微乳液法降低含油污泥黏度

楊　潔，劉天璐，宋慧波，毛飛燕，韓　旭，林炳丞，黃群星，池　涌

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微乳液法降低含油污泥黏度

楊潔1，劉天璐1，宋慧波2，毛飛燕1，韓旭1，林炳丞1，黃群星1，池涌1

（1浙江大學(xué)熱能工程研究所，能源清潔利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州 310027；2海正藥業(yè)（杭州）有限公司，浙江 杭州 311404）

摘要：含油污泥黏度高，流動(dòng)性差，是含油污泥中油分回收資源化利用的關(guān)鍵瓶頸?；诤臀勰嗟酿ざ群土髯兲匦?，研究了添加微乳液降低油泥黏度的方法。探討了微乳液添加量、表面活性劑種類(lèi)、表面活性劑復(fù)配對(duì)降黏效果的影響。結(jié)果表明，對(duì)于所研究的煉化含油污泥，微乳液添加量為25%時(shí)，黏度可以降低95%以上，且微乳液可以和油泥均勻混合無(wú)分層。微乳液選用單一的表面活性劑時(shí)，十二烷基苯磺酸鈉（SDBS）的降黏效果最好。當(dāng)烷基酚聚氧乙烯醚（OP-10）和SDBS按2:1的比例復(fù)配且添加量為25%時(shí)，黏度可以降低99%以上，降黏效果要優(yōu)于兩者單獨(dú)使用的效果。

關(guān)鍵詞：含油污泥；黏度；流變模型；微乳液；表面活性劑

引 言

含油污泥是指在石油開(kāi)采、運(yùn)輸、煉制及含油污水處理過(guò)程中產(chǎn)生的含油固體廢棄物，是石油化工工業(yè)的主要污染物之一[1]。含油污泥成分復(fù)雜且含有苯系物、酚類(lèi)、蒽、芘、重金屬等有毒有害物質(zhì)[2]。隨著我國(guó)原油消耗的急劇增加，每年產(chǎn)生的含油污泥將超過(guò)500萬(wàn)噸[3]，如不妥善處理將會(huì)對(duì)周?chē)h(huán)境和人類(lèi)健康造成嚴(yán)重的危害。由于含油污泥的含油率較高，如果能夠?qū)ζ溆头诌M(jìn)行合理的回收利用，不僅具有極高的資源化利用價(jià)值，而且能夠減輕污染，獲得良好的環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益[4]。目前油泥資源化利用的方法主要有化學(xué)方法、物理方法和熱裂解，其中化學(xué)方法包括溶劑萃取和化學(xué)清洗，物理方法包括機(jī)械離心分離、凍融分離、微波破乳分離和超聲破乳分離[5]。研究表明，含油污泥資源化利用效率與其黏度密切相關(guān)，高黏度不利于油泥的輸送以及油相分離過(guò)程中水的聚并和固體顆粒的脫除[6-8]，導(dǎo)致回收的油品品質(zhì)下降。

目前，國(guó)內(nèi)外主要的降黏技術(shù)有加熱降黏、乳化降黏和溶劑降黏等，這些技術(shù)多應(yīng)用于稠油、超稠油和普通污泥的處理[9-11]。關(guān)于油泥的降黏措施和流動(dòng)特性的研究還很少。

微乳液具有超低的界面張力，潤(rùn)濕能力強(qiáng)，乳化、分散和增溶能力強(qiáng)[12]，已被廣泛應(yīng)用于三次采油，也有關(guān)于微乳液洗脫油泥砂中油分的研究[13-16]，但利用微乳液降低油泥黏度的研究尚未見(jiàn)文獻(xiàn)報(bào)道。本文利用微乳液超低的界面張力，用微乳液處理和油田開(kāi)采油泥、油砂有較大區(qū)別的儲(chǔ)運(yùn)油泥，破壞油泥的油包水（W/O）乳化狀態(tài)，在降低油泥黏度的同時(shí)，脫除油泥中的水分，為油泥的資源化利用奠定了基礎(chǔ)。

本文首先研究了油泥的黏度模型，分析了微乳化法降低油泥黏度的機(jī)理，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)討論了微乳液添加量、表面活性劑的成分、表面活性劑的復(fù)配對(duì)降低油泥黏度效果的影響，獲得了微乳化法降低油泥黏度的最佳配比。

