前沿應用|低場核磁共振技術在油泥含油率檢測中的應用

2024-06-06 18:00:05 190閱讀次數

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含油污泥是指混入原油、各種成品油、渣油等重質油的污泥。含油污泥不是自然界固有存在的，而是由于油田開采、石油煉制過程、運輸、使用、貯存等各種與原油、成品油有關的工業、民用、個人等，因各種事故、操作不當、設備陳舊、破損、腐蝕等原因造成原油、成品油跑、冒、滴、漏，外泄到地面，沉積到海洋、湖泊、河底，與泥土、水等混合在一起而形成的油、土，水，甚至摻混有等其他污染物的混合物。含油污泥對人體有害，對植物、水體生物有害，蒸發在空氣中的油氣能刺激皮膚、眼睛及呼吸器官，使土地失去植物生長的功能，處理和修復困難，是石油及石油化工工業的主要污染物之一[1]。

據不完全統計，我國石化行業平均每年產生80萬t含油污泥，全石化行業平均每年產生6000萬t含油污泥。油泥是一類具有資源回收價值的含油固體廢物。

低場核磁共振作為一種高新技術，一般在2min內完成對油泥含油率的檢測，可以對油泥的油回收水平進行快速評估，以及對油泥處理工藝進行實時評價。

一、含油污泥的主要產生場景[2]？

1）原油開采產生含油污泥：原油開采過程中產生的含油污泥主要來源于地面處理系統，采油污水處理過程中產生的含油污泥，污水凈化處理中投加的凈水劑形成的絮體、設備及管道腐蝕產物和垢物、細菌(尸體)等組成了含油污泥。此種含油污泥一般具有含油量高、粘度大、顆粒細、脫水難等特點,它不僅影響外輸原油質量,還導致注水水質和外排污水難以達標。

2）油田集輸過程產生含油污泥：油田集輸過程產生的含油污泥的主要來源于接轉站、聯合站的油罐、沉降罐、污水罐、隔油池底泥、煉廠含油水處理設施、輕烴加工廠、天然氣凈化裝置清除出來的油沙、油泥，鉆井、油田作業、管線穿孔而產生的落地原油及含油污泥。油品儲罐在儲存油品時，油品中的少量機械雜質、沙粒、泥土、重金屬鹽類以及石蠟和瀝青質等重油性組分沉積在油罐底部，形成罐底油泥。這些含油污泥本身成分復雜，含有大量的老化原油、蠟質、瀝青質、膠體和固體懸浮物、細菌、鹽類、酸性氣體、腐蝕產物等，在污水處理過程中還加入了大量的凝聚劑、緩蝕劑、阻垢劑、殺菌劑等水處理藥劑，也混于含油污泥中。

3）煉油廠污水處理場產生的含油污泥：煉油廠污水處理場的含油污泥主要來源于隔油池底泥、浮選池浮渣、原油罐底泥等，俗稱“三泥”，這些含油污泥組成各異，通常含油率在10%～50%之間，含水率在40%～90%之間，同時伴有一定量的固體。

4）鋼鐵冶煉等行業用油所導致的污染的泥土。

5）海上油田開采，造船修船使用重油烴所污染的海岸線、河流邊際，海底含油污泥，石油油罐車船事故導致的油品泄漏造成的水體、地表含油污泥等。

二、含油污泥的主要處理方法？

含油污泥因污染造成的原因等不同而組成不同，一般油田、貯罐等產生的含油污泥含油率在10%～50%，含水率在40%～90%。這些含油污泥的產生、數量和組成基本上比較穩定，是一種可以進行回收的資源，目前主要的處理方式有以下幾種[3]。

1）固液機械分離法：固液機械分離法是研究較早、較成熟、較通用的含油污泥處理方法，其從真空過濾法、加壓過濾法到滾壓過濾法，再到離心脫液法，實現了含油污泥從固、液兩相分離到油、水、渣三相分離，分離后的水相進污水處理廠進行處理，油相至煉廠回煉，濾渣通常采取填埋、焚燒和生物處理及部分綜合利用等措施進行處理。

2）化學熱洗法：化學熱洗法也稱熱脫附，是利用熱化學溶液對含油污泥進行反復洗滌，使油類物質從固體表面脫離的方法。常用的熱洗液主要是混合堿，可由無機堿和無機鹽組成，也可選用更經濟的洗滌用品。洗滌后的混合液可通過氣浮的方式實現油水分離。

3）溶劑萃取法：溶劑萃取法是利用物質極性的相似相溶原理，選取有機溶劑作為萃取劑，將含油污泥中的油類物質抽提出來，而后對萃取液進行蒸餾，將溶劑與油類物質分離的方法。油類物質可回收利用，殘渣達到環保要求后可直接填埋或進一步利用。

4）熱解法：熱解法是指在無氧微正壓的條件下加熱含油污泥，使其中的油類和有機物析出，將含油污泥分離為熱解渣、熱解液、熱解氣，達到資源利用目的的方法。

此外除了以上含油污泥處理方法外，還有地耕法、含油污泥固化法、化學破乳法、固液分離法、土地填埋技術，含油污泥的綜合利用一般是利用含油污泥鋪路、制磚、制作蜂窩煤等。國外還有含油污泥低溫熱解技術，以及采用溶劑和低頻聲波分離油泥的方法等。

可以看出，對油泥的回收處理技術比較繁多，那么有什么方法可以快速評價污泥的處理效果呢？這里就提供了低場核磁共振法，用于快速評價污泥的油回收效果評價[4]。

三、低場核磁共振法在油泥油含量檢測中的應用

那如何使用低場核磁共振技術來檢測油泥中的油含量呢？以下帶來詳細的應用案例：

1）準備一批從污泥樣品處理回收獲得的油樣。

2）稱取0.5g油樣，進行核磁信號的檢測，隨后增加油樣，記錄對應的重量，以及對應的核磁信號。（稱取的油樣質量滿足范圍即可，這一步是為了建立油信號標線，一般取五個點，要求相關系數＞0.999）。

3）將不同質量下的油樣的質量以及對應的核磁信號，進行擬合，得到油樣質量和核磁信號的標線。

4）將需要檢測的油泥樣品，加入油水分離劑，并充分攪拌分離，使用同標線一樣的參數，獲得油的核磁信號。

5）將待測樣品的油核磁信號帶入標線，即可得到油泥中的油質量，從而獲得油泥的含油率。

參考資料

[1]劉五星, 駱永明, 滕應, 等. 我國部分油田土壤及油泥的石油污染初步研究[J].土壤, 2007, 39(2):5.

[2]李建柱, 李曉鷗, 封瑞江, 等. 油泥及其處理工藝發展現狀[J].煉油技術與工程, 2009(12):4.

[3]Zhong, Hanyi, Qiu, et al. A preliminary study of the preparation of shale stabilizer with oil sludge - From waste to resource[J].Journal of Petroleum Science & Engineering, 2018.

[4]Jin Y, Zheng X, Chi Y.Experimental Study and Assessment of Different Measurement Methods of Water in Oil Sludge[J].Drying technology: An International Journal, 2014.