言

在石油開(kāi)采和煉制過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的含油污泥(簡(jiǎn)稱油泥)，含油污泥由油、水、泥三相組成，其中原油成分含量較高.大量研究[1-4]表明含油污泥長(zhǎng)期存放在空氣中會(huì)對(duì)環(huán)境造成巨大的危害.隨著環(huán)保法規(guī)的逐步完善及能源短缺，開(kāi)發(fā)新的含油污泥處理技術(shù)成為近年來(lái)研究的熱點(diǎn).目前國(guó)內(nèi)外含油污泥處理技術(shù)方法較多，如萃取法[5]、生物法[6]、化學(xué)法[7]、調(diào)質(zhì)機(jī)械分離法[8]、高溫處理技術(shù)[9]、焚燒法[10]等等，其中化學(xué)法處理工藝簡(jiǎn)單、投資成本低，可回收大量原油資源，但化學(xué)法實(shí)現(xiàn)資源化、無(wú)害化的關(guān)鍵在于高效分離劑的開(kāi)發(fā).由于含油污泥因不同產(chǎn)地性質(zhì)有較大的差異，單一分離劑難以產(chǎn)生普適的效果，因而本實(shí)驗(yàn)通過(guò)選用新的分離劑，并復(fù)配提高原油回收率，為開(kāi)發(fā)新型高效分離劑及進(jìn)一步研究含油污泥處理技術(shù)的資源化、無(wú)害化工業(yè)應(yīng)用提供基礎(chǔ).

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器，常州國(guó)華電器有限公司生產(chǎn)；HN101-電熱鼓風(fēng)干燥箱，南通滬南科學(xué)儀器有限公司生產(chǎn)；索氏萃取器，上海振興玻璃儀器廠生產(chǎn)；水分測(cè)定器，上海振興玻璃儀器廠生產(chǎn).

石油醚(90～120 ℃)，分析純，天津化學(xué)試劑有限公司生產(chǎn)；分離劑YH、 YC、YE、YS，自制.

1.2 油泥樣品

油泥采自勝利油田，外觀黑色，低溫時(shí)流動(dòng)性差，粘稠狀物.其中固體物質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為31.53%，油的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為46.72%，水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為21.75%.

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

a.稱取一定量的含油污泥，按照一定的分離劑水溶液和油泥的質(zhì)量比(簡(jiǎn)稱劑泥比)及分離劑的濃度算出所需添加的分離劑與水的質(zhì)量，并攪拌均勻配成溶液，待用.

b.按油泥、配好的分離劑溶液順序，依次加入250 mL錐形瓶(或250 mL三口燒瓶)中，放入DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器內(nèi)，待溫度升至指定溫度后進(jìn)行攪拌.

c.攪拌所規(guī)定的時(shí)間后，停止攪拌并將混合液倒入燒杯中，保溫沉降.待其沉降分層清晰后，刮出上層浮油，稱量計(jì)算回收率.

1.4 分析方法

含水率：以回流法分析，按照GB/T260-1977；含油率：以重量法分析，按照CJ/T57-1999.

其中，m1為刮出浮油質(zhì)量，m為油泥中所含原油質(zhì)量.

2 結(jié)果與討論

2.1 分離劑的篩選及復(fù)配

2.1.1 分離劑的篩選 取含油污泥20 g左右，分別以YC、YE、YH和YS作為分離劑，劑泥質(zhì)量比3∶1，攪拌時(shí)間20 min，溫度25 ℃，攪拌速度1 000 r/min進(jìn)行試驗(yàn)，所得不同分離劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)和回收率的關(guān)系如圖1.