表1　國(guó)煉油泥的元素分析和重金屬含量Table 1 Ultimate composition of petroleum sludge sample

1　實(shí)驗(yàn)材料和方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

圖1所示為實(shí)驗(yàn)所用的油泥樣品，取自浙江省某國(guó)營(yíng)煉油廠(chǎng)（國(guó)煉油泥）。國(guó)煉油泥呈黑色，半固態(tài)狀，有石油氣味，常溫下難以流動(dòng)。

油泥中水、油、渣三相比例采用共沸蒸餾法（抽提劑為甲苯）獲得。分離出的油相，按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《巖石可溶有機(jī)物及原油族組分分析》（SY/T 5119— 2008）分析其族組分。殘?jiān)牧椒植加擅绹?guó)庫(kù)特爾公司的LS-230 Coulter激光粒度儀測(cè)得。采用長(zhǎng)沙開(kāi)元儀器股份有限公司生產(chǎn)的 5E-CHN 2000元素分析儀完成元素分析。重金屬含量采用電感耦合等離子體質(zhì)譜法（微波輔助酸消解法預(yù)處理）測(cè)定。

圖1　實(shí)驗(yàn)用油泥樣品照片F(xiàn)ig.1 Petroleum sludge sample

國(guó)煉油泥的含水率、含油率、含渣率分別為33.38%、49.48%、17.14%。殘?jiān)钠骄綖?08 μm，最大粒徑為1041 μm。元素分析和重金屬含量見(jiàn)表1，油相的族組分見(jiàn)表2。

表3　國(guó)煉油泥油相的族組分Table 2 Analysis of extracted oil from petroleum sludge

1.2 微乳液的配制

實(shí)驗(yàn)所用微乳液油相為甲苯，助表面活性劑為異丙醇，表面活性劑選用了壬基酚聚氧乙烯醚（NP-10），烷基酚聚氧乙烯醚（OP-10），十二烷基三甲基溴化銨（CTAB），十二烷基苯磺酸鈉（SDBS），十二烷基硫酸鈉（SLS），十二烷基磺酸鈉（SDS），均為分析純。實(shí)驗(yàn)中所用微乳液均按照Schulman法[17]配制，即把一定比例的油相、水及表面活性劑混合均勻，然后向體系中加入助表面活性劑，直至體系澄清透明。

圖2　微乳液擬三元相圖Fig.2 Pseudo-ternary phase diagram of micro-emulsion

圖2為微乳液的擬三元相圖。圖中曲線(xiàn)與三角形的兩邊所包圍的上半部分區(qū)域?yàn)榭梢耘渲瞥蓡蜗辔⑷橐旱膮^(qū)域，即共溶區(qū)。實(shí)驗(yàn)所用微乳液體系如圖2中實(shí)心圓點(diǎn)所示，該體系下表面活性劑和助表面活性劑的比例C/S為1∶9，水油體積比為1∶1。

1.3 黏度測(cè)量方法

實(shí)驗(yàn)中油泥黏度采用德國(guó)HAKKE VT550旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)來(lái)測(cè)定。選用同軸圓筒式測(cè)量轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，剪切速率范圍為0～100 s-1，溫度設(shè)置為室溫（25℃）。

黏度測(cè)量前，將油泥用電動(dòng)攪拌器攪拌均勻。然后取30 g油泥放入燒杯中，加入微乳液，用電動(dòng)攪拌器攪拌20 min，使油泥和微乳液充分混合均勻。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中多次測(cè)量取平均值，以消除轉(zhuǎn)子與圓筒間氣泡的影響。

