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表面活性劑-堿協同處理老化油泥工藝

文檔作者：焦龍1，程超1，閆昕1，都偉超1，2，張建甲3，張潔1，2 ，陳剛1，2 （文檔來源： 1. 西安石油大學化學化工學院 2. 中國石油安全環保技術研究院 3. 北京華盛坤泰環?？萍加邢薰?/div>		更新日期： 2026年05月04日	點擊數：
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第36 卷第3 期
2019 年9 月25 日
油田化學
Oilfield Chemistry
Vol.36 No.3
25 Sept，2019
文章編號：1000-4092（2019）03-535-05
表面活性劑-堿協同處理老化油泥工藝*
焦龍1，程超1，閆昕1，都偉超1，2，張建甲3，張潔1，2 ，陳剛1，2
（1. 西安石油大學化學化工學院，陜西省油氣田環境污染控制技術與儲層保護重點實驗室，陜西西安710065；2. 中國石油安全環保技術
研究院，石油石化污染物控制與處理國家重點實驗室，北京102206；3. 北京華盛坤泰環?？萍加邢薰?，北京100142）
摘要：石油開采過程中會產生大量的含油污泥，為解決該過程中石油浪費和環境污染等問題，在分析含油污泥基
本組成的基礎上，采用熱化學清洗法，對塔河油田油泥進行除油處理，采用表面活性劑QT9 和堿為清洗劑，通過
單因素實驗和正交實驗考察了清洗劑加量、清洗溫度，攪拌速率、攪拌時間、液固比等因素對殘油率的影響。研
究結果表明，當QT9加量為0.6%、混合堿加量為3%、清洗溫度為25℃、攪拌時間為30 min、攪拌速率為210 r/min、
液固比為3∶1 時，清洗兩次可將油泥含油率從14.3%降低到1.3%。正交實驗結果顯示，各因素對清洗后殘油率影
響的大小順序為：溫度>主劑加量>助劑加量>液固比。熱重分析表明油泥清洗后其中的原油組分顯著降低。圖
7 表2參16
關鍵詞：含油污泥；表面活性劑；殘油率；熱重分析
中圖分類號：TE992 文獻標識碼：A DOI：10.19346/j.cnki.1000-4092.2019.03.028
* 收稿日期：2018-09-27；修回日期：2019-05-16。
基金項目：國家自然科學基金項目“內外源超分子協同催化稠油原位改質新策略”（項目編號51974252），陜西省教育廳科技服務地方專
項（產業化培育項目）“物理-化學聯合處理復雜乳化原油技術研究”（項目編號18JC025）。
作者簡介：焦龍（1980-），男，教授，西北大學分析化學專業博士（2008），南京林業大學林產化學專業博士（1998），主要從事油氣田化學研
究工作，E-mail：36654946@qq.com。張潔（1963-），女，教授，本文通訊聯系人，南京林業大學林產化學專業博士（1998），主要
從事油氣田化學工藝研究工作，通訊地址：710065 西安市電子二路東段18 號西安石油大學化學化工學院，電話：
029-88382693，E-mail：zhangjie@xsyu.edu.cn。
隨著石油化工行業的發展，我國產生含油污
泥的量逐漸增大。一方面，在石油開采、運輸等過
程中會造成石油落地，和其他雜質混合形成落地油
泥［1］；另一方面在原油儲存罐中原油中的膠質、瀝青
質等重組分結合泥沙、重金屬鹽類聚集成團，導致
密度增大沉入罐底形成又稠又黑的物質層，即為罐
底油泥［2-3］。由于長時間堆積，油泥中的原油和泥砂
之間從簡單的附著關系變為更為復雜的連接作用，
形成老化油泥。大量油泥的產生造成了資源的浪
費和環境的污染，所以環保綠色的處理方法和資源
的再利用是科研工作者探索追求的重點［4］。由于老
化油泥成分復雜，老化油泥的水合性和帶電性使其
具有很強的穩定性，其中老化原油和泥沙結合更加
