基于離心脫水的含油污泥油-水分離特性及分離機理研究.pdf

1、含油污泥是石油勘探、開采、煉制、加工、儲存、運輸?shù)冗^程中產(chǎn)生的主要固體廢棄物之一。油泥中含有30％~80%的碳氫化合物（PHCs），回收油泥中的原油將會產(chǎn)生一定的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。油泥離心相分離技術(shù)具有能耗低，污染小，操作簡單等優(yōu)點，適合油泥資源化處理的工業(yè)化應用。含油污泥中含有水、油及固體顆粒，油泥在形成過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，水滴在離心場中的分離規(guī)律，以及高效離心預處理技術(shù)展開研究，進行了以下工作：
　　首先，開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)；通過顯微觀測，可以確定油泥中各組分的相對含量、形態(tài)結(jié)構(gòu)、存在條件以及各成分的粒徑大小；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，首次實現(xiàn)了對油-水分離“指紋特征”——水滴粒徑分布的測量。應用 DSC表征方法對三種不同來源的油泥進行了測量分析，結(jié)果顯示，?60°C到室溫程序升溫過程中，結(jié)晶水的融化吸熱峰可用于計算油泥的含水量。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、化水滴粒徑分布計算經(jīng)驗公式，可以根據(jù)0°C到?60°C之間的水滴結(jié)晶溫度計算水滴粒徑。這是首次將DSC測量技術(shù)應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。
　　對影響油泥中油-水離心分離的參數(shù)進行了分析，并通過正交實驗探明了提高油-水分離效果的關(guān)鍵因素。對于高粘度、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，為了提高油泥機械脫水的效率，油泥需經(jīng)破乳預處理提高水滴粒徑。保證油泥在離心機內(nèi)有足夠的停留時間可以顯著提高水滴粒徑大于10μm的油泥的脫水率。
　　應用納維-斯托克斯沉降方程，建立了基于蒙特卡洛隨機統(tǒng)計的油泥乳化水分離模型。實現(xiàn)了對不同離心工況下水滴分離效果的預測。模型計算與實驗結(jié)果均顯示，隨著離心轉(zhuǎn)速的提高，油泥脫水率顯著提高。當轉(zhuǎn)速由200

6、0 rpm提高至10000 rpm時,脫水率由28%提高至99%，同時，水滴臨界分離粒徑也由2000 rpm時的14μm提高至10000 rpm時的3μm。此外，基于蒙特卡洛隨機統(tǒng)計的油泥乳化水分離模型還可以對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行預測，計算結(jié)果與實驗值吻合良好。分離模型可以為不同油泥脫水工況選擇提供定量指導。
　　采用了超聲波、摻混輕質(zhì)油、添加微乳液等預處理技術(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，但會導致殘留水滴的粒徑減小。雖然35 kHz和40 kHz超聲對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理可以由超聲共振效應和超聲空化效應解釋。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，可以對油包水結(jié)構(gòu)實現(xiàn)有效破乳。
　　為