圖3　油泥原樣的流變曲線(xiàn)Fig.3 Rheological curve of petroleum sludge

2　結(jié)果與討論

2.1 含油污泥的黏度特性

圖3為25℃下油泥的流變曲線(xiàn)。從圖中可以看出油泥的黏度較高，尤其是在低剪切速率下流動(dòng)困難。這主要是因?yàn)橛湍嘀泻休^多的膠質(zhì)和瀝青質(zhì)等重質(zhì)組分[18]。瀝青質(zhì)分子結(jié)構(gòu)中含有的—OH、—COOH、—NH2等極性基團(tuán)，通過(guò)氫鍵產(chǎn)生的內(nèi)聚力相互締合，重疊堆徹在一起。同時(shí)，膠質(zhì)分子也被氫鍵固定在瀝青質(zhì)粒子表面，形成包覆層，這些包覆層也可以通過(guò)氫鍵互相結(jié)合，聚集成大分子的膠體結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)促進(jìn)了 W/O型乳化液的穩(wěn)定，而穩(wěn)定的W/O乳化狀態(tài)是油泥表現(xiàn)出高黏度的根本原因[19]。油泥中乳化水和分散顆粒的含量與粒徑也會(huì)顯著影響油泥的乳化程度。此外，由于含有較多的膠質(zhì)和瀝青質(zhì)使得油泥的凝固點(diǎn)較高，造成黏溫凝固。在凝固點(diǎn)溫度以下，處于半固體狀態(tài)，流動(dòng)性差；加之膠質(zhì)和瀝青質(zhì)會(huì)吸附于油水界面，增強(qiáng)了油水界面的界面強(qiáng)度及厚度，使油泥表現(xiàn)出較強(qiáng)的穩(wěn)定性。而油泥中含有的V、Fe、Ni等金屬也會(huì)對(duì)黏度產(chǎn)生影響。金屬通過(guò)絡(luò)合油相中的O、S、N等雜原子，增加瀝青質(zhì)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，提高黏度[20]。

從流變曲線(xiàn)規(guī)律看油泥屬于典型的非牛頓流體，表觀(guān)黏度隨著剪切速率的升高而降低，表現(xiàn)出剪切稀釋行為，具有假塑性流體的特征。油泥的剪切稀釋行為較一般稠油表現(xiàn)得更為明顯，這是由于油泥中含有較高濃度的膠質(zhì)、瀝青質(zhì)，它們對(duì)溫度及剪切過(guò)程的敏感性很強(qiáng)。同時(shí)，由于油泥中含有大量的固體顆粒，研究表明顆粒越多，剪切稀釋現(xiàn)象越明顯[11]。

目前常見(jiàn)的適用于非牛頓流體的流變模型有以下幾種[21]。其中H-B模型為三參數(shù)模型，其他為兩參數(shù)模型。

Bingham模型

P-L模型

Casson模型

H-B模型

式中，η為表觀(guān)黏度；τ為剪切應(yīng)力；τ0為屈服應(yīng)力；ηcp為塑性黏度；γ為剪切速率；K為黏度系數(shù)；n為冪律指數(shù)；η∞為極限黏度。分別采用式（1）～式（4）對(duì)圖3中的油泥原樣的黏度曲線(xiàn)進(jìn)行擬合，擬合結(jié)果如圖4所示。

圖4　油泥原樣的擬合曲線(xiàn)Fig.4 Fitting curves of original petroleum sludge sample

從圖4中可以看出，P-L模型和H-B模型擬合結(jié)果較好，而H-B模型經(jīng)擬合后的屈服應(yīng)力τ0為-0.38 Pa，不符合事實(shí)。故用有屈服應(yīng)力項(xiàng)的Bingham 模型對(duì)起始段(剪切速率范圍為 0～3 s-1)的實(shí)驗(yàn)曲線(xiàn)進(jìn)行了擬合，最終的擬合結(jié)果如圖5所示。擬合后的各項(xiàng)參數(shù)，P-L模型K=15.80 Pa·s，n=0.78，R2=0.97；Bingham模型τ0=1.30 Pa，ηcp=16.79 Pa·s，R2=0.94?？梢钥闯?，P-L模型的R2達(dá)到了0.97，擬合曲線(xiàn)和原樣數(shù)據(jù)曲線(xiàn)高度接近，n為0.78說(shuō)明油泥原樣是符合 P-L模型的假塑性流體。經(jīng)Bingham模型對(duì)起始段數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合后，τ0為1.30 Pa，屈服應(yīng)力很小。

圖5　油泥原樣的最終擬合結(jié)果Fig.5 Final fitting curves of original petroleum sludge sample

2.2 微乳化降黏的實(shí)驗(yàn)研究

2.2.1 微乳液添加量對(duì)降黏效果的影響 圖6所示為采用NP-10作為表面活性劑，微乳液添加量分別為油泥質(zhì)量的5%、10%、15%、20%、25%、30%、100%（微乳液質(zhì)量=油泥質(zhì)量）的油泥樣品的黏度曲線(xiàn)。為了對(duì)油泥的降黏效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，引入降黏率（D）的概念[9]，其定義如式（5）所示

