閻 松, 邵魯華， 蔡凌云， 郭 鐵， 蘇振生

(1.遼寧石油化工大學(xué)，遼寧撫順 113001；2.中國石油撫順石化分公司石油三廠，遼寧撫順 113004)

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油田脫油油泥離心處理的研究

閻 松1, 邵魯華1， 蔡凌云1， 郭 鐵1， 蘇振生2

(1.遼寧石油化工大學(xué)，遼寧撫順 113001；2.中國石油撫順石化分公司石油三廠，遼寧撫順 113004)

采用藥劑法對除油后的罐底泥泥渣與浮渣油泥進(jìn)行離心處理，以脫水率為指標(biāo)，確定達(dá)到最佳分離效果時(shí)的操作條件。結(jié)果表明，離心轉(zhuǎn)速為3 000 r/min，離心時(shí)間為20 min，離心助劑加入體積為10 mL，離心前攪拌時(shí)間為9 min，處理量為4 g，藥劑法處理后的泥渣與浮渣油泥的最佳質(zhì)量比為4∶1，在此最佳工藝條件下，脫水率可達(dá)92.17%。另外，研究表明離心前的預(yù)處理(攪拌)有助于提高油泥的脫水率。

含油污泥； 罐底泥； 浮渣泥； 離心； 脫水率

石化行業(yè)的原油儲罐，每隔5年左右需清罐一次，即使經(jīng)過二次蒸罐拔油處理，底層含油污泥的量至少仍占其儲存容量的1%以上，再加上浮渣泥與落地泥，數(shù)量十分可觀，而這種污泥中含有大量的苯系物、酚類等惡臭有毒物質(zhì)，不能直接排放，處理不當(dāng)還會造成二次污染[1-2]。因?yàn)槠渚薮蟮奈：Γ?0世紀(jì)90年代以后，一些發(fā)達(dá)國家除了對含油污泥實(shí)行嚴(yán)格的法規(guī)，還深入研究了其處理處置技術(shù)。總體來講，含油污泥的生物處理技術(shù)處理周期長，工藝條件苛刻，物化處理技術(shù)簡單，國內(nèi)外學(xué)者研究較多，目前各油田對含油污泥初步處理采用藥劑法較多[3]。藥劑法能回收油泥中的油，但藥劑法處理后含水率高的油泥已成為該方法的遺留問題[4-5]。本實(shí)驗(yàn)主要研究藥劑法除油后的罐底泥泥渣與浮渣油泥混合，離心處理制成泥餅的優(yōu)化條件，以脫水率為指標(biāo)，確定達(dá)到最佳分離效果時(shí)的操作條件。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)原料及試劑

實(shí)驗(yàn)原料：某油田罐底泥和該油田污水處理廠的浮渣油泥，采樣時(shí)間2012年8月和2013年4月，油泥理化性質(zhì)如表1所示。

表1 某油田罐底泥和浮渣油泥

實(shí)驗(yàn)試劑：十二烷基苯磺酸鈉，分析純，撫順洗化廠；碳酸鈉，分析純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；聚丙烯酰胺，北京環(huán)保公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，鄭州長城科工貿(mào)有限公司；電子天平，德國賽多利斯艾科勒集團(tuán)公司；恒溫水浴鍋，上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；離心機(jī)，上海利鑫堅(jiān)離心機(jī)有限公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)步驟

預(yù)處理是將罐底泥用復(fù)配化學(xué)藥劑進(jìn)行處理，靜止分層回收浮油，得到處理后的泥渣與含有藥劑的廢水。具體方法如下：按照配方向罐底泥中依次投加十二烷基苯磺酸鈉(4 g/L)，碳酸鈉(1 g/L)，聚丙烯酰胺(30 mg/L)，其中藥劑體積比為1∶2∶1，藥劑與污泥液固質(zhì)量比為6∶1。50 ℃水浴條件下，攪拌20 min，自然靜置分層，除浮油，得到處理后的罐底泥的泥層(泥渣)與廢水層(離心助劑)。以罐底泥的泥渣為實(shí)驗(yàn)對象。

將泥渣摻入一定量的浮渣油泥，適當(dāng)攪拌后，離心處理，處理后的水可作為油田回注水，殘?jiān)捎糜谥泼骸ｋx心處理中考察以下影響因素[6]：離心時(shí)間、離心速度、泥渣和浮渣油泥質(zhì)量比、處理量和離心助劑用量。其中，離心助劑為化學(xué)藥劑法處理后的含有藥劑的廢水(廢水中含有十二烷基苯磺酸鈉、碳酸鈉、聚丙烯酰胺)，加入離心助劑目的是加速含油污泥的破乳分層[7-8]。其中，含水率的測定方法如下：(1)取小坩堝若干個(gè)，放入溫度為105 ℃的烘箱中，烘干1 h后取出，放入干燥器中降至室溫稱重(ma)。(2)分別稱取5 g左右處理后的泥渣或浮渣泥(mb)放入小坩堝中，放入105 ℃的烘箱中，烘干4 h后取出，放入干燥器中降至室溫后稱重(mc)。

