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摘 要： 摘 要：罐底油具有油水乳化嚴(yán)重、油渣相互附著力強(qiáng)、渣顆粒相對比重小等特點，直接進(jìn)行油水渣三相分離獲得原油非常困難。為解決罐底油三相分離的技術(shù)問題，本文采用 Tween-80 破乳劑打破W/O狀態(tài)，再輔以超聲振蕩和適當(dāng)微波加熱措施，使原油與水、無機(jī)固形物之間解吸附
摘 要：罐底油具有油水乳化嚴(yán)重、油渣相互附著力強(qiáng)、渣顆粒相對比重小等特點，直接進(jìn)行油水渣三相分離獲得原油非常困難。為解決罐底油三相分離的技術(shù)問題，本文采用 Tween-80 破乳劑打破“W/O”狀態(tài)，再輔以超聲振蕩和適當(dāng)微波加熱措施，使原油與水、無機(jī)固形物之間解吸附而分離。單因素與正交試驗結(jié)果顯示：以 3%質(zhì)量濃度破乳劑與罐底油體積比為 1∶1、溫度 50 ℃、超聲處理 12 min 后，原油回收率可達(dá)到 98.4%。
關(guān)鍵詞：罐底油;油渣;破乳劑;三相分離
石油供應(yīng)關(guān)系國家能源經(jīng)濟(jì)安全，因此原油倡議儲備倍受國家重視。原油中少量渣(機(jī)械雜質(zhì)、沙粒、泥土、重金屬鹽類以及石蠟和瀝青質(zhì)等重油性組分)，在長時間的儲備過程中，因密度差而自然沉降積累在油罐底部，形成又黑又稠的膠狀物質(zhì)層，使儲罐底部形成油、水、渣顆粒三相混合物，即罐底油，其數(shù)量一般高達(dá)儲罐容量的 1%。每年清理罐底油，不但浪費能源、污染環(huán)境，而且需大量資金。
罐底油樣品，色黑粘稠，乳化嚴(yán)重。粘度隨溫度變化明顯，當(dāng)溫度從 40 ℃升至 55 ℃時其粘度從 9.67×10-2 Pa·S 變?yōu)?1.762×10-2 Pa·S，因此降低粘度、破乳收油是本課題要攻克的主要技術(shù)難題。
目前罐底油處理工藝主要有高溫裂解工藝、機(jī)械脫水工藝、生化處理工藝等，但普遍存在工藝條件嚴(yán)格、步驟繁瑣、原油回收率不高等問題。因此，探索新的油渣分離方法處理罐底油來節(jié)約能源，減少生態(tài)破壞和環(huán)境污染是一個亟待解決的突出問題。本文在綜合國際最新相關(guān)研究資料基礎(chǔ)上，結(jié)合國內(nèi)工程實際情況，以大慶油田罐底油為研究材料，力圖通過實驗研究探索罐底油處理的關(guān)鍵技術(shù)，為實現(xiàn)罐底油無害化處理和資源化利用奠定一定的基礎(chǔ)。
1 材料與方法
1.1 試驗材料
本試驗所用罐底油由大慶南一油庫提供。
1.2 儀器與試劑
SKC-2000 粒度分布儀(日本);CW-2000 型超聲微波協(xié)同萃取儀 (上海新拓微波溶樣測試技術(shù)有限公司，超聲頻率 40 kHZ);SIGMA 1-15 型臺式高速離心機(jī)(美國);紫外可見分光光度計(北京普析通用儀器有限責(zé)任公司);DGG-9140B 型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱(上海森信實驗儀器有限公司)。各種試劑均為國產(chǎn)分析純。
1.3 試驗方法
將罐底油樣品放 入容器中，加入破乳劑 Tween-80，置于超聲微波協(xié)同萃取儀中加熱至指定溫度，恒溫超聲至規(guī)定時 間，于離心機(jī)中 4 000 r·min-1 離心 5 min。收集上層浮油;采用超聲破乳-濁度法測定中間水層中的含油量[1];抽濾底層油渣，于 110 ℃干燥至恒重后，用石油醚萃取濾渣，萃取液于 256 nm 處測定吸光值，方法依據(jù)《水和廢水監(jiān)測分析方法》[2]，計算其中殘留原油含量及原油回收率。具體步驟如下：