式中，ηb為原樣的黏度；ηa為添加微乳液后油泥的黏度。取0.1、99 s-1兩個(gè)剪切速率下的黏度進(jìn)行對(duì)比說(shuō)明降黏效果，見(jiàn)表3。

表3　不同添加量下微乳液的降黏效果Table 3 Effect of different micro-emulsion dosage on viscosity reduction

從圖 6中可以直觀(guān)看出，當(dāng)微乳液添加量為5%～25%時(shí)，隨著微乳液添加量的增加，含油污泥的黏度顯著降低。由表4可知，添加量為25%、30%、100%的油泥降黏率達(dá) 95%以上。添加 25%的微乳液就能達(dá)到很好的降黏效果，而添加量大于25%時(shí)，微乳液不能很好地與油泥混合均勻，靜置后制成的含油污泥乳化液會(huì)出現(xiàn)分層，會(huì)有部分微乳液浮于油泥上方。靜置24 h后，微乳液添加量為30%和100%的含油污泥乳化液微乳液析出量分別為添加量的12.89%和13.33%。

圖6　不同添加量下微乳液的降黏效果Fig.6 Effect of different micro-emulsion dosage on viscosity reduction

選用P-L模型對(duì)添加25%微乳液的油泥樣品的黏度曲線(xiàn)進(jìn)行擬合，得到的結(jié)果如圖7所示。擬合后K=1.61 Pa·s，n=0.03，R2=0.95。與原樣的擬合結(jié)果相比，添加25%微乳液的油泥黏度系數(shù)K降低，說(shuō)明油泥的黏度大為降低。冪律指數(shù)n=0.03，說(shuō)明流體仍表現(xiàn)出非牛頓流體特性。通過(guò)添加微乳液，可以使油泥的黏度降低，流體進(jìn)一步向假塑性轉(zhuǎn)變。

圖7　添加25%微乳液的油泥的擬合曲線(xiàn)Fig.7 Fitting curve of petroleum sludge adding 25% micro-emulsion by mass

圖8　不同表面活性劑對(duì)降黏效果的影響Fig.8 Effect of different surfactant on viscosity reduction of petroleum sludge

2.2.2 不同表面活性劑對(duì)降黏效果的影響 表面活性劑是微乳液的重要組成成分，用不同的表面活性劑配制成的微乳液對(duì)油泥的降黏效果也會(huì)有所不同。圖8所示為用不同的表面活性劑配制成的微乳液添加到油泥中，對(duì)降黏效果的影響。共選用了 6種比較常用的表面活性劑，微乳液的添加量均為油泥質(zhì)量的25%。部分黏度數(shù)據(jù)見(jiàn)表4。

表4　不同表面活性劑對(duì)降黏效果的影響Table 4 Effect of different surfactant on viscosity reduction of petroleum sludge

從圖中可以直觀(guān)看出，降黏效果最不理想的是用SDS作為表面活性劑配制的微乳液，其次是SLS。而添加了以其他4種表面活性劑配制的微乳液的油泥的降黏效果比較接近，尤其是NP-10和SDBS。在2、99 s-1下，使用了這兩種表面活性劑的降黏率相當(dāng)且達(dá)到95%以上。99 s-1下，SDBS的降黏率達(dá)到99.215%，降黏效果最好。

實(shí)驗(yàn)所用的 6種表面活性劑價(jià)格最高的是CTAB，其次是SDS，價(jià)格最低的是SDBS和OP-10。除此之外，不同類(lèi)型的表面活性劑的毒性大小順序?yàn)榉请x子和兩性型＜陰離子型＜陽(yáng)離子型[22]。綜合以上因素，SDBS和OP-10具有最佳的可用性。

2.2.3 表面活性劑復(fù)配對(duì)降黏效果的影響 已有的研究發(fā)現(xiàn)，單一表面活性劑體系通常存在一些不足，而不同表面活性劑復(fù)配體系卻能表現(xiàn)出比單一表面活性劑更為優(yōu)越的性能，這種現(xiàn)象稱(chēng)為表面活性劑的協(xié)同增效作用。這是由于表面活性劑復(fù)配后對(duì)于表（界）面吸附和溶液中膠束形成都有一定的促進(jìn)作用[22]。而且復(fù)配型表面活性劑可以提高表面活性劑的總體性能，較單一的表面活性劑更容易降低界面張力。一些表面活性劑通過(guò)復(fù)配使其物理化學(xué)性質(zhì)發(fā)生了改變，對(duì)不同油泥的適應(yīng)性有所提高。另外，在配方優(yōu)化時(shí)，可選用一些價(jià)格相對(duì)低廉的表面活性劑與成本較高的表面活性劑復(fù)配，來(lái)降低后者在配方中的用量。