計(jì)算含油污泥的含水率公式如下：

(1)

式中，ma為坩堝質(zhì)量，g；mb為未處理污泥樣品質(zhì)量，g；mc為烘干后污泥樣品和坩堝質(zhì)量，g。

混合泥脫水率ξ計(jì)算公式如下：

(2)

式中，m0為坩堝質(zhì)量，g；m1為處理后的泥渣質(zhì)量，g；m2為浮渣泥質(zhì)量，g；m3為離心后混合泥與坩堝總質(zhì)量，g；W1為處理后的泥渣含水率，%；W2為浮渣泥含水率，%。

具體實(shí)驗(yàn)流程如圖1所示。

圖1 離心處理流程圖

Fig.1 Centrifugal process flow chart

2 結(jié)果與討論

2.1 離心時(shí)間的考察

浮渣油泥和處理過的含油污泥泥渣各稱取 2.5 g，混合后加入5 mL離心助劑，為使離心助劑和含油污泥混合充分，連續(xù)攪拌5 min后，倒入離心管中，離心轉(zhuǎn)速 3 500 r/min，污泥離心時(shí)間分別為10、15、20、25、30 min，在不同的離心時(shí)間下處理含油污泥，做出離心時(shí)間-脫水率曲線，分析得出最佳離心時(shí)間，結(jié)果見圖2。調(diào)質(zhì)-離心技術(shù)能夠提高含油污泥的脫水率，這是因?yàn)槲勰囝w粒上的水滴的附著力小于其做圓周運(yùn)動的向心力，離心因此起到了泥水分離的作用。一般來說，離心時(shí)間越長，油、水、泥三相在離心力的作用下分離的越充分，如圖2所示，離心時(shí)間從10 min延長到20 min，脫水率從50.72%增加到78.00%，離心時(shí)間為20 min 時(shí)脫水量達(dá)到峰值(脫水率78.00%)，達(dá)到峰值后脫水率隨離心時(shí)間延長增加并不明顯[9]。因此，最佳離心時(shí)間為20 min。

圖2 離心時(shí)間對混合泥脫水率的影響

Fig.2 The impact of time of centrifugation on mixed mud dehydration rate

2.2 離心轉(zhuǎn)速的考察

設(shè)定離心轉(zhuǎn)速分別為2 000、2 500、3 000、3 500、4 000 r/min，在不同轉(zhuǎn)速下處理含油污泥，結(jié)果見圖3。由圖3可知，離心轉(zhuǎn)速由2 000 r/min增加到3 000 r/min時(shí)，脫水率從49.86%增加到83.33%，根據(jù)Stock公式，即v=ω2×r(ρs-ρw)d2/(18μ)，當(dāng)離心速度(ε=ω2×r)增大時(shí)沉降速度v也隨之增加，從而使分離效果增強(qiáng)。隨離心速度增加，脫水率達(dá)到最大值后基本保持不變。綜合考慮，某油田污泥在實(shí)驗(yàn)室小試時(shí)，最佳離心轉(zhuǎn)速為3 000 r/min。

圖3 離心轉(zhuǎn)速對混合泥脫水率的影響

Fig.3 The impact of centrifugal speed on mixed mud dehydration rate

2.3 離心助劑加入量的考察

對兩次取樣的某油泥進(jìn)行測定，密度分別為0.75 g/cm3和1.2 g/cm3，自然狀態(tài)下的含油污泥狀態(tài)穩(wěn)定, 類似于膠體物質(zhì)。藥劑法處理時(shí)油泥中加入的復(fù)配藥劑中含有絮凝劑，離心分離出來的水層就含有絮凝劑，實(shí)驗(yàn)將其作為分離的助劑加入離心油泥中，目的是促進(jìn)油泥絮凝固體的形成，利于離心分離，同時(shí)可以節(jié)約藥劑用量。離心助劑的加入體積分別為4、6、8、10、12 mL，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖4。

圖4 離心助劑加入量對混合泥脫水率的影響

Fig.4 The impact of the reagent water quantity on mixed mud dehydration rate

由圖4可知，離心助劑加入量從4 mL增加到8 mL時(shí)，脫水率從46.42% 增加到86.04%，這是因?yàn)椋x心助劑量增加，對污泥顆粒的絮凝作用增強(qiáng)，污泥顆粒粒徑增大。根據(jù)Stock公式，即：v=ω2×r(ρs-ρw)d2/(18μ)，可知污泥顆粒粒徑增大，沉降分離效果提高。離心助劑加入體積由8 mL增加到12 mL，脫水率的增加幅度在2%～3%，考慮到投入離心助劑量的增加同時(shí)增加能耗，因此，最佳離心助劑加入量為10 mL。

