含油污泥擦洗剝離技術(shù)應(yīng)用試驗(yàn)研究

劉 慶 薛廣海 李 強(qiáng)

(礦冶科技集團(tuán)有限公司，北京 100160)

在油田生產(chǎn)作業(yè)、石油輸送、石油加工等過(guò)程中，發(fā)生石油泄漏情況時(shí)，土壤表面會(huì)受到石油污染，石油和泥土相互浸入、混合形成了含油污泥(簡(jiǎn)稱“油泥”)。油泥的產(chǎn)生幾乎是不可避免的，國(guó)內(nèi)外的油田每年都產(chǎn)生的大量油泥。油泥中含有礦物油、硫化物、苯系物和酚類等有毒有害物質(zhì)，對(duì)環(huán)境影響巨大，屬于危險(xiǎn)廢棄物，隨著國(guó)家環(huán)保形勢(shì)日益趨嚴(yán)，油泥的不斷產(chǎn)出已經(jīng)嚴(yán)重影響到了油田的正常生產(chǎn)運(yùn)行，急需進(jìn)行無(wú)害化處理。

含油污泥處理的目的是將含油污泥中礦物油與固相分離，分離后的礦物油回收再利用，處理后固相的含油率降到指標(biāo)后，用于鋪設(shè)通井路或制作成鋪墊井場(chǎng)的基礎(chǔ)材料。從微觀角度分析，含油污泥是表面包裹著油層的顆粒，處理過(guò)程就是將顆粒表面的油層清洗分離的過(guò)程，但大部分油泥經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間露天堆放，石油發(fā)生氧化后牢固附著在沙土表面，難于分離，成為處理油泥的難點(diǎn)。

油泥處理過(guò)程與礦物擦洗剝離過(guò)程相似，都是去除礦物表面的污染物，用擦洗技術(shù)強(qiáng)化分離效果，常見(jiàn)于石英砂、磷礦、硅藻土的洗礦提純技術(shù)，能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)處理[1-7]， 因此，將擦洗剝離技術(shù)應(yīng)用到含油污泥的處理當(dāng)中，具有高的適用性，有望為油泥處理提供一種新的處理方法。

1 試驗(yàn)方法

原料取自西部某油田產(chǎn)生的含油污泥，其基本物理指標(biāo)見(jiàn)表1，粒度分布見(jiàn)表2。油泥樣品的物質(zhì)組成多是沙粒和淤泥，約78%的油泥粒度集中在0.045～0.84 mm,相對(duì)于普通擦洗礦顆粒，油泥的粒徑較大。

表1 含油污泥指標(biāo)

表2 含油污泥的粒度分布

擦洗剝離試驗(yàn)分為兩步：1)擦洗剝離。將油泥與水?dāng)嚢杌旌铣赡酀{，通過(guò)物理碰撞、摩擦將油相由從泥沙表面剝離，記錄泥漿濃度、擦洗介質(zhì)比例、擦洗時(shí)間、攪拌速度、溫度及擦洗結(jié)構(gòu)等試驗(yàn)條件，取出泥漿進(jìn)行篩分，篩上物是擦洗剝離出的粗粒，觀察粗粒中存在油粒的情況，并且烘干、稱重，評(píng)價(jià)擦洗效果，通過(guò)多組對(duì)比試驗(yàn)優(yōu)化擦洗試驗(yàn)參數(shù)，取得最優(yōu)的擦洗試驗(yàn)條件，這一步是整個(gè)試驗(yàn)流程的核心。2)用最優(yōu)參數(shù)條件進(jìn)行擦洗試驗(yàn)。對(duì)擦洗后的篩下物進(jìn)行浮選分離，得到浮油和細(xì)粒，將篩上物(粗粒)和細(xì)?；旌?，檢測(cè)其含油率是否達(dá)到油泥的處理標(biāo)準(zhǔn)，評(píng)價(jià)擦洗剝離技術(shù)的可行性。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 工藝參數(shù)條件優(yōu)化試驗(yàn)