圖9　表面活性劑復(fù)配對(duì)降黏效果的影響Fig.9 Effect of compound surfactant on viscosity reduction of petroleum sludge

圖9所示為采用OP-10和SDBS復(fù)配的表面活性劑配制的微乳液對(duì)降黏效果的影響。通過(guò)與添加單獨(dú)使用OP-10和SDBS作為表面活性劑的微乳液的降黏效果相比，1:1的復(fù)配比例的降黏效果介于兩者單獨(dú)使用之間，而1:2和2:1的復(fù)配比例的降黏效果均優(yōu)于兩者單獨(dú)使用時(shí)的降黏效果，其中2:1的效果最佳，99 s-1下的降黏率可達(dá)99.436%。

2.3 微乳液的降黏機(jī)理

除含有大量的瀝青質(zhì)、膠質(zhì)和石蠟等重質(zhì)組分外，原油中還含有石油酸皂以及泥質(zhì)固體顆粒，這些都是天然的乳化劑[23]，這些乳化劑與原油生產(chǎn)過(guò)程中添加的表面活性劑等物質(zhì)一起作用于油水界面間，形成穩(wěn)定的界面膜，阻止水滴之間的聚并和沉積，使得含油污泥以一種由水、原油和固體顆粒組成的穩(wěn)定的油包水（W/O）型乳化液形式存在，具有乳化程度高、黏度大、成分復(fù)雜等特點(diǎn)，因而處理難度很大[5]。

從圖 10中可以看出，經(jīng)微乳液處理過(guò)的油泥呈均一的流體狀，與油泥原樣黏稠的半固態(tài)狀有明顯的差別，并且流動(dòng)性有了很大的改善。

圖10　微乳液處理前后油泥的流動(dòng)性對(duì)比Fig.10 Comparison of fluidity of petroleum sludge before and after addition of micro-emulsion (w=25%)

圖11　微乳液處理前后油泥樣品的DSC曲線(xiàn)Fig.11 DSC thermogram of original petroleum sludge sample and after addition of micro-emulsion

圖12　微乳液處理前后的顯微對(duì)比Fig.12 Micro-image of petroleum sludge before and after addition of micro-emulsion (w=25%)

圖11的DSC溫度曲線(xiàn)中，油泥原樣的結(jié)晶峰出現(xiàn)在-42.1和-28.9℃附近，經(jīng)微乳液處理過(guò)的油泥的結(jié)晶峰只出現(xiàn)在-25.6℃附近，出峰溫度升高。而研究表明結(jié)晶溫度升高說(shuō)明乳化水粒徑增大[24]。這說(shuō)明油泥原樣中的乳化水粒徑大小不均且有一部分乳化水粒徑很小。從圖12的顯微照片中也可以明顯看出經(jīng)微乳液處理后，乳化水的粒徑變得均一且平均粒徑增大。這是由于微乳液能夠破壞水和油之間的界面膜，相近的乳化水滴界面膜破裂后聚并成更大的水滴。這使得油泥高黏度的油包水乳化狀態(tài)變得不穩(wěn)定，從而使黏度降低。

3　結(jié) 論

（1）含有較多的膠質(zhì)和瀝青質(zhì)等重質(zhì)組分形成的大分子結(jié)構(gòu)促進(jìn)了W/O型乳化液的穩(wěn)定，使得油泥表現(xiàn)出高黏特性。P-L模型比較適合用來(lái)描述此種油泥的流變行為。

（2）用SDBS作為表面活性劑，微乳液添加量為25%時(shí)，微乳液的降黏效果最好。油泥降黏率達(dá)95%以上，尤其在99 s-1下達(dá)到99.215%。油泥的流動(dòng)性有了很大改善。綜合考慮降黏效果和經(jīng)濟(jì)性，適宜選用SDBS和OP-10。

（3）用OP-10和SDBS按一定比例復(fù)配的表面活性劑較兩者單獨(dú)使用時(shí)的降黏效果要好，而且經(jīng)濟(jì)性得到提高。其中比例為2:1的降黏效果最佳，99 s-1下的降黏率可達(dá)99.436%。

References

[1] 郭紹輝, 彭鴿威, 閆光緒, 等. 國(guó)內(nèi)外石油污泥處理技術(shù)研究進(jìn)展[J]. 現(xiàn)代化工, 2008, 28(3): 36-39.

