油田污泥热解处理方法_臧芳.pdf

-103-CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Apr.2023中国科技信息 2023 年第 8 期三星推荐改革开放以来，我国经济保持持续高速增长，各工业部门对于石油的需求量不断增加。为了满足工业生产和人民生活的需要，我国的石油开采规模也不断扩大，从而附带产生了大量的油田污泥。油田污泥是石油开采过程中产生的废弃物，可能出现在开采环节、运输环节和精炼环节。油田污泥因为含有油、重金属、挥发物等杂志，具有较大的污染性和危害性。因此，必须对油田污泥进行妥善处理实现其无害化。从目前的油田污泥无害化处理技术来看，热降解技术是最为常用也最为有效的手段。本文中以油田污泥的无害化处理为背景开展研究工作，在对油田污泥进行充分的特征分析之后，建立热降解无害化处理的流程和方法，并通过实验观察其处理效果。油田污泥特征分析为了实现油田污泥的无害化处理，首先要分析油田污泥的成分构成和特征特点，从而采取更有针对性的处理方法。不同油田的污泥，含有的有害成分也不相同。因此，这里采用多样本比较的方法进行油田污泥的特征分析。油田污泥特征分析的设备因为油田污泥中含有多种成分，如水、油、重金属、挥发物等。加之油田污泥特征分析流程包括多个具体的操作环节，油田污泥特征分析中就需要使用到多种设备和仪器。本文中，使用的主要仪器及用途如表 1 所示。从表 1 中可以看出，本文对于油田污泥的特征分析过程，一共用到了 10 大类测量分析设备，不同的设备具有不同的用途并承担不同的任务。其中，红外分光光度仪如图 1 所示，旋转蒸发仪如图 2 所示。油田污泥中含水率的测量和分析水是油田污泥中的重要含有物，它的比率高低也影响到其它成分的含有率。因此，对油田污泥含水率的测量具有重要意义。油田污泥含水率的测量过程如下：首先，用电子天平称量一定质量的污泥样本，这个质量的大小与具体的分析任务有关；其次，将称量好的污泥样本放置到圆底烧瓶中，并加入石油醚，石油醚的加入量应达到整个烧瓶内容积的三分之二；再次，在烧瓶内放入四颗到五颗的玻璃球，避免加热过程中出现暴沸的现象；再次，在冷凝管的上端进行防湿气处理，主要手段是在冷凝管中塞入棉花；再次，从冷凝管底部行业曲线开放度创新度生态度互交度持续度可替代度影响力可实现度行业关联度真实度油田污泥热解处理方法臧 芳 路学喜臧 芳1 路学喜21.欣晧创展信息技术有限公司2.大庆百世环保科技开发有限公司臧芳（1979），女，黑龙江鸡西，本科，高级工程师。中国科技信息 2023 年第 8 期CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Apr.2023-104-三星推荐是百分数；V表示蒸馏水收集装置中最后得到的蒸馏水的体积，单位是 ml；表示水的密度，单位是 1g/cm3；m表示油田污泥样本的总体质量，单位是 g。油田污泥中含水率的测量和分析油田污泥中另一个含杂的主要成分是油，对于污泥中含油率的测量，一般采用红外分光光度仪完成测量，即表 1 中的第 2 类设备。油田污泥的含油率测量过程如下：首先，采用电子天平称量一定重量的污泥样本，一般可以取 5.0g。其次，将污泥样本放到 100ml 大小的污泥中，并进行酸化处理，这里的酸化处理一般要加入 0.3ml 的盐酸，通过加入这个数量的盐酸，可以将污泥样本的 pH 酸碱度调整到 2 左右。再次，观察酸化后的油田污泥样本的黏度，并根据这个黏度加入无水硫酸钠，其目的是可以将油田污泥调制到糊状。再次，将糊状的酸化污泥样本放置在四氯化碳中浸泡，再将浸泡后的污泥样本进行晾干处理，晾干过程中，污泥样本会固化在晾干所用的滤纸中。再次，用石英棉对装有污泥固化样本的滤纸进行防泄露处理，并将其放置到提取套筒内。再次，将装有污泥样本的提取套筒放置在烧瓶中，再将 80 毫升的四氯化碳溶液也放置到烧瓶中一起加热萃取，为了防止暴沸可以加入四颗到五颗的玻璃珠。整个回流过程要持续 4 个小时左右，每一次回流时间要不低于 20min、不超过 25min。最后，当装有污泥样本的套筒内液体的颜色基本透明以后，停止萃取并将萃取液转移到容量瓶内，此时可以通过红外分光光度仪进行测量，借助分光仪的吸光率可以计算出油田污泥样本中的含油率。油田污泥样本含油率的计算公式，如（2）所示：%100)1(10001000=fmV （2）这里，表示最终测得的油田污泥中的含油率，其单位是百分数；表示根据红外分光光度仪测出的浓度，单位是1mg/L；V表示萃取收集装置中最后得到的液体的体积，单位是 nL；m表示用电子天平采集到的油田污泥的样本质量，单位是 g；f表示的是油田污泥样本的含水量数值，是一个介于 01 之间的小数，它在此处的计算如公式（3）所示：3123)(mmmmf=（3）这里，m1表示整个提取过程中使用的烧杯的质量，单位是 g；m2表示萃取过程执行后烧杯与污泥样本叠加在一起的图 2 旋转蒸发仪图 1 红外分光光度仪表 1 油田污泥特征分析的主要设备设备类别设备名称设备用途第 1 类特征分析设备电热鼓风干燥箱用于对油田污泥进行吹风加热等干燥处理第 2 类特征分析设备红外分光光度仪用于对油田污泥中的含油比率进行测量第 