緊密，老化油泥乳化程度嚴重，更增加清洗的難度，
不能用水輕易洗脫［5］?，F階段，油泥的處理方法有
多種，如焚燒法、生物處理法、溶劑萃取法、熱解吸
法等，各有優劣［6-8］。除了上述幾種油泥處理方法，
近幾年來還有許多新型的油泥處理技術，如電催化
水法、旋流工藝、超聲脫油技術、油泥調質—機械脫
水技術等［9-11］，都取得了較好的效果。但這些新技術
研究尚不完善，應用受到了限制。熱化學清洗法具
有簡便有效的特點，成為我國目前研究最多、應用
較多的油泥處理方法之一。熱化學清洗法工藝流
程包括油泥處理、混合、加藥、一級清洗、二級清洗、
分離和清洗水處理等步驟。該工藝過程影響最后
清洗效果的是加藥過程中清洗劑的篩選和一、二級
清洗條件的選擇。本文根據塔河油田油泥的性質，
采用熱化學清洗法對油泥進行凈化處理，考察溫
度、清洗劑加量、攪拌速率、固液比等因素對清洗效
果的影響，通過正交實驗探討各因素對清洗后殘油
率的影響，并通過熱重法分析清洗前后油泥的熱重
行為。
油田化學2019 年
1 實驗部分
1.1 材料與儀器
油泥取于塔河油田某處理場。非離子表面活
性劑QT9，工業級，沙索（中國）化學有限公司；氫氧
化鈉、四氯化碳，分析純，天津市科密歐化學試劑有
限公司；混合堿，自制。
DZKW-D-2 電熱恒溫水浴鍋、JJ-1 型精密增力
電動攪拌器，常州國華電器有限公司；TDL-5A臺式
離心機，上海安亭科學儀器廠；LS 13 320 XR激光衍
射粒度分析儀，美國貝克曼庫爾塔公司；GH-800 型
紅外分光測油儀，北京國環高科自動化技術研究
院；索式提取器，泰州市銘泰科教儀器設備有限
公司。
1.2 實驗方法
1.2.1 油泥組分測定
油泥的含水率按照國家標準GB/T 260—1977
《石油產品水分測定法》測定，即采用回流法將得到
水的體積換算成水的質量，油泥含水率為油泥中水
的質量與油泥總質量之比；將包裹一定質量的油泥
放入索式提取器，采用四氯化碳回流提取其中的
油，根據紅外測油儀測得四氯化碳中的油含量，進
而計算油泥中的含油量。固相含量=100%－含水
率－含油率。
1.2.2 油泥清洗實驗
將50 g 的油泥加入一定量的清洗劑溶液中，用
玻璃棒攪拌均勻后將燒杯放入水浴鍋，在恒定溫度
下用攪拌器攪拌一定的時間，使用臺式離心機在
3000 r/min 的轉速下離心15 min，倒出上層溶液，取
下層油泥放入烘箱，烘干。稱取20 g 烘干的油泥，
用定性濾紙包裹后放入索式提取器，用四氯化碳回
流提取油泥中的油，直至索式提取器所盛的四氯化
碳為無色。隨后稀釋測定四氯化碳中油的加量值，
根據式（1）計算油泥中的殘油率［12］。
100 0.1100%
D m (1 f)
r
w
¥
= ¥ ¥
¥ ¥ - （1）
其中，ω為殘油率，%；m 為提取過程中所用油泥的
質量，g；f 為原始油泥含水率，%；ρ為紅外測油儀測
得四氯化碳中油的加量，mg/L；D為稀釋倍數。
1.2.3 清洗前后油泥熱重分析
取3數10 mg 的油泥放入氧化鋁坩堝中，在25
數300℃范圍內測定記錄樣品的TG曲線，N2氣流速
為10 mL/min，升溫速率為20℃/min。
2 結果與討論
2.1 單因素實驗分析
2.1.1 表面活性劑加量對殘油率的影響
塔河油田油泥外觀為黑色黏稠狀，有石油氣
味，經檢測，含水量為3.648%、含油量為14.311%、固
相含量為82.041%。在清洗溫度80℃、液固比3∶1，
攪拌時間60 min 和攪拌速率170 r/min 的條件下，表
面活性劑QT9 加量對油泥殘油率的影響如圖1 所
示。由圖1 可知，在其他條件不變的情況下，隨著表
面活性劑QT9 加量的增大，油泥的殘油率逐漸降
低，當QT9 加量為0.6%時，油泥的殘油率為7.4%；
隨著QT9 加量繼續增加，油泥的殘油率變化不大。