GUO S H, PENG G W, YAN G X, et al . Progress in treatment of petroleum sludge at home and abroad [J]. Modern Chemical Industry, 2008, 28(3): 36-39.

[2] SALIM A M, MAHMOOD A S. Heavy metals analysis in Bahrain refinery sludge [J]. Nuclear and Chemical Waste Management, 1988, 8(2): 165-167.

[3] National Bureau of Statistics of China. China Statistical Yearbook on Environment [EB/OL]. Introduction of China Statistics Press, 2014[2015-8-20]. http://www.stats.gov.cn.

[4] 張珂, 朱建華, 周勇, 等. 含油污泥的廢油置換脫水特性[J]. 化工學(xué)報(bào), 2013, 64(9): 3396-3402.

ZHANG K, ZHU J H, ZHOU Y, et al. Fry-drying of petroleum sludge via spent lubricating oil of vehicle [J]. CIESC Journal, 2013, 64(9): 3396-3402.

[5] HU G J, LI J B, ZENG G M. Recent development in the treatment of oily sludge from petroleum industry: a review [J]. Journal of Hazardous Materials, 2013, 261: 470-490.

[6] AL-ROOMI Y, GEORGE R, ELGIBALY A, et al. Use of a novel surfactant for improving the transportability/transportation of heavy/viscous crude oils [J]. Journal of Petroleum Science and Engineering, 2004, 42: 235-243.

[7] CENTENO G, SANCHEZ-REYNA G, ANCHEYTA J, et al. Testing various mixing rules for calculation of viscosity of petroleum blends [J]. Fuel, 2011, 90(12): 3561-3570.

[8] 尉小明, 劉喜林, 王衛(wèi)東, 等. 稠油降黏方法概述[J]. 精細(xì)石油化工, 2002, (5): 45-48.

WEI X M, LIU X L, WANG W D, et al. Overview on viscosity reducing methods of heavy oil [J]. Speciality Petrochemicals, 2002, (5): 45-48.

[9] GHANNAM M E N. Flow enhancement of medium-viscosity crude oil [J]. Petroleum Science and Technology, 2006, 24(8): 985-999.

[10] HASAN S W, GHANNAM M T, ESMAIL N. Heavy crude oil viscosity reduction and rheology for pipeline transportation [J]. Fuel, 2010, 89(5): 1095-1100.

[11] FORSTER C F. The rheological and physico-chemical characteristics of sewage sludges [J]. Enzyme and Microbial Technology, 2002, 30(3): 340-345.

[12] 張東生, 陳爽, 劉濤, 等. 含油污泥微乳化處理工藝研究[J]. 環(huán)境工程, 2013, 31(5): 99-103.

ZHANG D S, CHEN S, LIU T, et al. Investigation of technology of petroleum sludge treatment through microemulsion [J]. Environmental Engineering, 2013, 31(5): 99-103.

[13] 夏曄. 微乳液法含油污泥資源化研究[D]. 青島: 中國(guó)石油大學(xué), 2011.

XIA Y. Investigation of oil removal from oily sludge through microemultion [D]. Qingdao: China University of Petroleum, 2011.

[14] 閆棟棟, 杜娜, 侯萬(wàn)國(guó). 微乳液脫除油泥砂中的原油[J]. 高等學(xué)?；瘜W(xué)學(xué)報(bào), 2012, 33: 1777-1781. DOI: 10.3969/j.issn.0215-0790. 2012.08.026.

YAN D D, DU N, HOU W G. Removal of crude oil from oily sludge by microemulsion [J]. Chemical Journal of Chinese University, 2012, 33: 1777-1781.

[15] VIANA F F, DANTAS T N D, ROSSI C G F T, et al. Aged oil sludge solubilization using new microemulsion systems: design of experiments [J]. Journal of Molecular Liquids, 2015, 210: 44-50.

[16] DANTAS T N D, NETO A A D, ROSSI C G F T, et al. Use of microemulsion systems in the solubilization of petroleum heavy fractions for the prevention of oil sludge waste formation [J]. Energy & Fuels, 2010, 24: 2312-2319.