圖1 不同分離劑濃度對(duì)回收率的影響

由圖1可知，所選擇的四種分離劑中YH處理油泥后回收率最高，其次為YE，再次為YC,YS的回收率最低.用YS處理油泥最高回收率不足5%，表明YS對(duì)油泥的分油作用不明顯，不能有效打破含油污泥的膠體體系，分離效果較差.YH的分離效果最好，YH對(duì)油泥的乳化狀態(tài)具有一定的破乳作用，但破乳作用有限，最高回收率不足60 %.而YC和YE處理油泥的回收率在40 %以上,YC、YE也具有一定的破乳分油作用.從圖1還可得出，分離劑用量的增加，回收率逐漸增加.這可能是因?yàn)榉蛛x劑用量的增加擴(kuò)散到界面處的分離劑分子也在逐漸增加，油、水、泥三相逐步分離，回收率逐漸增加.但當(dāng)分離劑濃度達(dá)到一定值后，回收率不再增加.可能是由于加入分離劑后，分離劑通過(guò)降低界面的表面張力，從而能夠破壞油泥體系原來(lái)的界面，使泥土表面由原來(lái)的油潤(rùn)濕逐步轉(zhuǎn)變?yōu)樗疂?rùn)濕.當(dāng)界面處分離劑分子趨于飽和，回收率不再增加.

2.1.2 復(fù)配實(shí)驗(yàn) 從分離劑的篩選實(shí)驗(yàn)可知，所選四種分離劑中單劑最高回收率均不足60 %，為了尋求更高的回收率，對(duì)分離劑YH,YC和YE進(jìn)行了復(fù)配.

取含油污泥20 g左右，在固定劑泥比3∶1，攪拌時(shí)間20 min，攪拌溫度25 ℃，攪拌速度1 000 r/min的條件下，對(duì)分離劑YH,YC和YE進(jìn)行正交復(fù)配.正交實(shí)驗(yàn)因素水平表列于表1.

正交實(shí)驗(yàn)選用3因素3水平的L9(33)正交表，以回收率作為實(shí)驗(yàn)指標(biāo).正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果列于表2.

表1 因素水平表

表2 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果

從表2可知，正交實(shí)驗(yàn)中YH的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1 %，YC的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2 %，YE的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5 %時(shí)，回收率最高為81.72 %，由數(shù)據(jù)處理，可得最佳條件為YH的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1 %，YC的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5 %，YE的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5 %.該條件不在正交實(shí)驗(yàn)范圍之內(nèi)，經(jīng)在相同工藝條件下進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，得到回收率為83.2 %，高于正交表中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果.

比較正交表中極差R值，可知此三種分離劑對(duì)回收率指標(biāo)影響的顯著順序?yàn)椋篩C>YE>YH.

2.2 工藝條件對(duì)油泥分離效率的影響

通過(guò)單因素考察攪拌速度、劑泥比、攪拌時(shí)間及溫度對(duì)回收率的影響，以達(dá)到優(yōu)化工藝條件，提高回收率的目的.

2.2.1 攪拌速度對(duì)回收率的影響 取油泥20 g左右，在YH的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1 %，YC的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5 %，YE的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5 %，其余為水的條件下，固定劑泥比3∶1，攪拌時(shí)間20 min，溫度25 ℃，考察不同攪拌速度對(duì)回收率的影響，其結(jié)果如圖2所示.

圖2 不同攪拌速度對(duì)回收率的影響

由圖2可知，隨著攪拌速度的增大，回收率先增加而后逐步減少.其原因可能是：隨著攪拌速度增大，油泥和分離劑混合越來(lái)越均勻，分離劑分子擴(kuò)散到油和水及油和泥界面的量逐步增大.由于界面處分離劑分子的增多，油泥原來(lái)的相界面表面張力減小，油分子逐步從泥相表面開(kāi)始分離，油相的量逐步增多；當(dāng)攪拌強(qiáng)度過(guò)大時(shí)，分離出的油相容易乳化在水相中形成水包油型乳化液，相界面模糊，不利于油水分層，因而使得回收率下降，故較佳的攪拌速度為1 000 r/min.

2.2.2 劑泥比對(duì)回收率的影響 取油泥20 g左右，在YH的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1 %，YC的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5 %，YE的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5 %，其余為水的條件下，攪拌時(shí)間20 min，溫度25 ℃，攪拌速度1 000 r/min，考察不同劑泥比對(duì)回收率的影響，如圖3所示.

