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        某海上平臺(tái)含油污泥的物性分析

        2022-06-20 14:23:36劉超
        天津化工 2022年3期
        關(guān)鍵詞:分析

        劉超

        (山東濱化東瑞化工有限責(zé)任公司,山東濱州 256600)

        1 含油污泥簡(jiǎn)介

        1.1 發(fā)展?fàn)顩r

        近年來(lái),隨著石油工業(yè)的不斷發(fā)展,非常規(guī)油氣田的開(kāi)發(fā)力度不斷加大,導(dǎo)致高粘、有毒、酸性含油污泥產(chǎn)量增加。 原油的組成主要包括:脂肪烴、芳香烴、瀝青質(zhì)、樹(shù)脂等,其中苯、二甲苯、環(huán)烷烴、多環(huán)芳烴和其他揮發(fā)性難降解有機(jī)化合物相對(duì)常見(jiàn), 這也是為什么含油污泥是高粘度、有毒和酸性的原因之一[1]。 由于含油污泥中含有大量的重金屬、雜原子化合物、多環(huán)芳烴等有毒有害污染物,其對(duì)人畜健康和周圍生態(tài)環(huán)境的危害不容忽視。 含油污泥體積龐大,若不加以處理直接排放,將會(huì)對(duì)生產(chǎn)區(qū)域和周邊環(huán)境造成不同程度的影響。 由于油田類型、土壤組成和儲(chǔ)存條件的不同,來(lái)自不同來(lái)源的含油污泥的物理化學(xué)性質(zhì)也不同[2],含油污泥的性質(zhì)和組成變化范圍很大,受采樣時(shí)間、地點(diǎn)等多種因素的綜合影響,即使是同一種含油污泥,其性質(zhì)也會(huì)有較大幅度的波動(dòng),含油污泥的無(wú)害化、資源化回收和減量化處理,是現(xiàn)在石油行業(yè)的主要問(wèn)題之一。

        1.1 處理方法

        1)傳統(tǒng)方法:傳統(tǒng)的含油污泥處置和處理方法,如填埋、焚燒、固化和生物降解,然而,這些技術(shù)總是或多或少地存在缺陷, 都存在效率低、成本高、資源浪費(fèi)和環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)高等缺點(diǎn)。 2)溶劑萃?。簩⒑臀勰嗯c萃取溶劑按一定比例完全混合,去除混合物中的固體顆粒、水和其他雜質(zhì)、蒸餾混合物,從萃取劑中分離回收污泥中原油的技術(shù)。 3)超聲波法:利用超聲波改變含油污泥的物理性質(zhì)和狀態(tài)。 聲輻射引起的空化效應(yīng)和機(jī)械振動(dòng)會(huì)剝離原來(lái)附著在固體顆粒表面的原油液滴,在超聲波的連續(xù)作用下,油水乳狀液的粘度不斷降低, 乳狀液混合物中的小液滴加速運(yùn)動(dòng)、碰撞和合并。 從而減少固體顆粒表面的原油數(shù)量。 4)表面活性劑法:基于化學(xué)清洗的原理,利用表面活性劑的親水基團(tuán)和油混合物的水相溶液來(lái)提高石油烴的溶解度。 5)凍融法:指隨著溫度的不斷降低,含油污泥中的較低凝點(diǎn)的水相或油相(由于不同地區(qū)含油污泥中石油碳?xì)浠衔锏慕M成不同, 各種碳?xì)浠衔锏哪厅c(diǎn)也不同)被凍結(jié),其體積會(huì)膨脹,在隨后的解凍過(guò)程中,由于重力和表面張力的雙重作用, 油相和水相逐漸分層,最終實(shí)現(xiàn)原油的回收。 6)催化熱解:普通熱解主要采用電爐加熱方式,不添加添加劑,直接熱解含油污泥回收油。 而催化熱解是在普通熱解的基礎(chǔ)上,增加催化劑的使用,來(lái)達(dá)到增加原油回收率的目的。 7)超臨界氧化:指使用超臨界流體氧化來(lái)處理含油污泥,以降低分離后回收的污泥中油相的粘度和重組份的含量。 8)電脫法:在電滲壓力下, 使離子或帶電粒子遷移到相應(yīng)的電極, 即電流產(chǎn)生的電場(chǎng)打破聚集狀態(tài)的含油污泥,迫使固體顆粒在電泳的作用下緩慢遷移到陽(yáng)極,在電滲壓的作用下,分離出來(lái)的固體顆粒發(fā)生碰撞和聚集,逐漸形成沉淀;而油和水遷移到陰極,由于分子作用力和靜電力的作用,油滴和水滴在此處合并,實(shí)現(xiàn)油的回收目標(biāo)。

        1.2 研究目的

        海洋石油工業(yè)是我國(guó)石油產(chǎn)量的重要來(lái)源之一,而海上油田平臺(tái)空間有限,無(wú)法引入大型處理設(shè)備,很多處理方法也很難在平臺(tái)上得到應(yīng)用,因此加大了含油污泥的處理難度。 且根據(jù)海上油田的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)來(lái)看,含油污泥在石油生產(chǎn)流程中會(huì)包覆在電脫上, 造成電脫無(wú)法正常工作,必須及時(shí)處理,因此確定含油污泥理化特性參數(shù)就顯得非常重要[3~7]。 本研究就是針對(duì)海上平臺(tái)采出液處理過(guò)程中所形成的含油污泥理化特性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析,確定其組成,為后續(xù)無(wú)害化處理提供參考數(shù)據(jù)。

        2 實(shí)驗(yàn)