[17] 王軍. 乳化與微乳化技術(shù)[M]. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2012.

WANG J. The Technology of Emulsification and Microemulsion [M]. Beijing: Chemical Industry Press, 2012.

[18] WONG S F, LIM J S, DOL S S. Crude oil emulsion: a review on formation, classification and stability of water-in-oil emulsions [J]. Journal of Petroleum Science and Engineering, 2015, 135: 498-504.

[19] 陳洪永. 含油污泥的流變特性實(shí)驗(yàn)研究[D]. 杭州: 浙江大學(xué), 2015.

CHEN H Y. Experimental study on rheological properties of petroleum sludge [D]. Hangzhou: Zhejiang University, 2015.

[20] 李美蓉, 齊霖艷, 王偉琳, 等. 勝利超稠油的乳化降黏機(jī)理研究[J].燃料化學(xué)學(xué)報(bào), 2013, 41(6): 679-684.

LI M R, QI L Y, WANG W L, et al. Mechanism of viscosity reduction of super heavy oil of Shengli oil field [J]. Journal of Fuel Chemistry and Technology, 2013, 41(6): 679-684.

[21] 郭小陽(yáng), 劉崇建, 馬思平. 非牛頓液體流變模式的研究[J]. 天然氣工業(yè), 1997, 17(4): 43-48.

GUO X Y, LIU C J, MA S P. Research on non-Newtonian liquid rheological model [J]. Natural Gas Industry, 1997, 17(4): 43-48.

[22] 王世榮, 李祥高, 劉東志. 表面活性劑化學(xué)[M]. 第2版. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2010.

WANG S R, LI X G, LIU D Z. Chemistry of Surfactant [M]. 2nd ed. Beijing: Chemical Industry Press, 2010.

[23] 劉啟瑞, 張謀真, 郭立民, 等. 原油破乳劑-破乳劑復(fù)配的篩選[J].化學(xué)研究與應(yīng)用, 2004, (2): 270-271.

LIU Q R, ZHANG M Z, GOU L M, et al. A laboratory study on combinational demulsifiers [J]. Chemical Research and Application, 2004, (2): 270-271.

[24] CLAUSSE D. Thermal behaviour of emulsions studied by differential scanning calorimetry [J]. Therm. Anal. Calorim., 1998, (51): 191-201.

2016-01-03收到初稿，2016-04-07收到修改稿。

聯(lián)系人:黃群星。第一作者:楊潔（1991—），女，碩士研究生。

Received date: 2016-01-03.

中圖分類(lèi)號(hào):TE 992.3

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

文章編號(hào):0438—1157（2016）07—2963—07

DOI:10.11949/j.issn.0438-1157.20160004

基金項(xiàng)目:國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51576172）；國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2012BAB09B03）。

Corresponding author:Prof. HUANG Qunxing，hqx@zju.edu.cn supported by the National Natural Science Foundation of China (51576172) and the National Science and Technology Pillar Program (2012BAB09B03).

Micro-emulsion method for reducing viscosity of petroleum sludge

YANG Jie1, LIU Tianlu1, SONG Huibo2, MAO Feiyan1, HAN Xu1, LIN Bingcheng1, HUANG Qunxing1, CHI Yong1
(1State Key Laboratory of Clean Energy Utilization, Zhejiang University, Hangzhou 310027, Zhejiang, China;2Hisun Pharmaceutical (Hangzhou) Co. Ltd., Hangzhou 311404, Zhejiang, China)

Abstract:In order to reduce the viscosity of petroleum sludge for oil recovery, a micro-emulsion method was studied based on its rheological behavior. The effects of surfactant, micro-emulsion dosage and composition on the viscosity were discussed. The results indicated that the petroleum sludge could be classified as pseudo-plastic fluid and its strong shear-thinning force was attributed to the high content of solid particles in the petroleum sludge. The rheological behavior of petroleum sludge could be described by the P-L model. The results showed that the micro-emulsion could well mix with petroleum sludge and viscosity of the sludge was reduced by more than 95% by adding 25% micro-emulsion by mass. The maximum viscosity reduction was achieved by using sodium dodecyl benzene sulfonate (SDBS) as single surfactant. A viscosity reduction of 99% was obtained with the composited surfactant of OP-10 and SDBS at a ratio of 2:1.

Key words:petroleum sludge; viscosity; rheological model; micro-emulsion; surfactant