3 类特征分析设备紫外分光光度仪用于对油田污泥中各成分比率进行紫外测量第 4 类特征分析设备气相色谱质谱仪用于对油田污泥的品相色谱质谱进行测量第 5 类特征分析设备加速溶剂萃取仪用于提取油田污泥样本溶解的快速溶剂第 6 类特征分析设备旋转蒸发仪用于对油田污泥进行旋转均匀加热处理第 7 类特征分析设备全自动浓缩仪用于对油田污泥样本和提取物进行浓缩处理第 8 类特征分析设备电热升温水浴锅用于对油田污泥样本和提取物进行水浴加热第 9 类特征分析设备电子天平用于对油田污泥样本和提取物进行称重测量第 10 类特征分析设备固相萃取装置用于对油田污泥中固相成分进行提取进行供水保证整个系统的循环，同时对整个装置进行加热，加热过程中不断调整加热温度，合理的加热温度应该保证冷凝管滴液速度介于每秒钟 29 滴；再次，当蒸馏水接收装置中的水分保持恒定并不再增加时，停止加热过程，测量蒸馏装置中的水分。至此，可以根据测量结果计算出油田污泥中的含水率，如公式（1）所示：%100=mV （1）这里，表示最终测得的油田污泥中的含水率，其单位-105-CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Apr.2023中国科技信息 2023 年第 8 期三星推荐质量，单位是 g；m3表示萃取过程执行前烧杯与污泥样本叠加在一起的质量，单位是 g。按照上述方法，分别选取了三组油田污泥样本，这些样本选择自不同的条件。其中，第一组油田污泥样本是因为管线破损导致下方土质被污染形成的污泥；第二组油田污泥样本是直接采集自油田的污泥渣场；第三组油田污泥样本是油液储罐底部附着的污泥样本。分别按照上面给出的含水率测量方法和含油率测量方法，得到三组油田污泥样本的含水率和含油率，如表 2 所示。表 2 三组油田污泥样本的含水率和含油率样本组别含水率含油率第一组油田污泥样本33.29%51.68%第二组油田污泥样本21.98%14.52%第三组油田污泥样本10.22%9.01%从表 2 中可以看出，第一组油田污泥样本无论是含水率还是含油率都比较高，而第三组油田污泥样本的含水率和含油率都比较低。油田污泥热解处理方法及实验对于油田污泥的无害化处理，通过加热促使其中具有较大污染性并且占比较高的油液分解，是一种行之有效的方法。在热解处理的整个过程中，不断观察污泥含油率的变化是一种直接的观测手段。本文中，以恒温电热套、烧瓶、冷凝管等组成热解实验系统，将污泥样本放置于烧瓶中，用电热套进行加热，以达到热解的效果。实验过程中，通过观察两个参数的影响来判断油田污泥的热解属性。第一个参数是温度，即不同温度情况下的热解效果。第二个参数是时间，即不同时间长度下的热解效果。首先来观察不同温度情况下，三组油田污泥的热解效果曲线，如图 3 所示。图 3 中，横坐标代表了热解过程中的加热温度，记录了从 300 摄氏度到 600 摄氏度的温度区间，相邻刻度之间相差 50 摄氏度；纵坐标代表了含油率的变化，单位是%，记录了从 1.5%到 4.0%的变化。图中粗实线代表了第一组油田污泥样本随着温度逐渐升高的含油率的变化，粗虚线代表了第二组油田污泥样本随着温度逐渐升高的含油率的变化，粗点划线代表了第三组油田污泥样本随着温度逐渐升高的含油率的变化。从图 3 中可以看出，三组油田污泥样本的含油率，随着热解温度的增加都有了明显的下降。第一组油田污泥样本的含油率，在 500 摄氏度以后，仍有进一步下降。第二组油田污泥样本的含油率，在 500 摄氏度以后的下降幅度有明显减弱。第三组油田污泥样本的含油率，在 500 摄氏度以后基本达到了极限，无法再进一步下降。其次来观察不同热解时间情况下，三组油田污泥的热解效果曲线，如图 4 所示。图 4 中，横坐标代表了热解过程中的加热时间，记录了从 1 小时到 5 小时的时间区间，相邻刻度之间相差 1 小时；纵坐标代表了含油率的变化，单位是%，记录了从 1.5%到图 4 不同热解时间情况下三组油田污泥的热解效果曲线图 3 不同温度情况下三组油田污泥的热解效果曲线4.0%的变化。图中粗实线代表了第一组油田污泥样本随着温度逐渐升高的含油率的变化，粗虚线代表了第二组油田污泥样本随着温度逐渐升高的含油率的变化，粗点划线代表了第三组油田污泥样本随着温度逐渐升高的含油率的变化。从图 4 中可以看出，三组油田污泥样本的含油率，随着热解时间的增加都有了明显的下降。第一组油田污泥样本的含油率，持续下降的趋势比较明显，在加热4小时后趋于平稳。第二组油田污泥样本的含油率、第三组油田污泥样本的含油率，随着加热时间增加的下降趋势比较平缓。结论油田污泥因其含有油液、重金属等物质，对自然环境存在较大危害，必须要采取无害化处理。本文中，首先对油田污泥的特征进行了分析，在明确了测量设备和测量流程后，分别给出了油田污泥中的含水率、含油率的测算公式，进而针对三组油田污泥的样本进行含水率和含油率进行测量并给出了结果。其次，给出了热解无害化处理的方法，并分别比较三组油田污泥样本在不同温度、不同时间下的热解效果。实验结果表明，随着加热温度的不断升高、加热时间的不断延长，油田污泥中的含油率会持续降低，从而达到有害物质降解的目的。