(1)分別取 50 mL 罐底油，加熱至 30、35、40、45、 50、55、60、65 ℃，加入 50 mL3%破乳劑 Tween-80 超聲 12 min，以轉(zhuǎn)速 4 000 r·min-1 離心 5 min，考察溫度對分離的影響;
(2)設(shè)定試驗溫度 50 ℃，確定其他條件不變，加入 10 mL (0.5、1、1.5、2、2.5、3、3.5、4%) 破 乳 劑 Tween-80，考察不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)破乳劑對分離效果的影響;
(3)單獨取上述分出的油渣作為研究對象，設(shè)定試驗溫度 50 ℃，破乳劑質(zhì)量濃度 3%，超聲 12 min，考察破乳劑與 油 渣 體 積 比 (0.5 ∶1、1 ∶1、1.5 ∶1、2 ∶1、 2.5∶1、3∶1、3.5∶1、4∶1)對原油回收率的影響;
(4)設(shè)定試驗溫度 50 ℃，破乳劑質(zhì)量濃度 3%，破乳劑與油渣體積比 3∶1，尋找超聲時間的單因素適宜水平;
(5)通過單因素試驗，確定各因素適宜水平，按 L(9 34 )正交試驗方案進(jìn)行分離工藝的多因素正交試驗。
2 結(jié)果與分析
2.1 單因素試驗
2.1.1 操作溫度的影響
操作溫度的影響結(jié)果如圖 1 所示。從圖 1 可以看出，在常溫下罐底油幾乎處于半固體狀態(tài)，不具有流動性，因此無法實現(xiàn)三相分離。即使略高于室溫，原油回收率也非常低。但隨著溫度的升高，罐底油流動性顯著增大，粘度顯著降低，回收率有顯著提高。圖 1 結(jié)果顯示溫度高于 45 ℃時，回收率已達(dá)到 93.5%以上，確定試驗溫度為 45~55 ℃。
2.1.2 不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)破乳劑對原油回收率的影響
不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)破乳劑對原油回收率影響結(jié)果見圖 2。從圖 2 可以看出，隨著破乳劑濃度的增加，破乳效果越來越好，原油回收率越來越高。罐底油中的原油和水形成“W/O”[3]的乳化液，乳化膠團(tuán)包著無機(jī)鹽、礦物質(zhì)等使粘度增大。破乳劑的介入，破壞膠質(zhì)—瀝青質(zhì)分子間的氫鍵，破壞乳化液界面的強(qiáng)度，使乳化膜中的水釋放出來。同時也使粘附在渣表面的油脫落下來，大量的油滴結(jié)合成油膜上浮，水滴相互結(jié)合成大的水滴，并在油和水之間形成界面，達(dá)到破乳收油的作用[4]。本研究當(dāng)破乳劑質(zhì)量濃度達(dá)到 3%時，破乳效果趨于平緩，破乳劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)取 2.5%~3.5%。
2.1.3 破乳劑與油渣體積比的影響
為了減少資金投入(破乳劑、水的用量)及操作費用，只取油渣為研究對象，體積比的影響結(jié)果見圖 3。罐底油中膠質(zhì)、瀝青質(zhì)等重油性組分含量比較高，固體顆粒粒徑小，而且長時間在地層的高壓力下相互作用，其中的基團(tuán)之間發(fā)生氫鍵締合或偶極作用[5]。從圖 2 可以看出破乳劑用量不足還不能將渣表面的油驅(qū)除到理想的程度，圖 3 顯示隨著破乳劑體積比的增大，原油回收率顯著提高。當(dāng)體積比達(dá)到 3∶1 后，回收率提高變化不太顯著，確定體積比為 2.5∶1~3.5∶1。
2.1.4 超聲時間的影響
