某海上平臺(tái)含油污泥的物性分析

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?chē)鷳B(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）溶劑萃取：將含油污泥與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)顆粒活性炭試驗(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)。