2.1.1 擦洗礦漿濃度的選擇

對(duì)于擦洗工藝，首先將油泥和水調(diào)制成礦漿，在攪拌作用下，油泥顆粒表面相互作用，漿體的濃度越高，顆粒間碰撞、摩擦的概率越高，擦洗效果越強(qiáng)，但濃度越大，漿體的流動(dòng)性越差，攪拌功率越大，因此需要找到擦洗濃度的上限。攪拌試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，礦漿濃度在70%以下，油泥樣品都可攪動(dòng)成漿，而礦漿濃度超過(guò)70%時(shí)，同樣的攪拌不能使礦漿充分流動(dòng)，漿體流動(dòng)性變差，因此擦洗濃度選擇70%。

2.1.2 有無(wú)介質(zhì)對(duì)擦洗效果的影響

擦洗剝離是通過(guò)摩擦法將硬度明顯小于泥沙的油相剝離出來(lái)，擦洗分為無(wú)介質(zhì)和有介質(zhì)擦洗兩種。無(wú)介質(zhì)擦洗是單純靠機(jī)械攪拌力增強(qiáng)物料顆粒間的碰撞、摩擦力度，達(dá)到去除顆粒表面污物的目的。有介質(zhì)擦洗是在物料顆粒間擦洗的基礎(chǔ)上添加摩擦介質(zhì)，如球磨材料、棒磨材料等，是一種強(qiáng)化擦洗的方法，其優(yōu)點(diǎn)是擦洗力度強(qiáng)、工作效率高，缺點(diǎn)是耗能高，物料顆粒受到強(qiáng)介質(zhì)摩擦作用，顆粒遭到破壞，會(huì)出現(xiàn)過(guò)磨現(xiàn)象，油泥顆粒變小，影響下一步的浮選提純工序。

試驗(yàn)過(guò)程：將300 g物料樣品調(diào)成70%濃度的礦漿，分別進(jìn)行有介質(zhì)擦洗和無(wú)介質(zhì)擦洗試驗(yàn)，其他試驗(yàn)條件：介質(zhì)和物料比例為1∶1、攪拌時(shí)間5 min、攪拌線速度3.20 m/s，分4組試驗(yàn)進(jìn)行。擦洗后物料用20 目篩網(wǎng)(孔徑為0.84 mm)篩分，使用篩上物質(zhì)量占樣品總質(zhì)量的百分比來(lái)描述是否過(guò)磨，用篩上物的油粒情況來(lái)評(píng)價(jià)擦洗效果好壞。如果篩上物存在的油粒少，說(shuō)明擦洗分離出的油相粒度小，油粒溶入到礦漿(篩下物)中，可用浮選方法進(jìn)行油固分離，擦洗效果好；反之，篩上物存在的油粒多，說(shuō)明擦洗出的油粒大，直接增加了處理后油泥的含油率，對(duì)篩上物需要增加特殊的提純工序才能降低含油率，使油泥處理流程趨于繁瑣，擦洗效果難以達(dá)到要求。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 有無(wú)介質(zhì)的擦洗試驗(yàn)結(jié)果

由表3可知，無(wú)介質(zhì)擦洗時(shí)不能去除砂粒表面的油相，并形成大塊油粒，有介質(zhì)擦洗強(qiáng)度要比無(wú)介質(zhì)擦洗的大，可分離出油泥中的油相，但要注意20目篩網(wǎng)篩上物質(zhì)量變小，物料粒徑變細(xì)，不利于后續(xù)的浮選分離工藝。因此，使用擦洗介質(zhì)粒徑大、小結(jié)合的介質(zhì)擦洗，既能保證擦洗強(qiáng)度，也不會(huì)使顆粒表面過(guò)磨，可得到最優(yōu)結(jié)果。

2.1.3 介質(zhì)比例對(duì)擦洗效果的影響

取300 g物料樣品，調(diào)成70%濃度的礦漿，攪拌5 min，攪拌線速度為3.20 m/s，加介質(zhì)擦洗攪拌，介質(zhì)質(zhì)量分別是物料質(zhì)量的1倍、2倍、3倍，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。在介質(zhì)與物料比為2∶1和3∶1的情況下，篩上物固體顆粒都出現(xiàn)了過(guò)磨現(xiàn)象，擦洗介質(zhì)越多，物料顆粒磨損越大，大顆粒粒徑變成小顆粒，增加了后續(xù)的浮選難度。由表4可知，介質(zhì)與物料比為1∶1時(shí)，沙粒表面基本無(wú)油污，篩上物結(jié)膠成的油粒也基本被磨掉，擦洗效果最好。