結合成本方面的考慮，選擇表面活性劑QT9 加量為
0.6%。清水中加入少量的表面活性劑就可以使水
的表面張力大大降低。表面活性劑的親油基與石
油或油脂結構有相似之處，根據相似相溶原理，表
面活性劑能使油類物質向水界面移動［13-14］。
2.1.2 清洗助劑加量對殘油率的影響
由于強堿性物質具有皂化、破乳的作用，將氫
氧化鈉和混合堿作為清洗助劑分別與QT9 復配進
一步提高洗油率。向質量分數0.6%的QT9 溶液加
入一定量的氫氧化鈉或混合堿，在清洗溫度80℃、
液固比3∶1、攪拌時間60 min 和攪拌速率170 r/min
的條件下，清洗助劑加量對油泥殘油率的影響如圖
2 所示。由圖2 可知，氫氧化鈉或混合堿與QT9 復
配組成的清洗液比單獨的QT9 溶液清洗能力強，其
圖1 QT9加量對油泥殘油率的影響
14
12
10
8
6
殘油率/%
QT9 質量分數/%
0 0.2 0.4 0.6 0.8
536
第36 卷第3 期
他實驗操作條件不變的情況下，隨著氫氧化鈉或混
合堿加量的增大，油泥的殘油率都逐漸降低，且氫
氧化鈉和QT9 組成的清洗液比混合堿和QT9 組成
的清洗液清洗能力強。當氫氧化鈉加量為4%時，
油泥的殘油率為2.2%，但當氫氧化鈉加量大于4%
或混合堿加量大于3%時，殘油率降幅不太明顯。
氫氧化鈉或混合堿能與黏附在泥沙表面石油中的
酸類物質發生皂化反應，生成可溶性表面活性物質
并從固相表面脫附下來，因此氫氧化鈉和混合堿在
表面活性劑的基礎上能進一步促進石油和泥砂的
分離［15］。
2.1.3 清洗溫度對殘油率的影響
分別用0.6% QT9+4% NaOH 清洗液和0.6%
QT9+3%混合堿清洗液清洗油泥，在液固比3∶1、攪
拌時間60 min 和攪拌速率170 r/min 的條件下，清洗
溫度對油泥殘油率的影響如圖3 所示。由圖3 可
知，其他條件不變，對于QT9/氫氧化鈉清洗液而言，
隨著溫度的升高，油泥殘油率逐漸降低，當溫度為
80℃時油泥的殘油率為2.5%。這是由于高溫有利
于反應速度加快和原油黏度的降低，油泥和原油的
附著力減小。溫度繼續升高，水蒸發過快，不利于
清洗。對于QT9/混合堿清洗液而言，溫度升高，殘
油率反而有所升高。在30℃ 條件下，殘油率為
1.6%。由于在合適的溫度下，QT9/混合堿清洗液處
理后油泥的殘油率比QT9/氫氧化鈉清洗液的低，因
此下文探討QT9/混合堿清洗液的最優清洗條件。
2.1.4 攪拌速率對殘油率的影響
用0.6% QT9+3%混合堿清洗液清洗油泥，在液
固比3∶1、攪拌時間60 min 和清洗溫度30℃的條件
下，攪拌速率對油泥殘油率的影響如圖4 所示。由
圖4 可知，油泥的殘油率隨著攪拌速率先增加后減
小。當攪拌速率為210 r/min 時，殘油率最低，為
1.3%；當攪拌速率大于210 r/min 時殘油率變大。油
泥清洗需要一定的攪拌速率，清洗劑和油泥才能混
合均勻，充分地接觸，有利于殘油率減??；但攪拌速
率過大會增強油水乳化傾向，形成水包油型乳化
液，影響清洗效果［16］。
2.1.5 液固比對殘油率的影響
用0.6% QT9+3%混合堿清洗液清洗油泥，在攪
拌時間60 min、攪拌速率210 r/min 和清洗溫度30℃
的條件下，液固比對油泥殘油率的影響如圖5 所
圖2 氫氧化鈉或混合堿加量對殘油率的影響
圖3 清洗溫度對殘油率的影響
圖4 攪拌速率對殘油率的影響
圖5 液固比對殘油率的影響
攪拌速率/（r·min-1）
殘油率/%
1 2 3 4 5 6
8
7
6
5
4
3
2
殘油率/%
殘油率/%
殘油率/%
混合堿
溫度/℃ 液固比
140 160 180 200 220 240
2.0
1.8
1.6
1.4
1.2
30 40 50 60 70 80 90
4.5
4.0
3.5
3.0
2.5
2.0
1.5
5
4
3
2
1
