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油罐底泥的脱水性能实验 ＊ 刘会娥 沈国平 陈 爽 肖家治 中国石油大学 华东 化学化工学院, 山东 青岛 266555 摘要 以胜利油田胜利采油厂两种油罐底泥为研究对象, 采用实验室压滤装置进行了压滤脱水实验研究。 1 号油泥干 基含油率 20. 97、固体平均粒径289. 2μ m, 2 号油泥干基含油率45. 41, 固体平均粒径45. 36 μ m。 研究发现 1 号油泥 无需添加任何助滤剂即可实现顺利脱水, 过滤比阻在 11011m kg左右, 滤饼压缩性指数为 0. 09。 2 号油泥需添加干 基油泥 0. 15倍以上的 TSM 助滤剂方可实现脱水, TSM 投加量增大有助于滤饼比阻降低, 并减弱滤饼的可压缩性。 含 油率和固体粒径是影响罐底泥脱水性能的重要因素。 关键词 油罐底泥; 脱水; 压滤 EXPERIMENT ON DEWATERING PERANCE OF SLUDGE FROM OIL TANKS Liu Hui e Shen Guoping Chen Shuang Xiao Jiazhi College of Chemistry and Chemical Engineering, China University of Petroleum, Qingdao 266555, China Abstract Dewatering perances of two kinds of sludges from oil tanks of Shengli Oil Production Plant were studied through pressure filtration experiments. The oil content of No . 1oily sludge is20. 97 dry basisand the average particle size is289. 2μ m, while the oil content of No . 2 oily sludge is 45. 41 and the average particles size is 45. 36 μ m. The experimental results show that No . 1 oily sludge has good dewatering property without any filter aid under lower pressure difference, with the specific resistance being about1 1011m kg, and the compressible index of the filter cake being 0. 09.Without filter aid, No . 2 oily sludge cannot be dewatered successfully. Filter aid TSM of higher than 0. 15 times of the mass of dry sludge is needed to realize the dewatering. With the increase of TSM dosing quantity , both the specific resistance and the compressibility of filter cake decrease.Oil content and particle size are important factors for oily sludge dewatering. Keywordssludge from oil tank; dewatering; pressure filtration ＊山东省自然科学基金青年基金资助项目 Q2006B08 。 0 引言 油田和炼油厂的油品储罐存储油品尤其是原油 时,经过较长时间后, 其中的砂粒 、泥土 、机械杂质以 及重油组分等会逐渐沉积在油罐底部而不能输送 ,此 即油罐底泥。为保证油罐的储存周期, 通常要求定期 清罐, 清罐过程中通常又要注入大量的水 ,以增加油 罐底泥的输送性, 从而进一步增大了油罐底泥的产 量,亦导致油罐底泥具有含油量高 、 含水量高的性质, 使其难以处理。 胜利油田胜利采油厂目前的处置方法是将罐底 油泥清出后送电厂作为燃料, 然而由于清罐油泥含水 量大,运输过程中会有油泥滴落 , 污染环境 , 另一方 面,含有大量水的油泥体积大 , 运输费用较高。根据 徐如良的分析 [ 1] ,含水量 95的油泥脱水到 50,将 会使油泥体积缩减为原来的 1 10。但是由于油罐底 泥的性质因油品性质 、 存储时间 、 固体杂质性质、油、 水、 固含量等的不同而不同,迄今没有一种简单、 高效 的油罐底泥脱水减量工艺在工业上推广 。