采用表面活性劑去除油砂開(kāi)采尾砂中的油

王 雷，馬桂科，張鳳君，景福林

(1.吉林大學(xué) 地下水資源與環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，吉林 長(zhǎng)春 130021;

2.中石油 東北煉化工程有限公司吉林設(shè)計(jì)院，吉林 吉林 132002)

采用表面活性劑去除油砂開(kāi)采尾砂中的油

王 雷1，馬桂科1，張鳳君1，景福林2

(1.吉林大學(xué) 地下水資源與環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，吉林 長(zhǎng)春 130021;

2.中石油 東北煉化工程有限公司吉林設(shè)計(jì)院，吉林 吉林 132002)

采用表面活性劑吐溫－80溶液浸取油砂開(kāi)采尾砂中的油，研究了各工藝條件對(duì)除油效果的影響。實(shí)驗(yàn)確定的最佳工藝條件:溶液pH為7，反應(yīng)溫度為25℃，攪拌轉(zhuǎn)速為120 r/min，固液比(尾砂與吐溫－80溶液質(zhì)量比)為1∶5，吐溫－80溶液體積分?jǐn)?shù)為0.20%，振蕩時(shí)間為2 h。在最佳工藝條件下經(jīng)處理后尾砂中含油量在0.3 mg/g以下。

油砂;尾砂;表面活性劑;吐溫－80;浸取;固體廢棄物

世界油砂資源十分豐富，總儲(chǔ)量約合4萬(wàn)億桶原油，具備相當(dāng)可觀的開(kāi)發(fā)價(jià)值［1－3］。為緩解目前常規(guī)能源供應(yīng)緊張的趨勢(shì)，已有越來(lái)越多的油砂被加工成原油。中國(guó)也有相當(dāng)豐富的油砂資源［4－5］。因此，迫切需要從戰(zhàn)略高度做好油砂后備資源的研究、開(kāi)發(fā)和利用工作。

在油砂開(kāi)采早期，較多采用有機(jī)溶劑萃取法、熱處理法等提取油砂中的原油，但成本高，能耗大，污染嚴(yán)重;近期油砂開(kāi)采趨向于采用熱堿溶液或熱堿－表面活性劑洗脫法［6－8］。提油后的油砂被稱(chēng)為尾砂，含油量為30～100 mg/g［9］。尾砂直接堆放，遇到雨天會(huì)有油溶出，造成環(huán)境污染。目前針對(duì)尾砂處理的相關(guān)研究國(guó)內(nèi)鮮有報(bào)道。

本工作采用表面活性劑吐溫－80溶液對(duì)尾砂進(jìn)行浸取，處理后尾砂的含油量較低，含油廢水可由污水處理廠處理后達(dá)標(biāo)排放。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料、試劑和儀器

尾砂取自吉林省某尾砂儲(chǔ)存地，含油量為75 mg/g;標(biāo)準(zhǔn)油;石油醚:沸程80～90℃;實(shí)驗(yàn)所用試劑均為分析純。

WR－1型恒溫水浴振蕩器:上海思爾達(dá)儀器有限公司;PHG型pH儀:上海安銳德分析儀器有限公司;UV1900型紫外分光光度計(jì):上海鳳凰光學(xué)儀器有限公司;FA－1004型電子分析天平:日本豪斯頓公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

按照一定的固液比(尾砂與吐溫－80溶液的質(zhì)量比)將尾砂和一定體積分?jǐn)?shù)的吐溫－80溶液置于三角瓶中，用質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%的氫氧化鈉溶液和質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%的鹽酸溶液調(diào)節(jié)溶液的pH。用錫紙將三角瓶密封，置于恒溫?fù)u床內(nèi)，在一定溫度和攪拌轉(zhuǎn)速下振蕩一段時(shí)間。測(cè)定尾砂中的剩余含油量。計(jì)算不同實(shí)驗(yàn)條件下吐溫－80溶液對(duì)尾砂中油的去除率。

1.3 分析方法

取尾砂10 g，放入三角瓶中，加入10 mL水，同時(shí)加入10 mL石油醚，密封后在恒溫水浴振蕩器中以120 r/min的攪拌轉(zhuǎn)速振蕩30 min。取上部石油醚溶液50 μL，加入石油醚稀釋至5 mL，用紫外分光光度計(jì)在230 nm處以石油醚為參比測(cè)定試樣的吸光度，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)油－石油醚標(biāo)準(zhǔn)溶液的吸收曲線計(jì)算試樣的含油量。

2 結(jié)果與討論

2.1 溶液pH對(duì)尾砂油去除率的影響

在反應(yīng)溫度為25℃、攪拌轉(zhuǎn)速為120 r/min、固液比為1∶5、吐溫 －80溶液體積分?jǐn)?shù)為0.20%、振蕩時(shí)間為4 h的條件下，溶液pH對(duì)尾砂油去除率的影響見(jiàn)圖1。由圖1可見(jiàn):溶液pH為6～8時(shí)，油去除率為98.2% ～98.4%;溶液 pH為9時(shí)，油去除率達(dá)到99.6%?？梢?jiàn)堿性環(huán)境有利于尾砂中油的去除。這是因?yàn)?，堿性環(huán)境有利于石油皂的形成，而石油皂可與吐溫－80溶液產(chǎn)生復(fù)配增效作用，增強(qiáng)油的乳化能力，提高尾砂的油去除率［10－12］。綜合考慮工業(yè)應(yīng)用成本，本實(shí)驗(yàn)選擇溶液pH為6～8。

