含聚含油污水分离试验研究.docx
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含聚含油污水分离试验研究
含聚含油污水分离试验研究
中国矿业大学
本科生毕业论文姓名：
学院：
专业：
设计题目：
2008年6月徐州
中国矿业大学毕业论文任务书
学院化工学院专业年级应用化学2004级学生姓名马银洁
任务下达日期：
2008年2月25日
毕业论文日期：
2008年2月25日至2008年
毕业论文专题题目：
毕业论文主要内容和要求：
院长签字：
指导教师签字：
6月20日
中国矿业大学毕业论文指导教师评阅书
指导教师评语（①基础理论及基本技能的掌握；②独立解决实际问题的能力；③研究内容的理论依据和技术方法；④取得的主要成果及创新点；⑤工作态度及工作量；⑥总体评价及建议成绩；⑦存在问题；⑧是否同意答辩等）：
成绩：
指导教师签字：
年月日
中国矿业大学毕业论文评阅教师评阅书
评阅教师评语（①选题的意义；②基础理论及基本技能的掌握；③综合运用所学知识解决实际问题的能力；④工作量的大小；⑤取得的主要成果及创新点；⑥写作的规范程度；⑦总体评价及建议成绩；⑧存在问题；⑨是否同意答辩等）：
成绩：
评阅教师签字：
年月日
中国矿业大学毕业论文答辩及综合成绩
摘要
目前我国许多大油田均已处于开发晚期，由于聚合物驱油技术在油田的广泛应用，使油田采出的含油污水中含有大量的聚合物，含油污水的处理难度加大，同时，这些含聚污水的回注也会对油田开发产生储多不利的影响。
因此，研究含聚含油污水的分离技术对于油田生产意义重大。
本文主要论述了含聚含油污水的来源，危害和国内外处理含聚含油污水的现状。
通过对几种处理方法的综合比较，选择气浮法分离含聚含油污水。
本文以取自胜利油田的含聚含油污水为研究介质，选用宁夏太西的无烟煤为浮选剂，分别对浮选机的搅拌速度、搅拌时间、充气量、煤量和煤粒级等五种影响因素做了实验研究，讨论了它们的浮选结果。
然后通过正交实验，确定搅拌速度对分离效果影响最大，搅拌时间次之；搅拌速度为1902r/min时分离效果最好。
最后用浮选柱的几组实验，证明选用无烟煤为浮选剂，用气浮法分离含聚含油污水是可行的，经分离后的水中的含油量达到了要求，除油率达99%。
关键词：
浮选机；含油污水处理；油水分离剂
ABSTRACT
Atpresent,largeoilfieldsinChinahavebeenmanyinthedevelopmentofadvanced,aspolymerfloodingtechnologyinthewideruseofoil,oilfieldrecoveryofoilywastewatercontainingalargenumberofpolymers,oilywastewaterdifficulttodealwiththesametime,thosewithSewageback-Notewillhaveareserveoirofoilfielddevelopmentmoreadverselyaffected.Therefore,researchwiththeoilyWater-separationtechnologyfortheoilproductionofgreatsignificance.Thisarticlediscusses-oilywastewatercontainingthesourceofharmandtreatmentathomeandabroad-includingthestatusofoilywastewater.Throughseveralintegratedapproach,thechoiceofair-oilseparationofsewage.ThispaperfromtheShengliOilfield-oilywastewatercontainingmediumforresearch,tooNingxiaWestselectionfortheflotationoftheanthracite,respectively,ontheflotationofthemixingspeed,stirringtime,theinflatablevolumeofcoalandcoal-fivetabletsofthefactorsthataffecttheexperimentalstudies,theydiscussedtheresultsoftheflotation.Thenorthogonalexperimenttodeterminethespeedofthestirringeffectofthelargestseparation,followedbystirringtime;mixingspeedof1902r/min,fromthebesteffect.Finally,throughflotationcolumn,inseveralexperimentstoprovethatselectionfortheflotationofanthracite,withair-oilseparationofsewageisfeasible,aftertheseparationoftheoilcontentofthewatertotherequest,thedegreasingrateis99%.