如何高效 快速地降低油罐底泥的含水量 、 减少运输量以降低运 费、 消除环境污染已成为亟待解决的难题 。本文采用 胜利油田的两种油罐底泥进行了压滤脱水性能的实 验,探索其中的规律 , 以期为后续的油罐底泥脱水减 量化技术的开发奠定基础 。 1 实验部分 1. 1 实验原理 本实验采用恒压过滤的方法,污泥脱水过滤的基 本方程见式 1 [ 2] 。 θ V μ ω r 2PA 2V μ Rf PA 1 18 环 境 工 程 2009年 12 月第 27卷第 6 期 式中 V 滤液体积,m 3 ; p 过滤压差,Pa ; θ 过滤时间, s; A 过滤面积,m 2 ; μ 滤液黏度,Pas; Rf 过滤介质阻抗,m - 2 ; ω 单位体积滤液在过滤介质上截留滤饼 干固体质量, kg m 3 ; r 污泥比阻, m kg 。 比阻 r 反映了滤饼的特性 ,表示滤饼结构特性对 过滤速率的影响 ,其值的大小表示过滤操作的难易程 度。在不同的过滤时间记录滤液的体积, 根据式 1 即可得到油泥的比阻 。若滤饼是不可压缩的 ,则比阻 r 仅决定于滤饼的结构特性 ; 若滤饼为可压缩的, 则 比阻 r 将随过滤压差的增加而增大。 r 与操作压力 差的关系可以用式 2 表示 [ 2] ,即 r r0p s 2 式中 r0 单位压力差下的滤饼比阻,1 m 2 ; s 滤饼的压缩指数。 滤饼的可压缩性愈大 , s 也愈大 。对于不可压缩 滤饼, s 等于零 。通过测定不同压力下的比阻, 求得 可压缩性系数 s。 1. 2 实验装置 采用实验室压滤装置测定油罐底泥的脱水性能, 实验装置示意见图 1,其主要部件为过滤器, 装置配 有氮气瓶为过滤提供压差 。操作为间歇式,将滤浆悬 浮液配好后加入过滤器中, 快速冲入氮气加压 ,控制 过滤压差 ,同时开始接收滤液并记录滤液体积随时间 的变化,进行过滤性能测试。 1压力表; 2过滤器; 3针阀; 4缓冲罐; 5氮气瓶; 6减压阀; 7法兰; 8量筒。 图 1 压滤实验装置流程 1. 3 实验物料 采用的油罐底泥取自胜利油田胜利采油厂的两 个联合站, 为两种性质相差较大的含油污泥 ,清罐得 到的两种罐底油泥的含水率均在 80 以上 。将油泥 在105℃下烘干至恒重后 ,测定干基油泥的含油、含 固率以及固体颗粒的粒度分布 , 具体数据见表 1。 1 号油泥的含油率较低, 含固率较高 , 粒度分析结果 表明, 固体颗粒粒径分布较宽, 在 100 ～ 1 000 μ m左 右,平均粒径为289. 2 μ m。2 号油泥含油率较高 , 干 基含油率是 1 号油泥的 2 倍多, 含固率相对较低, 同 时固体颗粒粒径集中在 10～ 110 μ m ,平均粒径较小, 为45. 36 μ m。 表 1 样品含水、油、砂的测定 含油污 泥编号 含油率 干 基 含固率 干 基 固体平均 粒径 μ m 1 号20. 9779. 03289. 2 2 号45. 4154. 5945. 36 研究者发现含油污泥属于难过滤污泥,采用添加 合适助滤剂可以改善含油污泥的脱水性能 [ 3-4] 。本研 究采用一种助滤剂 TSM 来提高含油污泥的过滤性 能。TSM 无毒、 无味, 在空气中稳定, 微溶于水, 水溶 液呈弱碱性。所用 TSM 的颗粒粒径 100 μ m , 而且 小颗粒比较多 , 分布相对比较集中 , 平均粒径为 15. 68 μ m 。 2 结果分析与讨论 2. 1 1 号油罐底泥的压滤脱水性能 研究发现,1 号油泥在较低的过滤压差下无需添 加助滤剂即可实现直接过滤, 过滤过程中滤液清澈, 过滤 后滤饼状态 较干, 图 2 给出了 过滤压 差为 0. 2 MPa时的滤饼状态。取 3 个滤饼样品进行平行实 验,各个样品均放入烘箱在 105℃下干燥至恒重, 测 得滤饼含水率为 23。 取过滤压差分别为 0. 2, 0. 4 ,0. 6 MPa , 测定含油 污泥的比阻 ,得图 3 所示的关系, 各压力下滤饼比阻 均在 1 10 11 m kg 左右 , 变化不大, 根据式 2 分析 1 号油泥滤饼的压缩性指数 , 得 s 0. 09, 数值非常 小,可以近似认为该油泥滤饼为不可压缩 ,压力对其 比阻几乎无影响 , 比阻的大小主要取决于滤饼的 结构 。 2. 2 2 号罐底油泥的压滤脱水性能 在不添加助滤剂的情况下 ,对 2 号罐底油泥进行 直接压滤, 结果表明 ,将过滤压差提高到 0. 6 MPa, 仍 19 环 境 工 程 2009年 12 月第 27卷第 6 期 图 2 过滤压差为 0. 2 MPa 时1 号油泥的滤饼外观 图 3 1号油泥比阻与过滤压差的关系 难以形成滤饼 ,水很难脱除。因此, 添加助滤剂 TSM 到该含油污泥中进行实验 。 在2 号油泥中投加低于 0. 