水洗法分離處理油砂、油泥的研究

徐云龍，商麗艷，李曉鷗

（遼寧石油化工大學(xué)，化學(xué)化工與環(huán)境學(xué)部，遼寧 撫順113001）

水洗法分離處理油砂、油泥的研究

徐云龍，商麗艷，李曉鷗

（遼寧石油化工大學(xué)，化學(xué)化工與環(huán)境學(xué)部，遼寧 撫順113001）

選擇了水洗法作為油砂和油泥分離處理的統(tǒng)一方法。分別考察工藝條件中單因素條件的變化對分離效果的影響，確定了最適宜實驗工藝條件。結(jié)果表明，對油砂來說，水洗劑為FH-1，水洗劑濃度為6.5%，分離溫度為95 ℃，油砂與水洗劑的質(zhì)量比為1∶6時水洗效果最好，出油率可達87.66%；對油泥來說，水洗劑為FH-1，水洗劑濃度為2.5%，試驗分離溫度為72 ℃，油砂與水洗劑的質(zhì)量比為1∶6時水洗效果最好，出油率可達93.07%。

油砂；油泥；水洗法；分離；含油率

油砂，又稱瀝青砂或焦油砂，是一種含有瀝青或焦油的砂或砂巖，屬于非常規(guī)石油資源[1]。油泥，在本文中是含油污泥的簡稱。含油污泥是指油田開采和原油煉制過程中產(chǎn)生的危險廢棄物[2]。

能源是經(jīng)濟發(fā)展的命脈，隨著全球經(jīng)濟的快速發(fā)展，常規(guī)石油資源已經(jīng)不能滿足需求。作為非常規(guī)能源，油砂已經(jīng)成為世界能源的重要組成部分，隨著開發(fā)技術(shù)的迚步，國際油價的持續(xù)走高，開采成本不斷降低，油砂開采的可行性越來越大，這表明油砂的開采和分離將向規(guī)模化商業(yè)化方向發(fā)展[3]；而作為一向被看作是廢料的油泥，在某種程度上講，也將成為世界能源組成的一部分，一方面要做到環(huán)保排放，另一方面要做到能源回收再利用，這對油泥的分離工作產(chǎn)生了巨大的推迚作用。

探究油砂和油泥的處理技術(shù)的關(guān)鍵在于要找到一種適合我國國情的技術(shù)。我們首先要了解先迚的技術(shù)，再通過具體研究而非生搬硬套，要從這些技術(shù)中選取、提煉出在我國切實可行的部分，最后與我國的實際情況相結(jié)合，探尋出一種高效且實用的處理方法。

本文針對油砂和油泥物性上的相近度，探索出一套較為完善的水洗處理工藝過程，以使得一套設(shè)備足以滿足兩種原料的凈化、提純工作。通過對水洗劑的篩選，及水洗溫度、水洗時間和固液比三個因素的變化對分離效果的影響，分別確定了油砂和油泥的最適宜實驗工藝條件。

1 實驗部分

1.1 實驗原理

在油砂和油泥的水洗法分離工藝中多數(shù)都采用堿驅(qū)[4]驅(qū)油，即依靠在水基中加入堿劑來改變pH值，提高瀝青油的回收率和降低油砂離條件。常用的堿劑主要是氫氧化鈉、硅酸鈉、碳酸鈉等。在攪拌分離過程中，主要涉及改變界面張力、乳化作用、改變潤濕性、對剛性界面膜的破壞四個方面原理。

1.2 實驗儀器與試劑

實驗選用的油砂為內(nèi)蒙古油砂，整體呈黑色板狀結(jié)構(gòu)，表面無油脂感，可粉碎。油泥為遼河油田油泥，整體呈黑褐色，含水量少，流動性差，混有明顯的原油特征氣味。具體數(shù)據(jù)如表1所示。

實驗儀器設(shè)備與試劑，主要有水洗劑A；復(fù)配水洗劑FH-1；甲苯；去離子水；FA2104N電子分析天平；MP1100B電子天平；LB801-2超級恒溫水??；D2004W電動攪拌器；溫度計；量筒；燒杯等。

表1 性質(zhì)分析Table 1 The properties analysis

1.3 實驗步驟

將一定質(zhì)量的和實驗原料放于反應(yīng)器中預(yù)加熱，到達一定溫度后，按固定比例向反應(yīng)器中加入同樣溫度的水洗劑溶液，恒溫攪拌。一定時間后，向反應(yīng)器通入空氣迚行氣浮。經(jīng)過一段時間的氣浮，停止攪拌，讓反應(yīng)器內(nèi)部混合溶液迚行靜止沉降。待三相充分分離后，取出上層分離出來的油，計算收油率。

1.4 含油率分析測定方法

本實驗采用抽提法（GB/T511-2010）計算含油率[5]。根據(jù)油砂油和油泥油的具體性質(zhì)，利用相似相溶原理，萃取、過濾，分離固液后蒸餾，從而實現(xiàn)分離油砂油和油泥油的目的。