表4 擦洗介質(zhì)與物料比對(duì)擦洗效果的影響

2.1.4 擦洗時(shí)間對(duì)擦洗效果的影響

取300 g物料樣品，調(diào)成70%濃度的礦漿，設(shè)置攪拌線速度為3.20 m/s，介質(zhì)與物料比例為1∶1，研究擦洗時(shí)間對(duì)擦洗效果的影響，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。由表5可知，擦洗時(shí)間越長(zhǎng)，固體顆粒的擦洗效果越好。但是長(zhǎng)時(shí)間擦洗會(huì)出現(xiàn)過(guò)磨現(xiàn)象，篩上物粗粒明顯變少。由表5可知，擦洗時(shí)間控制在10 min，擦洗效果最好，擦洗時(shí)間較短，且可保證物料顆粒不過(guò)磨，同時(shí)也能減少能耗，有利于降低成本。

表5 擦洗時(shí)間對(duì)擦洗效果的影響

2.1.5 攪拌速度對(duì)擦洗效果的影響

取300 g物料樣品，調(diào)成70%濃度的礦漿，介質(zhì)與物料比例為1∶1，在不同線速度下攪拌10 min，結(jié)果見(jiàn)表6。由表6可知，攪拌速度越快，顆粒表面擦洗的效果越好，但物料中篩上的大顆粒越少，說(shuō)明出現(xiàn)過(guò)磨現(xiàn)象。因此，在保證擦洗效果情況下，應(yīng)避免固體顆粒過(guò)度磨損。由表6可知，在線速度為5.30 m/s情況下，擦洗效果最好。

表6 擦洗攪拌速度對(duì)擦洗效果的影響

2.1.6 溫度對(duì)擦洗效果的影響

取300 g物料樣品，調(diào)成70%濃度的礦漿，攪拌線速度為5.30 m/s，介質(zhì)與物料比例為1∶1，在不同溫度下攪拌擦洗10 min。由于石油遇熱后其流動(dòng)性變好，膠粒油粒消失，附著在砂粒表面的油質(zhì)也溶于液體，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表7。在加熱時(shí)，加熱溫度越高，擦洗效果越好，但加熱溫度相對(duì)低的時(shí)候，篩分出的油粒容易黏連在篩網(wǎng)上，不利于篩分分級(jí)處理，只有加熱到60 ℃，油粒完全溶于液體中，才能消除油粒黏連篩網(wǎng)現(xiàn)象。但加熱油泥物料耗能較大，不利于降低處理成本，且在不加熱時(shí)同樣可以實(shí)現(xiàn)砂粒表面油污的剝離，也不會(huì)出現(xiàn)篩網(wǎng)黏連現(xiàn)象，因此，推薦不加熱進(jìn)行油泥擦洗剝離。

表7 擦洗溫度對(duì)擦洗效果的影響

2.1.7 攪拌器結(jié)構(gòu)試驗(yàn)

攪拌器結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的目的是在擦洗過(guò)程中保證均勻流動(dòng)，不在擦洗攪拌槽內(nèi)沉料、積料，保證擦洗工藝的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。工業(yè)用擦洗機(jī)以立式攪拌擦洗為主，以雙槽擦洗機(jī)最為常見(jiàn)[8，9]。雙槽擦洗機(jī)可以使油泥漿上下流動(dòng)，從第一槽體上部進(jìn)料，從底部進(jìn)入第二個(gè)槽體，通過(guò)旋流作用上升到槽體表面，溢流出料。與單槽擦洗機(jī)相比，雙槽擦洗加長(zhǎng)了漿體的流動(dòng)距離，增加了擦洗的作用時(shí)間，擦洗效果也更好，油泥漿體在雙槽擦洗機(jī)內(nèi)流動(dòng)方向如圖1所示。