圖1 溶液pH對(duì)尾砂油去除率的影響

2.2 反應(yīng)溫度對(duì)尾砂油去除率的影響

在溶液pH為7、攪拌轉(zhuǎn)速為120 r/min、固液比為1∶5、吐溫－80溶液體積分?jǐn)?shù)為0.20%、振蕩時(shí)間為4 h的條件下，反應(yīng)溫度對(duì)尾砂油去除率的影響見(jiàn)圖2。由圖2可見(jiàn):隨反應(yīng)溫度升高，油去除率略有提高;反應(yīng)溫度為8℃時(shí)，油去除率為98.4%;反應(yīng)溫度為35℃時(shí)，油去除率為99.6%。這是因?yàn)闇囟壬?，油的黏度降低，流?dòng)性變好，且反應(yīng)溫度升高時(shí)，油、水、砂粒3相的密度變化不同，使原有的3相穩(wěn)定結(jié)構(gòu)被破壞，油與砂粒的結(jié)合力降低，促進(jìn)了吐溫－80溶液的除油效果。但油去除率變化不大，故常溫條件除油即可。這比常用的需要加熱的熱堿水溶液洗脫法［6－8］更具實(shí)用性。

圖2 反應(yīng)溫度對(duì)尾砂油去除率的影響

2.3 攪拌轉(zhuǎn)速對(duì)尾砂油去除率的影響

在溶液pH為7、反應(yīng)溫度為25℃、固液比為1∶5、吐溫－80溶液體積分?jǐn)?shù)為0.20%、振蕩時(shí)間為4 h的條件下、攪拌轉(zhuǎn)速對(duì)尾砂油去除率的影響見(jiàn)圖3。由圖3可見(jiàn):隨攪拌轉(zhuǎn)速提高，油去除率提高;當(dāng)攪拌轉(zhuǎn)速為50 r/min時(shí)，油去除率為92.0%;當(dāng)攪拌轉(zhuǎn)速為80 r/min時(shí)，油去除率達(dá)97.0%;繼續(xù)增加攪拌轉(zhuǎn)速時(shí)，油去除率增加趨緩。綜合考慮，本實(shí)驗(yàn)選取攪拌轉(zhuǎn)速為120 r/min。

圖3 攪拌轉(zhuǎn)速對(duì)尾砂油去除率的影響

2.4 固液比對(duì)尾砂中油去除率的影響

在溶液pH為7、反應(yīng)溫度為25℃、吐溫－80溶液體積分?jǐn)?shù)為0.20%、攪拌轉(zhuǎn)速為120 r/min、振蕩時(shí)間為4 h的條件下，固液比對(duì)尾砂油去除率的影響見(jiàn)圖4。由圖4可見(jiàn):固液比為1∶1時(shí)，油去除率為97.7%;固液比為1∶3時(shí)，油去除率為98.4%;隨著固液比的進(jìn)一步降低，油去除率略有升高。所以固液比低于1∶3較為理想，本實(shí)驗(yàn)選擇固液比為1∶5。

圖4 固液比對(duì)尾砂油去除率的影響

2.5 吐溫－80溶液體積分?jǐn)?shù)對(duì)尾砂油去除率的影響

在溶液pH為7、反應(yīng)溫度為25℃、攪拌轉(zhuǎn)速為120 r/min、固液比為1∶5、振蕩時(shí)間為4 h的條件下，吐溫－80溶液體積分?jǐn)?shù)對(duì)尾砂油去除率的影響見(jiàn)圖5。由圖5可見(jiàn):隨著吐溫－80溶液體積分?jǐn)?shù)的增加，油去除率提高;當(dāng)未加吐溫－80溶液時(shí)，油去除率只有86.0%;當(dāng)吐溫－80溶液體積分?jǐn)?shù)為0.10%時(shí)，油去除率為94.5%;繼續(xù)增大吐溫－80溶液體積分?jǐn)?shù)，油去除率變化不大。綜合考慮工業(yè)化成本，本實(shí)驗(yàn)選擇吐溫－80溶液體積分?jǐn)?shù)為0.20%。

圖5 吐溫－80溶液體積分?jǐn)?shù)對(duì)尾砂油去除率的影響

2.6 振蕩時(shí)間對(duì)尾砂油去除率的影響

在溶液pH為7、反應(yīng)溫度為25℃、攪拌轉(zhuǎn)速為120 r/min、固液比為1∶5、吐溫－80溶液體積分?jǐn)?shù)為0.20%的條件下，振蕩時(shí)間對(duì)尾砂油去除率的影響見(jiàn)圖6。由圖6可見(jiàn):振蕩時(shí)間為1 h時(shí)，油去除率為87.3%;振蕩時(shí)間為2 h時(shí)，油去除率達(dá)到98.7%;隨著振蕩時(shí)間繼續(xù)延長(zhǎng)，油去除率沒(méi)有進(jìn)一步的增大。故本實(shí)驗(yàn)最佳振蕩時(shí)間為2 h。