Keywords:
flotationmachine；oilywatertreatment；oil/waterseparationagent
目录
1引言.................................................................................................................................1
1.1课题研究的背景...................................................................................................1
1.1.1含聚含油污水的来源..................................................................................1
1.1.2含聚含油污水的性质.................................................................................2
1.1.3含聚含油污水的危害.................................................................................5
1.2含聚含油污水处理技术国内外研究现状...........................................................6
1.3课题研究的内容.................................................................................................11
2实验仪器、药品及方法...............................................................................................12
2.1实验仪器.............................................................................................................12
2.2实验药品.............................................................................................................12
2.3实验方法.............................................................................................................12
2.3.1紫外分光光度计测定原油标准曲线........................................................12
2.3.2浮选机分离含聚含油污水........................................................................14
2.3.3浮选柱分离含聚含油污水........................................................................14
2.3.3.1旋流-静态微泡浮选柱除油的基本原理................................................14
3含聚含油污水分离技术研究........................................................................................17
3.1含聚含油污水性质分析......................................................................................17
3.2含聚含油污水分离实验......................................................................................17
3.2.1含聚含油污水浮选机分离实验结果及分析............................................17
3.2.2含聚含油污水浮选柱柱分离实验结果及分析........................................25
3.2.3本章小结...................................................................................................26
4结论................................................................................................................................28