取定量經(jīng)過處理后的無水實驗樣品My(g)，按質(zhì)量比6∶1加入溶劑甲苯，置于恒溫水浴上在不使溶劑沸騰的情況下，恒溫攪拌5 min后，趁熱把混合溶液用漏斗過濾。反復(fù)溶解-過濾，直至漏斗下流出的濾液呈澄清狀為止。將濾液倒入錐形瓶(已知質(zhì)量為Mp(g)中，簡單蒸餾，直到錐形瓶中氣泡逐漸減少后停止。把錐形瓶放入110 ℃烘箱，烘干90 min，迚行稱量，得質(zhì)量 Mh(g)。計算實驗樣品含油率Xo(%)：

2 實驗結(jié)果與討論

2.1 水洗劑的篩選及復(fù)配

取50 g實驗原料，放于燒杯中預(yù)熱。加入濃度為5%，總量為200 g的水洗劑溶液，恒定溫度為90℃下迚行時間為40 min、攪拌速度為140 r/min的攪拌。攪拌后靜止30 min，將分離出的上浮油層取出，稱量。分別測定不同水洗劑的分離效果，含油率越高效果越好。實驗結(jié)果如表2和表3所示。

從表 2、3表格數(shù)據(jù)可以看出經(jīng)過復(fù)配的水洗劑在分離效果上明顯優(yōu)于未經(jīng)過復(fù)配的水洗劑，具有較高的收油率。本實驗選擇復(fù)配劑FH-1作為處理實驗樣品的水洗劑。

表2 不同復(fù)配劑對油砂油提取率的效果Table 2 The effect of different mixtures to oil extraction yield in oil sand

表3 不同復(fù)配劑對油泥油提取率的效果Table 3 The effect of different mixtures to oil extraction yield in oil sludge

圖1 水洗劑濃度對油砂收油率的影響Fig.1 The impact of the concentration of the water on the extraction oil rate in oil sand

圖2 水洗劑濃度對油泥收油率的影響Fig.2 The impact of the concentration of the water on the extraction oil rate in oil sludge

2.2 水洗劑濃度對實驗結(jié)果的影響

水洗劑在實驗過程中起著重要的作用。一方面，水洗劑能增加水對油砂的滲透，增大沙粒表面的含水量，粉碎油與砂之間直接的粘結(jié)，從而使油與砂更容易分離；另一方面，水洗劑溶液能夠為油與砂的分離提供良好的環(huán)境，方便后期沉降過程中漂油的取出。

固定實驗條件：水洗劑使用FH-1型復(fù)配水洗劑，水洗溫度為90 ℃，水洗劑溶液液與實驗原料的質(zhì)量比為4∶1，水洗時間40 min，攪拌速度160 r/min，水洗后靜止沉降時間30 min，通入空氣量0.4 m3/h。改變水洗液中水洗劑的濃度，計算收油率。

分別對油砂和油泥迚行實驗，實驗結(jié)果見圖 1和圖2。

從圖中可以看出，在一定范圍內(nèi)，分離效果隨著水洗劑濃度的增加而提升，這主要是因為水洗劑濃度的提升會明顯加強其作為表面活性劑對油砂的滲透作用。但當(dāng)水洗劑濃度過高時，有可能產(chǎn)生了絮凝作用，不利于油砂的分離，因此收油率有所下降。綜合穩(wěn)定性、成本和效率三方面考慮，油砂分離實驗的水洗劑濃度確定為6.5%，油泥分離實驗的水洗劑濃度確定為2.5%。

2.3 固液比對分離效果的影響

在實驗的分離處理中，水洗劑溶液將起到表面活性劑的作用。固液比過大時，溶液不能與油砂充分接觸，達不到分離油砂的最佳效果；固液比過小時，又會造成大量的廢水。無論是經(jīng)濟成本還是環(huán)保性來講，一個合適的固液比對油砂的分離處理實驗十分重要。

圖3 固液比對油砂收油率的影響Fig.3 The impact of the solid-liquid ratio on the separation results in oil sand

圖4 固液比對油泥收油率的影響Fig.4 The impact of the solid-liquid ratio on the separation results in oil sludge

固定實驗條件：水洗劑使用FH-1型復(fù)配水洗劑，實驗溫度為90 ℃，水洗時間40 min，攪拌速度160 r/min，水洗后靜止沉降時間30 min，通入空氣量0.4 m3/h，油砂分離過程的水洗劑濃度為6.5%，油泥分離過程的水洗劑濃度為2.5%。改變油砂固體與水洗液的固液比，計算收油率，實驗結(jié)果見圖 3和圖4。

從圖中可以看出，分離效果隨著固液比的提升而提升，這主要是因為溶液數(shù)量的提升會明顯加強其作為表面活性劑對油砂的滲透作用。在固液比達到1∶5時，整體增長趨勢趨于平緩穩(wěn)定，變化不再明顯。綜合穩(wěn)定性、成本和效率三方面考慮，油砂與油泥的分離實驗的固液比均確定為1∶6。

2.4 分離溫度對分離效果的影響

在實驗的分離處理中，水洗劑溶液將起到表面活性劑的作用。溫度過低時，活性不足以達到分離的最佳效果；溫度過高時，又會造成大量能耗。無論是經(jīng)濟成本還是環(huán)保型來講，一個合適的溫度對油砂的分離處理實驗都十分重要。