2.4 前處理對離心的影響

離心前的攪拌處理屬于調(diào)質(zhì)[10]，在不同的攪拌時(shí)間3、5、7、9、11 min時(shí)，測定含油污泥脫水率，作出攪拌時(shí)間-脫水率曲線，結(jié)果見圖5。由圖5可知，攪拌前處理能夠提高含油污泥的脫水率，攪拌3 min時(shí)，含油污泥脫水率僅為40.52%，攪拌時(shí)間延長到5 min以上，脫水率能提高30%～40%，而且離心前處理攪拌時(shí)間越長，攪拌越充分，藥劑與油泥接觸越徹底，污泥顆粒的絮凝作用越強(qiáng)，從而使污泥顆粒粒徑增大。另外，攪拌可以加速含油污泥表面泥沙的脫落，有利于油滴從含油污泥中分離，實(shí)驗(yàn)證明含油率為10.08%的罐底油泥和浮渣油泥經(jīng)離心處理后含油率為5.24%。綜合考慮，離心前的攪拌處理時(shí)間為9 min。

圖5 攪拌時(shí)間對混合泥脫水率的影響

Fig.5 The impact of stirring time on mixed mud dehydration rate

2.5 處理量的考察

浮渣泥和處理過的含油污泥泥渣按質(zhì)量比1∶1混合，然后分別取2、4、6、8、10 g混合后的污泥處理，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖6。由圖6可知，對于小型實(shí)驗(yàn)用的離心機(jī)(分離因數(shù)1 960)來說，處理量在2～4 g時(shí)，脫水率在88.11%～87.54%；但當(dāng)處理量由4 g增加到10 g，脫水率迅速降低至49.93%。由此可見，進(jìn)行工程試驗(yàn)時(shí)，為了獲得較好的脫水效果，需要進(jìn)行處理能力的考察。另外，離心機(jī)的處理量增大也會增加電力消耗。綜合考慮，對應(yīng)小型實(shí)驗(yàn)用的離心機(jī)來說，處理量選為4 g。

圖6 處理量對混合泥脫水率的影響

Fig.6 The impact of handling capacity on mixed mud dehydration rate

2.6 泥渣與浮渣泥配比對脫水率的影響

處理后油泥與浮渣泥不同質(zhì)量比的脫水率結(jié)果見圖7。

圖7 處理后泥渣與浮渣泥的配比對混合泥脫水率的影響

Fig.7 The impact of ratio of sludge processed and mud scum on mixed mud dehydration rate

由圖7可知，加入離心助劑處理后隨泥渣的比例增加，脫水率隨之增加，這是因?yàn)樘幚砗竽嘣羞€

有一定量的藥劑。實(shí)驗(yàn)不考察浮渣泥的脫油率，因?yàn)橄鄬薜啄鄟碚f，浮渣泥含油率較低，脫水后的污泥將制作型煤，留有一定量的油可以提高煤的熱值。因此，綜合考慮，藥劑法處理后的泥渣與浮渣泥質(zhì)量比為4∶1，此時(shí)脫水率達(dá)到92.17%。

3 結(jié)論

處理后的罐底泥泥渣含水率86.84%，浮渣泥含水率52.37%。將處理后的罐底泥泥渣摻入一定量的浮渣泥，離心助劑采用藥劑法分離出來的上層液，適當(dāng)進(jìn)行攪拌后，離心處理，離心最佳工藝條件：加入離心助劑量為10 mL，預(yù)處理攪拌時(shí)間為9 min，離心處理量為4 g，罐底泥處理后泥渣與浮渣泥質(zhì)量比為4∶1，離心時(shí)間為20 min，離心轉(zhuǎn)速為3 000 r/min。在此最佳工藝條件下，脫水率可達(dá)92.17%。

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(編輯 宋官龍)

Centrifugal Treatment of De-Oiled Sludge of Oilfield

Yan Song1, Shao Luhua1, Cai Lingyun1, Guo Tie1, Su Zhensheng2

(1.LiaoningShihuaUniversity,FushunLiaoning113001,China; 2.RefineryNo.3,PetroChinaFushunPetrochemicalCompany,FushunLiaoning113004,China)

The treatment conditions of centrifugal de-oiled sludge are investigated. As a result, the optimum operation conditions are obtained. The dehydration rate can reach 92.17% when de-oiled sludge are first stirred for 9 min before centrifugation, then centrifuged at 3 000 r/min centrifugal for 20 min speed, under conditions of 10 mL centrifugal additive, 4 g handling capacity and 4∶1 of the de-oiled sludge and scum mud. In addition, it is demonstrated that stirring before centrifuging is helpful to improve the dehydration rate of oily sludge.

Oily sludge; Tank bottom sludge; Scum mud; Centrifugation; Dehydration rate

1006-396X(2015)04-0027-04

2014-11-17

2015-03-17

國家自然科學(xué)基金青年基金資助項(xiàng)目“油田脫油油泥離心處理的研究”(20903054)；遼寧石油化工大學(xué)2012年大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃立項(xiàng)項(xiàng)目(2012019)。

閻松(1978-)，男，碩士，實(shí)驗(yàn)師，從事綠色化學(xué)與催化研究；E-mail:yansong5859@sina.com。

TE992.4； X74

A

10.3969/j.issn.1006-396X.2015.04.006