某海上平台含油污泥的物性分析

刘超

（山东滨化东瑞化工有限责任公司，山东滨州 256600）

1 含油污泥简介

1.1 发展状况

近年来，随着石油工业的不断发展，非常规油气田的开发力度不断加大，导致高粘、有毒、酸性含油污泥产量增加。 原油的组成主要包括：脂肪烃、芳香烃、沥青质、树脂等，其中苯、二甲苯、环烷烃、多环芳烃和其他挥发性难降解有机化合物相对常见， 这也是为什么含油污泥是高粘度、有毒和酸性的原因之一[1]。 由于含油污泥中含有大量的重金属、杂原子化合物、多环芳烃等有毒有害污染物，其对人畜健康和周围生态环境的危害不容忽视。 含油污泥体积庞大，若不加以处理直接排放，将会对生产区域和周边环境造成不同程度的影响。 由于油田类型、土壤组成和储存条件的不同，来自不同来源的含油污泥的物理化学性质也不同[2]，含油污泥的性质和组成变化范围很大，受采样时间、地点等多种因素的综合影响，即使是同一种含油污泥，其性质也会有较大幅度的波动，含油污泥的无害化、资源化回收和减量化处理，是现在石油行业的主要问题之一。

1.1 处理方法

1）传统方法：传统的含油污泥处置和处理方法，如填埋、焚烧、固化和生物降解，然而，这些技术总是或多或少地存在缺陷， 都存在效率低、成本高、资源浪费和环境污染风险高等缺点。 2）溶剂萃取：将含油污泥与萃取溶剂按一定比例完全混合，去除混合物中的固体颗粒、水和其他杂质、蒸馏混合物，从萃取剂中分离回收污泥中原油的技术。 3）超声波法：利用超声波改变含油污泥的物理性质和状态。 声辐射引起的空化效应和机械振动会剥离原来附着在固体颗粒表面的原油液滴，在超声波的连续作用下，油水乳状液的粘度不断降低， 乳状液混合物中的小液滴加速运动、碰撞和合并。 从而减少固体颗粒表面的原油数量。 4）表面活性剂法：基于化学清洗的原理，利用表面活性剂的亲水基团和油混合物的水相溶液来提高石油烃的溶解度。 5）冻融法：指随着温度的不断降低，含油污泥中的较低凝点的水相或油相（由于不同地区含油污泥中石油碳氢化合物的组成不同， 各种碳氢化合物的凝固点也不同）被冻结，其体积会膨胀，在随后的解冻过程中，由于重力和表面张力的双重作用， 油相和水相逐渐分层，最终实现原油的回收。 6）催化热解：普通热解主要采用电炉加热方式，不添加添加剂，直接热解含油污泥回收油。 而催化热解是在普通热解的基础上，增加催化剂的使用，来达到增加原油回收率的目的。 7）超临界氧化：指使用超临界流体氧化来处理含油污泥，以降低分离后回收的污泥中油相的粘度和重组份的含量。 8）电脱法：在电渗压力下， 使离子或带电粒子迁移到相应的电极， 即电流产生的电场打破聚集状态的含油污泥，迫使固体颗粒在电泳的作用下缓慢迁移到阳极，在电渗压的作用下，分离出来的固体颗粒发生碰撞和聚集，逐渐形成沉淀；而油和水迁移到阴极，由于分子作用力和静电力的作用，油滴和水滴在此处合并，实现油的回收目标。

1.2 研究目的

海洋石油工业是我国石油产量的重要来源之一，而海上油田平台空间有限，无法引入大型处理设备，很多处理方法也很难在平台上得到应用，因此加大了含油污泥的处理难度。 且根据海上油田的运行经验来看，含油污泥在石油生产流程中会包覆在电脱上， 造成电脱无法正常工作，必须及时处理，因此确定含油污泥理化特性参数就显得非常重要[3～7]。 本研究就是针对海上平台采出液处理过程中所形成的含油污泥理化特性进行实验分析，确定其组成，为后续无害化处理提供参考数据。