        2.1 試劑與儀器

        試劑:石油醚、甲苯(分析純),均為北方化學(xué)試劑有限公司生產(chǎn);氯仿、正己烷、甲苯、無(wú)水乙醇(分析純)、丙酮和二氯甲烷,均為天津化學(xué)試劑有限公司生產(chǎn)。

        主要儀器:紅外光譜儀,北京布魯克科技有限公司;Vario Micro cube 元素分析儀, 德國(guó)Elementar;X 射線熒光光譜儀,日本RigaKu。

        2.2 含油污泥樣品

        取自某海上油田的含油污泥樣品,樣品總量為5L。 樣品外觀顯示為樣品分層,上層部分約占2/3,表現(xiàn)為黑色粘稠油狀物質(zhì)(以下簡(jiǎn)稱為“油份”)。 下層的部分約占1/3,為灰褐色粘稠物(以下簡(jiǎn)稱為“泥份”)。

        2.3 分析方法

        對(duì)含油污泥的含水量,揮發(fā)性固體含量和灰分含量進(jìn)行測(cè)定,方法如下:

        2.3.1 含水量檢測(cè)方法 依據(jù)LY/T1213-1999《森林土壤含水量的測(cè)定》分析樣品含水率。 公式為:

        式中:W-污泥樣品質(zhì)量,g;

        W1-蒸發(fā)皿質(zhì)量,g;

        W2-烘干后污泥樣品與蒸發(fā)皿質(zhì)量之和,g。

        2.3.2 揮發(fā)性固體和灰分檢測(cè)方法 依據(jù)GB/T 7702.15-2008 《煤質(zhì)顆?;钚蕴吭囼?yàn)方法灰分的測(cè)定》測(cè)定樣品中揮發(fā)性固體和灰分。

        灰分含量計(jì)算公式為:

        式中:S1-干燥污泥質(zhì)量,g;

        S2-灼燒后灰分的質(zhì)量,g。

        揮發(fā)性固體含量計(jì)算公式為:

        式中:S1-干燥污泥質(zhì)量,g;

        S2-灼燒后灰分的質(zhì)量,g。

        3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

        3.1 油泥分析

        取適量的樣品上層“油份”于試管中,加入石油醚溶解,實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示“油份”可以充分的和石油醚進(jìn)行混溶, 僅有極少量的沉淀物在管底;另取一份“油份”于試管加水溶解,結(jié)果顯示水不溶,根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象結(jié)合樣品外觀初步判斷其主體組份為較純的原油。

        取適量的樣品下層“泥份”,試驗(yàn)顯示難溶于石油醚和甲苯,且溶后分層,試管上層石油醚或甲苯表現(xiàn)均為略帶褐色的透明液體,下層表現(xiàn)為灰褐色抱團(tuán)粘稠物;而“泥份”在與水和乙醇混溶后成為均相的灰褐色懸濁液。

        在海上平臺(tái)進(jìn)行作業(yè)過(guò)程中, 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)反饋情況,影響電脫等工藝正常運(yùn)轉(zhuǎn)的主要為下層“泥份”。 因此,以下分析主要針對(duì)該成份物質(zhì)進(jìn)行。

        由2.3 中的分析方法對(duì)“泥份” 樣品的含水量、有機(jī)物等進(jìn)行分析,結(jié)果見(jiàn)表1。

        表1 油泥樣品基本參數(shù)

        3.2 元素、紅外光譜分析

        “油份”——經(jīng)過(guò)離心后取上層油樣送元素分析儀和紅外光譜儀分析;

        “泥份”——依次以石油醚和甲苯(每次各自與“泥份”體積比1∶1)對(duì)“泥份”洗滌各兩遍后,再以飽和鹽水充分洗滌、加熱處理后,烘干送樣分析。

        對(duì)油份和泥份樣品分析的結(jié)果見(jiàn)表2、 圖1和圖2。

        表2 油泥樣品元素分析

        圖1 “油份”紅外譜圖

        圖2 “泥份”紅外譜圖

        從元素分析表2 看:含油污泥中N 和S 元素的含量均比較低,“油份”中C、H 元素總含量占比為96.68%,“泥份”中C、H 元素總量占比79.87%,故含油污泥確定其主要為碳?xì)浠衔铩?從紅外譜圖圖1、圖2 可見(jiàn):“泥份”除了在2923、1459cm-1處具有長(zhǎng)鏈的脂肪烴類物質(zhì),還在1108cm-1處顯示具有強(qiáng)的醚鍵、3517cm-1處的羥基、 以及在1375、1626cm-1處弱的酰胺官能團(tuán),由此可判斷泥份中應(yīng)含有聚醚類和部分水解聚丙烯酰胺類物質(zhì)。

        3.3 無(wú)機(jī)物組分分析

        將“泥份”經(jīng)過(guò)同樣的石油醚和甲苯,再由飽和鹽水洗滌的操作后,先經(jīng)過(guò)105℃烘干水份,然后經(jīng)過(guò)550℃去除有機(jī)物的處理后, 取釜?dú)埼镞M(jìn)行XRF 分析,結(jié)果見(jiàn)表3。

        由表3 中XRF 檢測(cè)的SQX 計(jì)算結(jié)果可見(jiàn):占“泥份”含量為4.62%的無(wú)機(jī)物,其主要成分為鈣、鎂、鋁、鐵的硅酸鹽和硫酸鹽。

        表3 油泥樣品XRF

        4 結(jié)論

        由以上各種檢測(cè)結(jié)果可對(duì)海上某平臺(tái)油泥樣品的“泥份”做出以下結(jié)論:

        所提供的油田油泥樣品中的“泥份”組成為:主要為聚醚類、有少量聚丙烯酰胺類物質(zhì),少量瀝青質(zhì)、膠質(zhì)類物質(zhì),同時(shí)夾帶少量地層膨潤(rùn)土類物質(zhì)。

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