超聲時間的影響結(jié)果如圖 4。從圖 4 可以看出， 8 min 以后脫油率增加幅度變化不大，確定超聲時間為 8~12 min。在實驗過程當(dāng)中，為了使“油包水”的狀態(tài)充分打破，同時使黏附在渣顆粒上的油能夠更好的脫落下來，在升溫及加入破乳劑的同時進(jìn)行超聲振動，提高原油回收率。超聲操作條件的介入，通過微射流作用、沖擊波損傷及超聲過程空化作用，加速了“油包水”狀態(tài)的打破、渣顆粒表面油的脫落量及脫落速率。
正交試驗方案及結(jié)果見表 2。
由表 2 結(jié)果可知，以原油的回收率作為工藝參數(shù)優(yōu)劣的評價依據(jù)，4 個因素的影響強(qiáng)度順序依次為 D>A>B>C。最優(yōu)的工藝條件為：分離溫度 50 ℃，破乳劑的質(zhì)量濃度為 3%，破乳劑和油渣體積比為 7∶2，此時破乳劑溶液的體積只相當(dāng)于罐底油體積，即破乳劑與罐底油體積比 1∶1，超聲時間為 12 min。在最優(yōu)條件下 5 次重復(fù)實驗，原油回收率均在 98.4%以上。
3 結(jié)論與討論
3.1 罐底油三相分離的最優(yōu)條件為：破乳劑 Tween80 質(zhì)量濃度 3%，與罐底油體積比為 1∶1，分離溫度 50 ℃，超聲處理 12 min，原油回收率可達(dá) 98.4%。
3.2 罐底油三相分離后的中間水層的含油量小于 7.928 mg.L-1，符合《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》中的一級排放標(biāo)準(zhǔn)[2]相關(guān)規(guī)定，可以直接排放。在本試驗中中間水層用于配制破乳劑，既可減少對環(huán)境的污染，降低水體自然循環(huán)的負(fù)擔(dān)，同時也可減少水及破乳劑的投加量，降低處理成本。渣中的含油量低于 7.247× 104 mg·kg-1，盡管高于農(nóng)用污泥排放標(biāo)準(zhǔn)，但含油量比較低，可為進(jìn)一步采用生化全無害處理提供可能性。
3.3 本工藝處理溫度低于文獻(xiàn)報道的 70 ℃[6]，其主要原因在于微波加熱時熱量比較集中且有超聲的協(xié)同作用;超聲微波協(xié)同萃取儀綜合了超聲的空化作用及微波的高能作用，使分離可以在低溫常壓下順利進(jìn)行;液固體積比小于文獻(xiàn)報道[6]值，是基于本試驗處理手段上的改進(jìn)：開始先加入 0.2 體積罐底油的破乳劑，破壞“油包水”的乳化狀態(tài)，油水渣分離后，再以油渣為研究對象，加入破乳劑，進(jìn)一步回收原油，提高原油回收率。且本實驗中用超聲代替氣浮，用微波加熱代替水浴加熱，用 Tween-80 破乳劑代替堿液。——論文作者：王艷紅 1 ，葛文中 1 ，蔡亞平 1 ，張華 1 ，楊元鳳 2 ，楊德武 2
參考文獻(xiàn)：
[1] 黃汗生.用超聲波減少污水中含污量[J].工業(yè)用水與廢水， 2001，32(1)：122.
[2] 國家環(huán)境保護(hù)總局水和廢水監(jiān)測分析方法編委會.水和廢水監(jiān)測分析方法[M].4 版.北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社， 2002.
[3] Ladislav Svarovsky.Advance in Solid-Liquid Separation[J]. Chemical Engineering, 1979, 30:69-78.
[4] 金一中.含油污泥處理技術(shù)進(jìn)展[J].環(huán)境污染與防治， 1998, 20(4)：30-32.
[5] 李凡修.含油污泥脫水性能實驗[J].環(huán)境污染與防治， 2001, 23(3)：105-108.
[6] 李美蓉，孫向東，袁存光.自高含油罐底油泥回收原油的深度處理技術(shù)[J].石油化工高等學(xué)校學(xué)報，2006，19(2)： 30-33.