2 实验

2.1 试剂与仪器

试剂：石油醚、甲苯(分析纯)，均为北方化学试剂有限公司生产；氯仿、正己烷、甲苯、无水乙醇(分析纯)、丙酮和二氯甲烷，均为天津化学试剂有限公司生产。

主要仪器：红外光谱仪，北京布鲁克科技有限公司；Vario Micro cube 元素分析仪， 德国Elementar；X 射线荧光光谱仪，日本RigaKu。

2.2 含油污泥样品

取自某海上油田的含油污泥样品，样品总量为5L。 样品外观显示为样品分层，上层部分约占2/3，表现为黑色粘稠油状物质（以下简称为“油份”）。 下层的部分约占1/3，为灰褐色粘稠物（以下简称为“泥份”）。

2.3 分析方法

对含油污泥的含水量，挥发性固体含量和灰分含量进行测定，方法如下：

2.3.1 含水量检测方法 依据LY/T1213－1999《森林土壤含水量的测定》分析样品含水率。 公式为：

式中：W－污泥样品质量，g；

W1－蒸发皿质量，g；

W2－烘干后污泥样品与蒸发皿质量之和，g。

2.3.2 挥发性固体和灰分检测方法 依据GB/T 7702.15－2008 《煤质颗粒活性炭试验方法灰分的测定》测定样品中挥发性固体和灰分。

灰分含量计算公式为：

式中：S1－干燥污泥质量，g；

S2－灼烧后灰分的质量，g。

挥发性固体含量计算公式为：

式中：S1－干燥污泥质量，g；

S2－灼烧后灰分的质量，g。

3 实验结果与讨论

3.1 油泥分析

取适量的样品上层“油份”于试管中，加入石油醚溶解，实验结果显示“油份”可以充分的和石油醚进行混溶， 仅有极少量的沉淀物在管底；另取一份“油份”于试管加水溶解，结果显示水不溶，根据实验现象结合样品外观初步判断其主体组份为较纯的原油。

取适量的样品下层“泥份”，试验显示难溶于石油醚和甲苯，且溶后分层，试管上层石油醚或甲苯表现均为略带褐色的透明液体，下层表现为灰褐色抱团粘稠物；而“泥份”在与水和乙醇混溶后成为均相的灰褐色悬浊液。

在海上平台进行作业过程中， 根据现场反馈情况，影响电脱等工艺正常运转的主要为下层“泥份”。 因此，以下分析主要针对该成份物质进行。

由2.3 中的分析方法对“泥份” 样品的含水量、有机物等进行分析，结果见表1。

表1 油泥样品基本参数

3.2 元素、红外光谱分析

“油份”——经过离心后取上层油样送元素分析仪和红外光谱仪分析；

“泥份”——依次以石油醚和甲苯（每次各自与“泥份”体积比1∶1）对“泥份”洗涤各两遍后，再以饱和盐水充分洗涤、加热处理后，烘干送样分析。

对油份和泥份样品分析的结果见表2、 图1和图2。

表2 油泥样品元素分析

图1 “油份”红外谱图

图2 “泥份”红外谱图

从元素分析表2 看：含油污泥中N 和S 元素的含量均比较低，“油份”中C、H 元素总含量占比为96.68%，“泥份”中C、H 元素总量占比79.87%，故含油污泥确定其主要为碳氢化合物。 从红外谱图图1、图2 可见：“泥份”除了在2923、1459cm-1处具有长链的脂肪烃类物质，还在1108cm-1处显示具有强的醚键、3517cm-1处的羟基、 以及在1375、1626cm-1处弱的酰胺官能团，由此可判断泥份中应含有聚醚类和部分水解聚丙烯酰胺类物质。

3.3 无机物组分分析

将“泥份”经过同样的石油醚和甲苯，再由饱和盐水洗涤的操作后，先经过105℃烘干水份，然后经过550℃去除有机物的处理后， 取釜残物进行XRF 分析，结果见表3。

由表3 中XRF 检测的SQX 计算结果可见：占“泥份”含量为4.62%的无机物，其主要成分为钙、镁、铝、铁的硅酸盐和硫酸盐。

表3 油泥样品XRF

4 结论

由以上各种检测结果可对海上某平台油泥样品的“泥份”做出以下结论：

所提供的油田油泥样品中的“泥份”组成为：主要为聚醚类、有少量聚丙烯酰胺类物质，少量沥青质、胶质类物质，同时夹带少量地层膨润土类物质。