三相物理萃取法處理含油污泥工藝研究

張玉娟，康宇龍，黃甫慧君，任蕊

(1.陜西省石油化工研究設(shè)計(jì)院，陜西 西安 710054;2.陜西省石油精細(xì)化學(xué)品重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710054;3.陜西延長石油(集團(tuán))有限責(zé)任公司 研究院，陜西 西安 710075)

油田和煉化生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量含油污泥，是石油化工行業(yè)的主要污染物之一。含油污泥中除含有大量殘留原油外，還含有苯系物、蒽、酚類、芘等有毒物質(zhì)，近年來隨著環(huán)保要求的不斷提高及廢棄物資源化利用的發(fā)展趨勢，含油污泥的有效處理成為了亟待解決的重大課題［1-2］。目前含油污泥處理方法主要有溶劑萃取法、熱解析法、調(diào)質(zhì)-機(jī)械分離處理技術(shù)、生物處理法、焚燒法、焦化法、填埋法、地耕法等［3-5］。溶劑萃取法能得到可直接利用的原油及有機(jī)物，而余下的泥水則返回變?yōu)榭衫玫馁Y源，從而減小污染，具有工藝過程簡單、快速、易于連續(xù)化等優(yōu)點(diǎn)，是目前處理含油污泥有效措施之一［6-9］。

本研究采取三相物理萃取法處理含油污泥，在前期探索的基礎(chǔ)上，本實(shí)驗(yàn)通過加入一定量的由殼聚糖和Al2(SO4)3復(fù)配而成的絮凝劑、采油廢水以及采用機(jī)械攪拌來減輕乳化現(xiàn)象;采用汽油為萃取劑，探索了溶劑比、萃取溫度、攪拌強(qiáng)度及攪拌時(shí)間的合適工藝條件，原油萃取率達(dá)97.3%。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料與儀器

油泥(含油量40.97%，含水量20.61%，含沙量38. 40%);殼聚 糖(粘度200 ～400 mPa·s)、Al2(SO4)3均為分析純;采油廢水(實(shí)驗(yàn)過程中分離出的采油廢水);93#汽油。

DHG-9070A 電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱;DJQ-9080A電動攪拌器;CL-2 磁力加熱攪拌器;SX-4-10 箱式電阻爐控制箱;LJ-8-2 離心機(jī);ISO9001 電子分析天平;島津UV-2501PC 紫外可見分光光度計(jì)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

稱取5 g 含油污泥于40 mL 采油廢水中，加入20 mL 93#汽油、0.09 g 絮凝劑，在35 ℃以120 r/min攪拌20 min。將混合物轉(zhuǎn)移至帶刻度的恒壓滴定管中，靜止分層，得到萃取相、萃余泥相、萃余水相［10-11］，分別計(jì)量三相體積。將各相分別移出恒壓滴定管，進(jìn)行取樣分析。

1.3 分析方法

1.3.1 萃取相含油量 用離心機(jī)分離出部分原油，配制標(biāo)準(zhǔn)溶液，采用紫外可見分光光度法測出系列標(biāo)準(zhǔn)溶液的吸光度，掃描結(jié)果在320 ～335 nm 萃取相呈現(xiàn)最大吸收峰(圖1)。將溶液濃度與吸光度繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線(圖2)。取定量萃取液稀釋至一定體積，測量其吸光度，帶入曲線，即求得每毫升萃取相的含油量。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)溶液的紫外圖譜Fig.1 UV spectrum of standard solution

圖2 標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.2 Standard curve

1.3.2 萃取率 依據(jù)萃取相中油品含量與含油污泥中樣品含量的比值計(jì)算。

式中，A 為吸光度，n 為稀釋倍數(shù)，L 為萃取相體積，m 為含油污泥質(zhì)量。

2 結(jié)果與討論

2.1 攪拌強(qiáng)度對萃取效果的影響

攪拌是萃取過程中的必要條件，但過度的攪拌會造成乳化現(xiàn)象，因此合適的攪拌強(qiáng)度對萃取過程有著重要的作用，應(yīng)該兼顧混合的均勻性和有效避免乳化兩方面因素［12-14］。攪拌強(qiáng)度對萃取效果的影響見表1 和圖3，實(shí)驗(yàn)條件見1.2 節(jié)(以下同)。

表1 攪拌強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 1 Effect of stirring speed on extraction result

圖3 攪拌強(qiáng)度對萃取相含油量的影響Fig.3 Effect of stirring speed on oil content of extraction phase

由表1 和圖3 可知，攪拌速度120 r/min 時(shí)，可有效的控制乳化現(xiàn)象，同時(shí)也有利于兩相間的傳質(zhì)，萃取效果最好。

2.2 攪拌時(shí)間的影響

萃取過程中，兩相傳遞未達(dá)平衡時(shí)，萃取相中的含油量隨萃取時(shí)間的增加而增大，萃取一段時(shí)間，即萃取體系達(dá)平衡后，其含油量不再增大，此時(shí)間即為平衡時(shí)間。研究萃取體系接近平衡狀態(tài)所需的混合時(shí)間具有非常重要的意義，因?yàn)檩腿≡O(shè)備的生產(chǎn)能力或設(shè)計(jì)尺寸都與此接觸時(shí)間密切相關(guān)，還可以避免固-液萃取中因反應(yīng)時(shí)間過長引起再乳化現(xiàn)象［15-16］。萃取過程的平衡時(shí)間主要由攪拌時(shí)間決定，攪拌時(shí)間與萃取相中含油量的關(guān)系見圖4。

圖4 攪拌時(shí)間對萃取相含油量的影響Fig.4 Effect of stirring time on oil content of extraction phase

由圖4 可知，攪拌20 min 時(shí)，即達(dá)到了良好的傳質(zhì)效果。

2.3 萃取溫度的影響

萃取溫度會影響分配比，進(jìn)而影響萃取率，萃取溫度對萃取相含油量的影響見圖5。

圖5 萃取溫度對萃取相含油量的影響Fig.5 Effect of temperature on oil content of extraction phase

由圖5 可知，最佳萃取溫度為40 ℃。但是由于本實(shí)驗(yàn)所用萃取劑為汽油，溫度的升高會加快汽油的揮發(fā)，因此擬采用的萃取溫度為35 ℃。

2.4 萃取劑配比(劑油比)的影響

萃取劑加入量越大，萃取效果越好，但是萃取劑加入量增加，回收萃取劑、分離原油時(shí)的成本也將增加，盡可能的減少萃取劑加入量。

由圖6 可知，隨著劑油比的減小，萃取相漸近飽和。油泥10 g，萃取劑加入量20 mL 的萃取率見表2，此時(shí)的萃取率已經(jīng)達(dá)到97.3%，已經(jīng)充分利用了萃取液，并且較充分的回收了含油污泥中的原油，因此較佳的劑油比為每克含油污泥2 mL 汽油。

表2 萃取率計(jì)算結(jié)果Table 2 The calculated results of extraction ratio

圖6 劑油比對萃取效果的影響Fig.6 Effect of extractant ratio on oil content of extraction phase

3 結(jié)論

以93#汽油為萃取劑，采用三相物理萃取法處理含油污泥的最佳工藝條件為:攪拌強(qiáng)度120 r/min，攪拌時(shí)間20 min，溫度35 ℃，劑油比2 mL/g。此時(shí)，原油回收率達(dá)97.3%，實(shí)現(xiàn)了含油污泥的資源化利用。

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