2.7 最佳實(shí)驗(yàn)條件下處理后尾砂的含油量

在溶液pH為7、反應(yīng)溫度為25℃、攪拌轉(zhuǎn)速為120 r/min、固液比為1∶5、吐溫－80溶液體積分?jǐn)?shù)為0.20%、振蕩時(shí)間為2 h的最佳實(shí)驗(yàn)條件下，經(jīng)吐溫－80溶液處理后尾砂的含油量在0.3 mg/g以下。

圖6 振蕩時(shí)間對(duì)尾砂中油去除率的影響

3 結(jié)論

采用表面活性劑吐溫－80溶液去除油砂開(kāi)采尾砂中的油，實(shí)驗(yàn)最佳工藝條件:溶液pH為7，反應(yīng)溫度為25℃，攪拌轉(zhuǎn)速為120 r/min，固液比為1∶5，吐溫－80溶液體積分?jǐn)?shù)為0.20%，振蕩時(shí)間為2 h。在最佳工藝條件下經(jīng)吐溫－80溶液處理后尾砂中含油量在0.3 mg/g以下。

［1］ 趙金花，趙德智，王童，等.內(nèi)蒙古油砂油的綜合評(píng)價(jià)［J］.石油煉制與化工，2007，38(2):15 －18.

［2］ 許修強(qiáng)，鄭德溫，曹祖賓，等.新疆油砂水洗分離技術(shù)研究［J］.鄭州大學(xué)學(xué)報(bào):工學(xué)版，2008，29(1):24 －27.

［3］ Chilingarian G V，Yen T F.瀝青、地瀝青和瀝青砂［M］.北京:石油工業(yè)出版社，1998:1－59.

［4］ 許修強(qiáng)，鄭德溫，徐金明，等.我國(guó)油砂分離技術(shù)研究進(jìn)展［J］.現(xiàn)代化工，2010，29(8):12 －14.

［5］ 張明慧.油砂開(kāi)采技術(shù)室內(nèi)研究［D］.大慶:大慶石油學(xué)院環(huán)境工程系.2007.

［6］ 許修強(qiáng)，方紅霞，曹祖賓，等.油砂高效分離配方開(kāi)發(fā)及新型分離技術(shù)［J］.化工進(jìn)展，2010，(增刊):710－712.

［7］ 黃劍雄.油砂資源現(xiàn)狀及其開(kāi)采分離方法淺談［J］.廣州化工，2011，39(8):24 －26.

［8］ 陳忠材.含油巖石薄片的信息資料在確定驅(qū)油效果中的應(yīng)用［J］.成都地質(zhì)學(xué)院學(xué)報(bào)，1992，19(3):80 －86.

［9］ 嚴(yán)格.油砂熱水洗分離室內(nèi)研究［D］.北京:中國(guó)科學(xué)研究院研究生院，2006.

［10］ Yu Honghong， Shrotriya P， Gao Yufeng.Microplasticity of surface steps under adhesive contact.Part 1.Surface yielding controlled by single-dislocation nucleation［J］.J Mech Phys Solids，2007，55:489 －516.

［11］ Kiely J D，Hwang R Q，Houston J E.Effect of surface steps on the plastic threshold in nanoindentation［J］.Phys Rev Lett，1998，81:4424 －4428.

［12］ Drew M.Suifactant Science and Technology［M］.New York:VCH Publishers Inc，1992:79 －82.

Removal of Oil from Oil Sand Tailings with Surfactant

Wang Lei1，Ma Guike1，Zhang Fengjun1，Jing Fulin2

(1.Key Laboratory of Groundwater Resources and Environment，Ministry of Education，Jilin University，Changchun Jilin 130021，China;
2.Jilin Design Institute，Northeast Refining ＆ Petrochemical Engineering Co.Ltd.，CNPC，Jilin Jilin 132002，China)

The oil in oil sand tailings was leached with the surfactant Tween-80.The effects of process conditions on oil removal were studied.The optimum process conditions are as follows:solution pH 7，reaction temperature 25℃，stirring speed 120 r/min，solid-liquid ratio(mass ratio of tailings to Tween-80)1 ∶5，Tween-80 volume fraction 0.20%，shaking time 2 h.Under these conditions，the oil content of the treated tailings is less than 0.3 mg/g.

oil sand;tailings;surfactant;Tween-80;leaching;solid waste

TQ 116.2

A

1006－1878(2011)06－0528－04

2011－05－30;

2011－07－15。

王雷(1983—)，男，吉林省白城市人，碩士生，主要研究方向?yàn)槲鬯卫?。電?huà) 15843103757，電郵Wanglei1983.8.1@163.com。 聯(lián) 系 人:馬 桂 科，電 話(huà)15144284283，電郵 380286270@qq.com。

(編輯 祖國(guó)紅)