彭文強，楊帥強，石國芳,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

在石油開采和煉制過程中會產(chǎn)生大量的含油污泥(簡稱油泥)，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]表明含油污泥長期存放在空氣中會對環(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，開發(fā)新的含油污泥處理技術(shù)成為近年來研究的熱點.目前國內(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)法處理工藝簡單、投資成本低，可回收大量原油資源，但化學(xué)法實現(xiàn)資源化、無害化的關(guān)鍵在于高效分離劑的開發(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，因而本實驗通過選用新的分離劑，并復(fù)配提高原油回收率，為開發(fā)新型高效分離劑及進一步研究含油污泥處理技術(shù)的資源化、無害化工業(yè)應(yīng)用提供基礎(chǔ).

1 實驗部分

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，低溫時流動性差，粘稠狀物.其中固體物質(zhì)的質(zhì)量分數(shù)為31.53%，油的質(zhì)量分數(shù)為46.72%，水的質(zhì)量分數(shù)為21.75%.

1.3 實驗方法

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行攪拌.

c.攪拌所規(guī)定的時間后，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，攪拌時間20 min，溫度25 ℃，攪拌速度1 000 r/min進行試驗，所得不同分離劑的質(zhì)量分數(shù)和回收率的關(guān)系如圖1.

圖1 不同分離劑濃度對回收率的影響

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.這可能是因為分離劑用量的增加擴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，分離劑通過降低界面的表面張力，從而能夠破壞油泥體系原來的界面，使泥土表面由原來的油潤濕逐步轉(zhuǎn)變?yōu)樗疂櫇?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)配實驗 從分離劑的篩選實驗可知，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，對分離劑YH,YC和YE進行了復(fù)配.

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

正交實驗選用3因素3水平的L9(33)正交表，以回收率作為實驗指標(biāo).正交實驗結(jié)果列于表2.

表1 因素水平表

表2 正交實驗結(jié)果

從表2可知，正交實驗中YH的質(zhì)量分數(shù)為1 %，YC的質(zhì)量分數(shù)為2 %，YE的質(zhì)量分數(shù)為5 %時，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)量分數(shù)為1 %，YC的質(zhì)量分數(shù)為1.5 %，YE的質(zhì)量分數(shù)為5 %.該條件不在正交實驗范圍之內(nèi)，經(jīng)在相同工藝條件下進行驗證實驗，得到回收率為83.2 %，高于正交表中的實驗結(jié)果.

比較正交表中極差R值，可知此三種分離劑對回收率指標(biāo)影響的顯著順序為：YC>YE>YH.

2.2 工藝條件對油泥分離效率的影響

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

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

圖2 不同攪拌速度對回收率的影響

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越均勻，分離劑分子擴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，油泥原來的相界面表面張力減小，油分子逐步從泥相表面開始分離，油相的量逐步增多；當(dāng)攪拌強度過大時，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 劑泥比對回收率的影響 取油泥20 g左右，在YH的質(zhì)量分數(shù)為1 %，YC的質(zhì)量分數(shù)為1.5 %，YE的質(zhì)量分數(shù)為5 %，其余為水的條件下，攪拌時間20 min，溫度25 ℃，攪拌速度1 000 r/min，考察不同劑泥比對回收率的影響，如圖3所示.

圖3 不同劑泥比對回收率的影響

由圖3可知，在其他條件不變時，隨著分離劑用量由1∶1增加到3∶1時，回收率快速增加，當(dāng)回收率大于3∶1后，回收率變化不大，這可能是因為分離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，界面上的分離劑分子逐漸趨于飽和，因而回收率曲線會趨于平緩.從實際成本考慮，劑泥質(zhì)量比以3∶1為宜.

2.2.3 攪拌時間對回收率的影響 取油泥20 g左右，在YH的質(zhì)量分數(shù)為1 %，YC的質(zhì)量分數(shù)為1.5 %，YE的質(zhì)量分數(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，單獨改變攪拌時間，其結(jié)果如圖4.

圖4 不同攪拌時間對回收率的影響

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

2.2.4 攪拌溫度對回收率的影響 取油泥20 g左右，在YH的質(zhì)量分數(shù)為1 %，YC的質(zhì)量分數(shù)為1.5%，YE的質(zhì)量分數(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，攪拌時間20 min不變，單獨改變溫度，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，隨溫度增加回收率快速增加.當(dāng)溫度高于35 ℃時，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，分子運動加劇，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.但溫度過高會使能耗增加，增加運行成本.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，攪拌時間40 min，溫度為40 ℃.在此條件下，驗證得到回收率為86.9 %.

3 結(jié) 語

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

b.對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)量分數(shù)為1 %，YC的質(zhì)量分數(shù)為1.5 %，YE的質(zhì)量分數(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，攪拌時間40 min，溫度為40 ℃.

d.在最佳條件下，回收率可達到86.9 %.

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