参考文献...........................................................................................................................29
英文翻译...........................................................................................................................31
4结论...............................................................................................................................45
致谢...............................................................................................................................47
中国矿业大学2008届本科生毕业论文
1引言
石油是发展石化工业的基础原料，同时也是国家的重要战略物资，关系到国民经济的全局。
同时，由于石油是一种不可再生的能源，石油采收率不仅是石油工业界，而且是整个社会关心的问题。
1.1课题研究的背景
1.1.1含聚含油污水的来源
石油开采可分为三个阶段，一次采油是依靠地层能量进行自喷开采，产量约占储藏量的5%－20%:
在地层能量释放以后用人工注水或注气的方法，增补油藏能量，维持地层压力，使原油得到连续开采，称之为二次采油，其采收率约为15%－20%；当二次采油开展几十年后，剩余油以不连续的油块被圈捕在油藏砂岩孔隙中，此时采出液中含水85%－90%，有的甚至高达98%，这时开采己没有经济效益。
为此约有60%－70%的原油只能依靠其它物理和化学方法进行开采，这样的开采称之为三次采油。
目前我国大多数油田均已处于开发晚期，采出液含水率高达90%以上，全面开展三次采油迫在眉睫。
另外我国己经成为石油净进口国，而且进口额将逐年大幅增加，而我国三次采油技术正处于发展阶段，还很不成熟，有许多值得我们深人研究和探讨的东西，这就对三次采油技术提出了挑战。
实践证明三次采油能增加采收率12.4%，增加的可采储量相当于全国目前剩余储量的56%，若此潜力挖掘出来，相当于我国可采储量提高一倍以上，为此，发展三次采油是我国石油开采的必经之路。
自1986年以来，三次采油技术已列入国家重点科技攻关项目中，既重视了室内研究，又安排了现场试验，并在许多油川大规模实施，使我国的三次采油技术有了很大发展。
三次采油主要包括碱驱、微乳液驱、聚合物驱、复合驱等方式。
聚合物驱主要是向注人水中添加增稠剂，提高水的黏度，从而降低流度比，扩大波及体积，改善驱油效率。
现在常用的聚合物是聚丙烯酞胺和生物聚合物。
目前聚合物驱油技术已经取得了突破性进展，为中国石油可持续发展做出了重大贡献，但随着聚合物驱规模的不断扩大，在聚驱采出液处理上遇到了很多困难。
与油田常规的回注污水相比，聚合物驱采出污水具有黏度高、油水乳化严重、携带固体悬浮物能力强、油滴和固体颗粒上浮或下沉阻力大、对化学处理剂的吸附损耗严重等特点，处理难度非常大[2]。
近年来，国内外大量研究和报道显示，聚合物驱采出液处理技术已成为油田水处理的焦点和难点，但目前尚未建立有效的相关处理技术。
因此，优化聚合物驱采出液处理工艺，研制新型高效的油水分离剂已成为以[1]
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后工作的重点。
1.1.2含聚含油污水的性质
由于采油方法、原油特性、地质等条件不同，油田采出水的水质各异，但又有共性。
表1-1为油田采出水的特征[3]。
表1-1油田采出油的特征
指标
含油量
悬浮物
矿化度
结垢离子
有机物
微生物特征含油量高，一般在1000mg/L以上悬浮物含量高，颗粒细小，沉降缓慢矿化度高，一般在1000mg/L以上，最高可达14×104mg/L含有Ca2+、Mg2+、HCO3-、Ba2+、Cr2+等含有原油和采油过程中的各种化学药剂常见有铁细菌、腐生菌、硫酸盐
还原菌等危害回注堵塞地层，外排造成污染容易造成地层堵塞加速腐蚀，给废水生化处理造成困难容易在管道、容器中结垢有利于微生物繁殖，造成腐蚀和堵塞容易腐蚀管线，堵塞地层
由于原油特性、采油方式等不同，油田采出水各具有特殊性。
聚合物驱由于高分子聚丙烯酰胺的存在，粘性增大，油水分离缓慢；三元复合驱不仅含有聚丙烯酰胺，还含有碱和表面活性剂，采出水粘性大，乳化严重，油水很难靠自然沉降分离。
国外在聚合物驱方面开展的研究工作主要集中在室内驱油试验上，在已开展的为数不多的小规模矿场试验中采取了将聚合物驱采出液与水驱采出液混合处理的方法，没有感受到聚合物驱采出液与常规水驱采出液在油水分离上存在的显著差别，在聚合物驱采出液性质和处理技术上开展的研究工作很少，尚未有文献报道[4]。
国内的大庆油田和胜利油田在20世纪90年代末相继开展了一些大规模聚合物驱矿场试验。
在采出液和含油污水油水分离技术方面也开展了一些研究工作，开发出了适合聚合物驱采出液的破乳剂，基本上解决了聚合物驱采出液的油水分离问题，在聚合物驱采出液和含油污水性质及油水分离机理方面也开展了较为系统的研究工作。