圖3 不同劑泥比對(duì)回收率的影響

由圖3可知，在其他條件不變時(shí)，隨著分離劑用量由1∶1增加到3∶1時(shí)，回收率快速增加，當(dāng)回收率大于3∶1后，回收率變化不大，這可能是因?yàn)榉蛛x劑和水的總的用量有關(guān)，隨著劑泥比增加，分離劑和水的量亦增加，油容易從泥表面分離，并上浮在水相之上，回收率增加.當(dāng)分離劑用量高于3∶1時(shí)，界面上的分離劑分子逐漸趨于飽和，因而回收率曲線會(huì)趨于平緩.從實(shí)際成本考慮，劑泥質(zhì)量比以3∶1為宜.

2.2.3 攪拌時(shí)間對(duì)回收率的影響 取油泥20 g左右，在YH的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1 %，YC的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5 %，YE的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5 %，其余為水的條件下，分別固定溫度25 ℃，攪拌速度1 000 r/min，劑泥比3∶1，單獨(dú)改變攪拌時(shí)間，其結(jié)果如圖4.

圖4 不同攪拌時(shí)間對(duì)回收率的影響

由圖4可知，當(dāng)攪拌時(shí)間低于20 min時(shí)，隨時(shí)間增加回收率快速增加.攪拌時(shí)間處于20 min到40 min之間，回收率曲線趨于穩(wěn)定，但攪拌時(shí)間超過(guò)40 min時(shí)，回收率呈下降趨勢(shì).這可能是由于攪拌時(shí)間低于20 min，攪拌時(shí)間過(guò)短，造成分離劑和油泥分散不均，或作用時(shí)間不夠，回收率較低.隨時(shí)間增加，攪拌逐步趨于均勻，回收率呈上升趨勢(shì)，攪拌時(shí)間多于20 min、少于40 min時(shí)，油泥和分離劑的作用趨于平衡，回收率趨于穩(wěn)定.當(dāng)攪拌時(shí)間大于40 min后，隨攪拌時(shí)間增加，使得油和水發(fā)生乳化，形成水包油乳化液，攪拌時(shí)間越長(zhǎng)，乳化液的量會(huì)逐漸增多，造成回收率下降.

2.2.4 攪拌溫度對(duì)回收率的影響 取油泥20 g左右，在YH的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1 %，YC的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%，YE的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5 %，其余為水的條件下，采用攪拌速度1 000 r/min，劑泥質(zhì)量比3∶1，攪拌時(shí)間20 min不變，單獨(dú)改變溫度，結(jié)果如圖5所示.

圖5 不同溫度與回收率的關(guān)系

由圖5可知，在其他條件不變的情況下，溫度低于35 ℃時(shí)，隨溫度增加回收率快速增加.當(dāng)溫度高于35 ℃時(shí)，回收率曲線趨于平緩，其原因可能是：隨溫度增加原油粘度下降，分子運(yùn)動(dòng)加劇，使相界面處油和水及油和泥所形成界面膜的粘度下降，分子排列逐漸松散，使分離劑分子更容易進(jìn)入界面，降低界面處的表面張力，分離作用增加；另外，升高溫度可使油泥表層油更容易脫離固體，從而使分離效率增加，回收率增加.但溫度過(guò)高會(huì)使能耗增加，增加運(yùn)行成本.故較合適的溫度為40 ℃.

綜上所述，較佳的工藝條件為：攪拌速度為1 000 r/min，劑泥質(zhì)量比3∶1，攪拌時(shí)間40 min，溫度為40 ℃.在此條件下，驗(yàn)證得到回收率為86.9 %.

3 結(jié) 語(yǔ)

a.在本實(shí)驗(yàn)條件下，單獨(dú)使用YC、YE、YH和YS處理勝利油田含油污泥時(shí)，回收率依次減少.當(dāng)YH的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1 %時(shí)，回收率為57.9 %，YC的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1 %時(shí)，回收率為44.8 %，YE的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5 %時(shí)，回收率為58.1 %，YS的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1 %時(shí)，回收率為4.8 %.

b.對(duì)YH、YC和YE復(fù)配的分離效果優(yōu)于單劑，最佳的復(fù)配配方為：YH的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1 %，YC的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5 %，YE的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5 %，其余為水.

c.最佳的工藝條件為：攪拌速度為1 000 r/min，劑泥質(zhì)量比3∶1，攪拌時(shí)間40 min，溫度為40 ℃.

d.在最佳條件下，回收率可達(dá)到86.9 %.

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