15 倍干基油泥质量的 TSM 助滤剂时, 油泥严重堵塞滤布 ,即使提高过滤压 差,水也难以脱出 ,滤饼无法形成。TSM 助滤剂投加 量足够高时,脱水较顺利 ,滤液清澈 ,图 4 为在过滤压 差为0. 1 MPa、 TSM 投加量为干基油泥质量的 0. 55 倍 时所得滤饼外观 ,可以看到滤饼坚实,无流动水存在。 过滤压差0. 1MPa、TSM 投加量 11 . 76 图 4 2 号油泥滤饼外观 助滤剂的投加量对污泥脱水影响较大,图 5为投 加不同 TSM 助滤剂及不同过滤压差下 2 号油泥比阻 的变化情况 。由图 5 可知 , 在一定范围内, 随着 TSM 投加量增大 ,含油污泥比阻均呈下降趋势 ,在各个过 滤压差下 ,在TSM 投加量与干基油泥质量比高于 0. 4 之后, 滤饼比阻变化趋缓。表明 TSM 投加量与干基 油泥质量比 0. 4 左右为最佳值, 此条件下 , 2 号含油 图5 TSM 投加量与 2 号油泥比阻关系 污泥脱水性能有较大改善, 同时滤饼体积不至于 过高 。 同时从图 5 可以看出 ,随着过滤压差增大, 滤饼 比阻增大, 表现出一定的可压缩性, 但是随着助滤剂 加入量增加 ,滤饼比阻变化逐渐减小, 可压缩性逐渐 变小。根据式 2 得出滤饼的可压缩性指数数据, 如 表2 所示 。可以看出, 随着助滤剂加入量增大, 压缩 性指数总体上呈减小的趋势。 表 2 不同 TSM 投加量时 2 号油泥滤饼的压缩性指数 m TSM m 干基油泥滤饼压缩性指数 s 0 . 220. 777 0 . 280. 731 0 . 550. 515 2 号油泥滤饼含水率见表 3。从表 3 可知, 滤饼 含水率均能达到 60以下, 滤饼均接近于图 4 所示 的状态,无流动水存在,满足运输要求。 表 3 TSM 作为助滤剂时 2号油泥脱水后滤饼含水率数据 m TSM m 干基油泥 含水率 过滤压差 0 . 1MPa 过滤压差 0. 2MPa 过滤压差 0. 4 MPa 过滤压差 0 . 6MPa 0. 2248. 3243. 4354. 8454. 83 0. 2851. 6142. 3944. 8350. 46 0. 4250. 9147. 849. 6346. 32 0. 5559. 5450. 2757. 0959. 67 从上述结果看出,TSM 可实现很好的助滤作用, 随助滤剂投加量逐渐增加 ,油泥比阻逐渐减小并趋于 稳定。压滤过程中 ,TSM 起到骨架的作用, 使滤饼中 形成孔隙 , 滤饼的可压缩性减弱 , 水能够顺利脱出。 但目前的研究中仍存在助滤剂投加量过高的问题 ,进 一步寻求更加优良的助滤剂, 减少助滤剂投加量, 更 加有效地实现罐底油泥的减量化是下一步工作的 目标 。 1 号油罐底泥在不添加任何助滤剂的情况下即 20 环 境 工 程 2009年 12 月第 27卷第 6 期 可实现直接过滤 ,在过滤压差为0. 2 MPa下 ,滤饼含水 率可降到 23,2 号油罐底泥则不能实现直接过滤, 需要添加助滤剂才能实现顺利脱水 ,脱水后滤饼含水 率明显高于 1 号油泥 ,从比阻数据来看, 投加不同比 例的助滤剂后, 2 号油泥滤饼的比阻仍比 1 号油泥 高。分析两种罐底油泥主要区别在于 1 号油罐底泥 含油率较低 ,含固量高且粒径大, 而 2 号油罐底泥含 油率要高得多 , 含固量低且固体粒径较细 。由此可 见,含油率可能是决定含油污泥能否实现直接过滤的 关键因素之一, 含油率高将会使污泥更加黏稠 ,固体 颗粒被粘结在一起, 压滤过程中会堵塞过滤介质的孔 道,不利于过滤的进行。投加助滤剂除了一方面起到 骨架的作用,另一方面也降低了油泥的总体含油率。 在压滤工艺中先期除去滤浆中的浮油无疑将会有利 于压滤效果的改善。除了含油率, 油泥中固体粒径的 大小和粒径范围也是影响滤饼孔道结构形成的重要 因素 ,从而使两种罐底油泥表现出完全不同的脱水性 能。固体粒径大小及其范围如何影响滤饼结构需要 进行进一步的深入研究。 3 结论 1 含油率低 、 固体粒径大的 1 号油泥在不添加任 何助滤剂的情况下即可实现直接压滤脱水,过滤压差 0. 2 MPa 时,滤饼含水率可从初始的 80以上下降到 23。 2 含油率高 、 固体粒径小的 2 号油泥不能实现直 接压滤脱水 ,投加与干基油泥的质量比高于 0. 15 的 助滤剂 TSM, 可实现顺利脱水, 随着助滤剂投加量增 加,2 号油泥滤饼比阻逐渐降低 ,滤饼可压缩性减弱。 脱水后的 2 号油泥滤饼含水率从初始的 80以上下 降到低于 60, 无流动水存在, 满足运输要求 。 3 含油率和固体粒径的大小及范围均是影响罐 底油泥脱水性能的重要因素。 参考文献 [ 1] 徐如良, 韩子兴. 油罐底泥的减量化和资源化技术[ J] . 石油与 天然气化工, 2004, 33 5 369 -374. 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