康万利[5]等针对大庆油田三元复合驱采出液性质和破乳机理开展了包括采出水表面压、采出水表面膜中驱油剂的状态、采出液平衡界面张力、聚合物对O/W型和W/O型原油乳状液的稳定作用、采出液油膜和水膜强度、采出液粘度、W/O型采出液中水珠粒径分布、破乳剂对采出液平衡界面张力的影响、破乳剂对水相表面压的影响、破乳剂对采出液油膜和水膜强度的影响等在内的研究工作，所得出的研
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究结论包括：
（1）三元复合驱采出液具有良好的稳定性，原油乳状液的粒径分布随时间变化不大，平均粒径在1μm-10μm之间。
三元复合驱采出原油乳状液的类型随驱替进行有较大的变化。
开始以W/O型为主，随三元组分的推进，采出液乳状液类型变得复杂，由油包水（W/O）型向水包油（O/W）型及多重型过渡。
（2）三元复合驱采出液体系的界面张力较低（10-5N/m）。
界面张力降低对乳状液稳定是一个有利因素。
聚合物和表面活性剂对三元复合驱乳状液均有一定的稳定作用。
表面活性剂对油膜和水膜均有稳定作用，聚合物对稳定油膜的影响不显著，但显著提高水膜强度，即对稳定水包油型乳状液更有利。
（3）破乳剂不仅能降低水驱或二元（PAM+NaOH）体系/原油间的界面张力，而且能升高三元体系的油水界面张力；说明在这些情况下，破乳剂均有能力吸附到界面上。
破乳剂的破乳能力与它的界面活性无对应关系。
破乳剂在界面上的吸附能力及削弱界面膜强度的能力与其破乳能力密切相关，破乳剂降低界面膜强度的能力越强，其破乳效果越好。
（4）破乳剂的破乳机理之一为破乳剂分子部分顶替乳化剂分子并显著降低界面膜强度。
吴迪[6]等从油水体相性质和界面性质出发系统研究了O/W型三元复合驱采出液的乳化和破乳机理，通过室内试验研制了适合O/W型三元复合驱采出液热化学脱水的破乳剂，所得出的研究结论包括：
（1）化学驱采出液中残留的碱、表面活性剂和聚合物导致采出液油水乳化严重，油水乳状液稳定性增强，油水分离难度加大。
（2）O/W型化学驱采出液的乳化机理为油珠在作用其上的粘性剪切应力的作用下发生破裂，其中采出液中残留的碱和表面活性剂使油水动态界面张力大幅度下降，使油珠抵抗变形的能力下降，容易发生变形和破裂；采出液中残留的聚合物使水相粘度增大，使作用在油珠表面上的粘性剪切应力增大，导致油珠破裂趋势增强；高碱浓度下，碱不仅使油水界面张力降低，还显著降低油水界面的剪切粘度和剪切弹性模量，使油水界面的流动能力增强，导致油珠在粘性剪切应力作用下的内环流增强，容易发生破裂。
（3）O/W型化学驱采出液稳定性随其中残留的碱、表面活性剂和聚合物含量增大而增强的主要原因是残留的碱、表面活性剂和聚合物造成化学驱采出液油珠粒径减小，乳化程度增大。
（4）O/W型化学驱采出液的稳定机理为：
①碱、表面活性剂和聚合物造成O/W型化学驱采出液乳化程度增大油珠粒径减小，使油珠上浮速度和聚结速率下降，同时也使油珠聚结过程中被束缚在油相中的水滴粒径减小，造成O/W型化学驱采出液破乳后上层W/O型乳化原油的稳定性增强；②聚合物对化学驱采出液水相的增粘作用使油珠上浮和水膜排液速度降低；③部分碱和表面活性剂浓度区域内碱和表
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面活性剂对油水界面张力的降低作用使油珠聚结过程中两油珠之间的平板液（水）膜面积增大，进而使水膜变薄和油珠聚结的速率下降；④高碱含量下，碱对油水扩散双电层的压缩作用使油水界面上吸附的原油中的天然界面活性物质、碱与原油中天然物质反应生成的界面活性物质及表面活性剂偏向油相一侧，所产生的空间位阻使O/W型化学驱采出液破乳后所形成的W/O型乳化原油中的水滴聚结困难。
（5）O/W型化学驱采出液可采用热化学脱水工艺实现油水分离，其热化学破乳机理为破乳剂吸附到油水界面上顶替原油中的天然界面活性物质、碱与原油中天然物质反应生成的界面活性物质和表面活性剂，降低油珠表面的负电性和油珠之间的静电排斥力，促进油珠之间的聚结，使油珠上浮速率加大并使O/W型化学驱采出液分层后所形成的油珠浓缩层内油珠粒径增大，使得油珠聚结过程中被束缚在油相中的水滴直径增大，结果使所形成的W/O型乳化原油的稳定性下降，容易破乳。
（6）化学驱采出液的相分离过程可分为油珠上浮、油珠聚结和水滴沉降三个相互平行和互相衔接的子过程。
（7）O/W型化学驱采出液中残留的阴离子型部分水解聚丙烯酰胺对油珠有显著的聚集和聚结作用，这种作用随聚丙烯酰胺浓度增大而增强，表面活性剂及表面活性剂与碱的协同作用可显著降低聚丙烯酰胺对油珠的聚集和聚结作用。
邓述波[7]等系统研究了三元复合驱含油污水的稳态和失稳机理，通过室内试验研制了一个针对三元复合驱含油污水的油溶性反相破乳剂配方，所得出的研究结论包括：
（1）聚合物（聚丙烯酰胺）对三元复合驱含油污水的油水分离具有有利和不利两方面作用。
有利作用是聚合物能促使污水中分散的油珠絮凝、聚结，尤其是在表面活性剂含量少时，聚结效果明显；不利作用是聚合物增加污水粘度，降低油珠上浮速度，增加聚结过程中油珠间水膜的强度。
当聚合物在污水中的浓度小于1000mg/L（聚合物的分子量为272万）时，聚合物有利作用大于不利作用，有利于三元复合驱含油污水的油水分离。
（2）三元组分同时存在时，由于聚合物的絮凝作用，油珠呈现“葡萄串”状凝聚体，且聚合物浓度越大，分子量越大，凝聚体体积越大。
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