基于離心脫水的含油污泥油-水分離特性及分離機(jī)理研究.pdf

1、含油污泥是石油勘探、開(kāi)采、煉制、加工、儲(chǔ)存、運(yùn)輸?shù)冗^(guò)程中產(chǎn)生的主要固體廢棄物之一。油泥中含有30％~80%的碳?xì)浠衔铮≒HCs），回收油泥中的原油將會(huì)產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。油泥離心相分離技術(shù)具有能耗低，污染小，操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，適合油泥資源化處理的工業(yè)化應(yīng)用。含油污泥中含有水、油及固體顆粒，油泥在形成過(guò)程中受到剪切力作用發(fā)生乳化，使水呈顆粒狀分散到主體油相中形成十分穩(wěn)定的油包水（W/O）型原油乳化液，給油泥的離心脫水帶來(lái)了很大困

2、難。
　　本文研究的主要目的是提高含油污泥中油-水分離效率，圍繞油泥中水分分布特性，水滴在離心場(chǎng)中的分離規(guī)律，以及高效離心預(yù)處理技術(shù)展開(kāi)研究，進(jìn)行了以下工作：
　　首先，開(kāi)展了含油污泥理化特性分析研究。結(jié)果表明，油泥中含有多種重金屬和多環(huán)芳烴；不同來(lái)源的油泥水、油、固體顆粒三組分差異較大，這主要與油泥的生成條件有關(guān)；通過(guò)顯微觀測(cè)，可以確定油泥中各組分的相對(duì)含量、形態(tài)結(jié)構(gòu)、存在條件以及各成分的粒徑大??；油泥熱值與其碳含量呈正比

3、，且H/C約為2；根據(jù)油泥油相色譜模擬蒸餾結(jié)果可知，油泥中含有高比例的重質(zhì)組分。
　　采用差示掃描量熱技術(shù)（DSC）建立了含油污泥水分綜合表征方法，首次實(shí)現(xiàn)了對(duì)油-水分離“指紋特征”——水滴粒徑分布的測(cè)量。應(yīng)用 DSC表征方法對(duì)三種不同來(lái)源的油泥進(jìn)行了測(cè)量分析，結(jié)果顯示，?60°C到室溫程序升溫過(guò)程中，結(jié)晶水的融化吸熱峰可用于計(jì)算油泥的含水量。并且由?23.5°C度附近的鹽-水共晶熔融峰，可以判斷油泥中的含鹽量。此外，提出了油泥乳

4、化水滴粒徑分布計(jì)算經(jīng)驗(yàn)公式，可以根據(jù)0°C到?60°C之間的水滴結(jié)晶溫度計(jì)算水滴粒徑。這是首次將DSC測(cè)量技術(shù)應(yīng)用到表征油泥水滴粒徑分布上。這一表征方法為油泥油-水分離模型的建立和分離技術(shù)的研究提供了基礎(chǔ)。
　　對(duì)影響油泥中油-水離心分離的參數(shù)進(jìn)行了分析，并通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)探明了提高油-水分離效果的關(guān)鍵因素。對(duì)于高粘度、粒徑分布廣的油泥，制約脫水率提高的關(guān)鍵因素是溫度和離心轉(zhuǎn)速。升溫可以有效降低油泥的粘度而轉(zhuǎn)速的提高可以降低油泥中水滴

5、的臨界分離粒徑。對(duì)于水滴粒徑小于5μm的油泥乳化液，制約脫水率提高的關(guān)鍵因素是離心轉(zhuǎn)速，為了提高油泥機(jī)械脫水的效率，油泥需經(jīng)破乳預(yù)處理提高水滴粒徑。保證油泥在離心機(jī)內(nèi)有足夠的停留時(shí)間可以顯著提高水滴粒徑大于10μm的油泥的脫水率。
　　應(yīng)用納維-斯托克斯沉降方程，建立了基于蒙特卡洛隨機(jī)統(tǒng)計(jì)的油泥乳化水分離模型。實(shí)現(xiàn)了對(duì)不同離心工況下水滴分離效果的預(yù)測(cè)。模型計(jì)算與實(shí)驗(yàn)結(jié)果均顯示，隨著離心轉(zhuǎn)速的提高，油泥脫水率顯著提高。當(dāng)轉(zhuǎn)速由200

6、0 rpm提高至10000 rpm時(shí),脫水率由28%提高至99%，同時(shí)，水滴臨界分離粒徑也由2000 rpm時(shí)的14μm提高至10000 rpm時(shí)的3μm。此外，基于蒙特卡洛隨機(jī)統(tǒng)計(jì)的油泥乳化水分離模型還可以對(duì)不同粘度油泥在不同離心工況下的脫水率及臨界分離粒徑進(jìn)行預(yù)測(cè)，計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)值吻合良好。分離模型可以為不同油泥脫水工況選擇提供定量指導(dǎo)。
　　采用了超聲波、摻混輕質(zhì)油、添加微乳液等預(yù)處理技術(shù)優(yōu)化油泥油-水離心分離特性，并提出多

7、途徑耦合的降粘破乳預(yù)處理工藝。研究發(fā)現(xiàn)，25 kHz和30 kHz超聲波可以直接脫除26.3 wt%和28.1 wt%的水分，但會(huì)導(dǎo)致殘留水滴的粒徑減小。雖然35 kHz和40 kHz超聲對(duì)油泥直接脫水影響不大，但可以大幅度增加油泥乳化水的水滴粒徑。超聲改變油-水分離特性的作用機(jī)理可以由超聲共振效應(yīng)和超聲空化效應(yīng)解釋。摻混輕質(zhì)油可以有效降低油泥的粘度并顯著提高脫水率。微乳液具有超低的界面張力，可以對(duì)油包水結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)有效破乳。
　　為