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計院，陜西 西安 710054;2.陜西省石油精細化學品重點實驗室，陜西 西安 710054;3.陜西延長石油(集團)有限責任公司 研究院，陜西 西安 710075)

油田和煉化生產過程中產生大量含油污泥，是石油化工行業的主要污染物之一。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，近年來隨著環保要求的不斷提高及廢棄物資源化利用的發展趨勢，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、調質-機械分離處理技術、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物，而余下的泥水則返回變為可利用的資源，從而減小污染，具有工藝過程簡單、快速、易于連續化等優點，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，在前期探索的基礎上，本實驗通過加入一定量的由殼聚糖和Al2(SO4)3復配而成的絮凝劑、采油廢水以及采用機械攪拌來減輕乳化現象;采用汽油為萃取劑，探索了溶劑比、萃取溫度、攪拌強度及攪拌時間的合適工藝條件，原油萃取率達97.3%。

1 實驗部分

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(實驗過程中分離出的采油廢水);93#汽油。

DHG-9070A 電熱恒溫鼓風干燥箱;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;ISO9001 電子分析天平;島津UV-2501PC 紫外可見分光光度計。

1.2 實驗方法

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］，分別計量三相體積。將各相分別移出恒壓滴定管，進行取樣分析。

1.3 分析方法

1.3.1 萃取相含油量 用離心機分離出部分原油，配制標準溶液，采用紫外可見分光光度法測出系列標準溶液的吸光度，掃描結果在320 ～335 nm 萃取相呈現最大吸收峰(圖1)。將溶液濃度與吸光度繪制標準曲線(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 標準溶液的紫外圖譜Fig.1 UV spectrum of standard solution

圖2 標準曲線Fig.2 Standard curve

1.3.2 萃取率 依據萃取相中油品含量與含油污泥中樣品含量的比值計算。

式中，A 為吸光度，n 為稀釋倍數，L 為萃取相體積，m 為含油污泥質量。

2 結果與討論

2.1 攪拌強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象，因此合適的攪拌強度對萃取過程有著重要的作用，應該兼顧混合的均勻性和有效避免乳化兩方面因素［12-14］。攪拌強度對萃取效果的影響見表1 和圖3，實驗條件見1.2 節(以下同)。

表1 攪拌強度實驗結果Table 1 Effect of stirring speed on extraction result

圖3 攪拌強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，可有效的控制乳化現象，同時也有利于兩相間的傳質，萃取效果最好。

2.2 攪拌時間的影響

萃取過程中，兩相傳遞未達平衡時，萃取相中的含油量隨萃取時間的增加而增大，萃取一段時間，即萃取體系達平衡后，其含油量不再增大，此時間即為平衡時間。研究萃取體系接近平衡狀態所需的混合時間具有非常重要的意義，因為萃取設備的生產能力或設計尺寸都與此接觸時間密切相關，還可以避免固-液萃取中因反應時間過長引起再乳化現象［15-16］。萃取過程的平衡時間主要由攪拌時間決定，攪拌時間與萃取相中含油量的關系見圖4。

圖4 攪拌時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，即達到了良好的傳質效果。

2.3 萃取溫度的影響

萃取溫度會影響分配比，進而影響萃取率，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 ℃。但是由于本實驗所用萃取劑為汽油，溫度的升高會加快汽油的揮發，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，此時的萃取率已經達到97.3%，已經充分利用了萃取液，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 萃取率計算結果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:攪拌強度120 r/min，攪拌時間20 min，溫度35 ℃，劑油比2 mL/g。此時，原油回收率達97.3%，實現了含油污泥的資源化利用。

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