圖1 油泥漿體流動(dòng)示意圖Fig.1 Schematic diagram of sludge slurry flow

在攪拌漿體過(guò)程中，固體顆粒的沉降速度受粒徑、密度及漿體濃度影響很大[10]，含油污泥本身的泥沙顆粒比較粗，粒徑大于0.84 mm的固體占比為16.97 %，在攪拌槽內(nèi)極易沉槽，因此，在油泥擦洗中如何讓污泥固體均勻懸浮成為試驗(yàn)的關(guān)鍵。

增加攪拌強(qiáng)度可使?jié){體顆粒受到向上的力，可抵消顆粒向下的力，只要顆粒受到向上的力足夠大，即可使攪拌漿體均勻懸浮，由于攪拌速度已經(jīng)確定，那么增加攪拌槳層數(shù)獲得更大的攪拌強(qiáng)度是使顆粒懸浮的有效方法。為此，取1 500 g物料樣品，調(diào)成70%濃度的礦漿，介質(zhì)與物料比例為1∶1，攪拌線速度為5.30 m/s，攪拌10 min，分別使用單層葉輪和雙層葉輪進(jìn)行連續(xù)擦洗試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表8。單層葉輪試驗(yàn)中，擦洗攪拌槽內(nèi)留存料和出料的固體濃度趨于平衡，但留存料和出料中粒徑大于0.84 mm的粗顆粒占比差距大，說(shuō)明多數(shù)粗顆粒物料留存在了攪拌槽體中。雙層葉輪試驗(yàn)中，攪拌強(qiáng)度明顯加強(qiáng)，留存料和出料的濃度趨于一致，粗顆粒占比也趨于一致，說(shuō)明在擦洗過(guò)程中漿體均勻流動(dòng)，不存在粗顆粒沉槽積料的現(xiàn)象。說(shuō)明使用雙層葉輪能夠增加擦洗機(jī)內(nèi)物料的懸浮能力，保證在擦洗過(guò)程中漿體進(jìn)出料的濃度趨于一致，粗顆粒隨漿體流動(dòng)，不會(huì)在擦洗機(jī)內(nèi)堆積，可保證擦洗工序的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

表8 攪拌器結(jié)構(gòu)試驗(yàn)結(jié)果

2.2 浮選試驗(yàn)

選擇最優(yōu)擦洗參數(shù)條件進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)。試驗(yàn)參數(shù)條件為：漿體濃度70%、擦洗介質(zhì)與物料比例1∶1、攪拌線速度5.30 m/s、攪拌時(shí)間10 min、礦漿不加溫，驗(yàn)證設(shè)備使用雙槽擦洗機(jī)，攪拌葉輪使用雙層。對(duì)擦洗出的物料進(jìn)行篩分，篩上物的顆粒表面潔凈，沒(méi)有油污，小油粒基本被磨掉。對(duì)篩下物進(jìn)行浮選提純，分離出油渣后，將細(xì)粒與粗粒混合，檢測(cè)含油率，結(jié)果為0.51%，符合含油污泥的處理標(biāo)準(zhǔn)。

3 結(jié)論

1)采用擦洗剝離技術(shù)可對(duì)含油污泥進(jìn)行油泥分離處理，技術(shù)可行。

2)擦洗工藝參數(shù)條件對(duì)油泥分離效果有一定影響，通過(guò)調(diào)整工藝參數(shù)條件可獲得較佳的處理效果。針對(duì)本文所用原料，在擦洗礦漿濃度70%、物料與擦洗介質(zhì)的比例1∶1、攪拌線速度5.30 m/s、攪拌時(shí)間10 min、不加溫條件下采用雙層攪拌擦洗時(shí)，擦洗效果最佳?？蓮挠湍嘀袆冸x出大部分油相，處理后固體的含油率為0.51%，達(dá)到含油污泥處理標(biāo)準(zhǔn)的要求。試驗(yàn)結(jié)果可為工業(yè)化生產(chǎn)提供設(shè)計(jì)依據(jù)。