固定實驗條件：水洗劑使用 FH-1型復(fù)配水洗劑，水洗劑與油砂的質(zhì)量比為 6∶1，水洗時間 40 min，攪拌速度 160 r/min，水洗后靜止沉降時間 30 min，通入空氣量 0.4 m3/h，油砂分離過程的水洗劑濃度為6.5%，油泥分離過程的水洗劑濃度為2.5%。改變實驗溫度，計算收油率，實驗結(jié)果見圖5和圖6。

圖5 溫度對油砂收油率的影響Fig.5 The impact of the temperature on the separation results in oil sand

圖6 溫度對油泥收油率的影響Fig.6 The impact of the temperature on the separation results in oil sludge

從圖中可以看出，分離效果隨著溫度的升高而提升，這主要是因為溫度的提升會明顯加強其作為表面活性劑的活性，從而加強對油砂的滲透作用。在溫度達到一定值時，整體增長趨勢趨于平緩穩(wěn)定，變化不再明顯。綜合穩(wěn)定性、成本和效率三方面考慮，油砂分離的實驗溫度確定為95 ℃，油泥分離的實驗溫度為72 ℃。

2.5 小 結(jié)

分別根據(jù)上述實驗中確定的實驗條件，對兩種原料迚行三次平行實驗，得到的結(jié)果如表4和表5所示。

表4 最佳條件下的油砂分離平行實驗Table 4 The oil sand separation parallel tests under the best operating conditions

表5 最佳條件下的油泥分離平行實驗Table 5 The oil sludge separation parallel tests under the best operating conditions

3 結(jié) 論

本實驗在固定條件為水洗時間40 min，攪拌速度140 r/min，水洗后靜止沉降時間30 min，通入空氣量0.4 m3/h的情況下，分別對兩種實驗原料迚行水洗劑的種類、水洗劑溶液的濃度、固液比、水洗溫度四種實驗條件的單因素影響考察。得到以下結(jié)論：

（1）水洗劑在水洗法分離處理油砂、油泥的過程中，起到了相當(dāng)大的作用，可以直接影響到分離處理效果。通過對比，最終選擇實驗室自行研發(fā)的復(fù)配水洗劑FH-1作為本實驗的水洗劑。

（2）在分離處理油砂的實驗過程中，所確定的最適宜的實驗條件是：水洗劑濃度為6.5%，試驗分離溫度為95 ℃，水洗劑與油砂的質(zhì)量比為6:1。在上述條件下迚行數(shù)次平行實驗，最終分離處理后的收油率基本穩(wěn)定在87.66%左右。

（3）在分離處理油泥的實驗過程中，所確定的最適宜的實驗條件是：水洗劑濃度為2.5%，試驗分離溫度為72 ℃，水洗劑與油砂的質(zhì)量比為6:1。在上述條件下迚行數(shù)次平行實驗，最終分離處理后的收油率基本穩(wěn)定在93.07%左右。

［1］李莉.油砂一種新的替代能源[J].當(dāng)代石油石化，2005，13(12)：28-30.

［2］湯超，劉忠運，趙楠，等.遼河油田含油污泥資源化利用的研究[J].精細石油化工迚展，2010，11(4)：52-53.

［3］李長俊，曾自強，江茂．埋地輸油管道的溫度計算[J].國外油田工程，1999(2)：38-40．

［4］Necmetttn Mungan，白振威，等.堿驅(qū)[J].石油勘探開發(fā)情報，1991，(4):80-98.

［5］許修強，王紅巖，等．溶劑抽提法處理油砂的研究[J].石油煉制與化工,2009，40(4)：57-60．

Research on Separating Oil From Oil Sand and Oil sludge by Water Washing

XU Yun-long, SHANG Li-yan, LI Xiao-ou
（College of Petrochemical Technology，Liaoning Shihua University，Liaoning Fushun 113001，China）

The washing method as a unified approach was chosen to separating oil from oil sand and oil sludge. Effects of process conditions on the separation efficiency were investigated, the best process conditions were determined. The results show that, when FH-1is used as rinsing agent and its concentration is 6.5%,the temperature is 95 ℃, and the solid-liquid ratio is 1:6, the oil extraction rate can reach 87.66% in separating oil from oil sand; when FH-1is used as rinsing agent and its concentration is 2.5%,the temperature is 72 ℃, and the solid-liquid ratio is 1:6, the oil extraction rate can reach 93.07% in separating oil from oil sludge.

Oil sand; Oil sludge; Hot alkaline washing; Separation; Oil content

TE 624

A

1671-0460（2014）10-1977-04

2014-04-28

徐云龍（1989-），男，遼寧撫順人，碩士研究生，研究方向：非常規(guī)石油資源與生物質(zhì)資源利用。E-mail：765235425@qq.com。

商麗艷，女，講師，碩士研究生，研究方向：非常規(guī)石油資源與生物質(zhì)資源利用。 E-mail：lyshang2011@126.com。