1∶1 2∶1 3∶1 4∶1
氫氧化鈉
清洗助劑加量/%
混合堿
氫氧化鈉
焦龍，程超，閆昕等：表面活性劑-堿協同處理老化油泥工藝537
油田化學2019 年
示。由圖5 可知，殘油率隨液固比的增大而降低，當
液固比大于3∶1 時，殘油率降幅不明顯。液固比例
較小，不利于油泥的分離；液固比例過大，則會浪費
水資源和藥劑用量，增加油泥處理的成本。
2.1.6 攪拌時間對殘油率的影響
用0.6% QT9+3%混合堿清洗液清洗油泥，在液
固比3∶1、攪拌速率210 r/min 和清洗溫度30℃的條
件下，攪拌時間對油泥殘油率的影響如圖6 所示。
由圖6 可知，在攪拌時間小于30 min 時，油泥的殘油
率較大；當攪拌時間大于30 min 時，油泥殘油率變
化不太明顯。
2.2 正交實驗分析
確定清洗攪拌時間為30 min，攪拌速率為210
r/min，以殘油率為指標，對清洗溫度、QT9 加量、混
合堿加量、液固比進行L9（34）正交實驗。表1 為正
交實驗因素水平表，表2 為正交實驗結果。通過極
差R 分析可得各因素對清洗后殘油率影響的大小關
系為：溫度>主劑加量>助劑加量>液固比。油泥最
佳清洗條件為：溫度25℃、QT9 加量0.5%、混合堿加
量4%、液固比3∶1。
2.3 清洗前后油泥熱重分析
熱重分析是在程序控制溫度下測量待測樣品
的質量與溫度變化關系的一種熱分析技術，用來研
究材料的熱穩定性和組分。在不同溫度下，不同的
組分受溫蒸發或者分解。對比清洗前后的油泥熱
重曲線，可分析清洗過程中洗滌掉的油品組分。由
于原油中大部分烷烴、烯烴、芳香烴的沸點都在
300℃以下，故考察了油泥在25數300℃范圍內的質
量變化，結果如圖7 所示。未處理油泥在加熱至
300℃時質量降低了12.1%，這主要是由于油泥中的
飽和烴和芳香烴的蒸發；而經過QT9 和堿清洗后的
油泥下降幅度較小，為6.0%，表明在最優條件下處
理后油泥的含油量顯著降低；而經過四氯化碳提取
之后的土樣，質量幾乎無變化，僅為0.4%，說明油泥
圖6 攪拌時間對殘油率的影響
因素
123
清洗溫
度/℃
A
25
35
45
液固比
B
1∶1
2∶1
3∶1
QT9加
量/%
C
0.3
0.4
0.5
混合堿加
量/%
D234
表2 正交實驗結果表
編號
123456789
K1
K2
K3
R
因素
A111222333
2.643
2.754
3.945
1.302
B123123123
3.282
3.032
3.028
0.254
C123231312
3.506
3.076
2.760
0.746
D123312231
3.232
3.136
2.973
0.259
殘油
率/%
3.3
2.5
2.1
2.7
2.4
3.1
3.8
4.1
3.9
表1 正交實驗因素水平表
圖7 油泥清洗前后的TG曲線
殘油率/%
攪拌時間/min
溫度/℃
10 20 30 40 50 60 70 80
2.6
2.4
2.2
2.0
1.8
1.6
1.4
1.2
0 100 200 300 400
100
97
94
91
88
85
質量分數/%
未處理
QT9 和堿清洗后
四氯化碳清洗后
538
第36 卷第3 期
中的油大部分被四氯化碳提取到溶液中，幾乎未殘
留到土樣里，同時也說明四氯化碳提取法的含油率
測定較為準確。
3 結論
通過單因素實驗確定了清洗油泥的方案：QT9
加量為0.6%、混合堿加量3%、清洗溫度為常溫、攪
拌速率為210 r/min、液固比為3∶1、攪拌時間為30
min，在該條件下可將油泥含油率從14.3%降至
1.3%。正交實驗得出各因素對清洗后殘油率影響
的大小關系為：溫度>QT9 加量>混合堿加量>液固
比，因此在應用中首先要選定適宜的使用溫度，并
且控制助劑和助劑的加量以及比例。
與傳統強堿相比，溫度對混合堿和氫氧化鈉的
影響相反，溫度越低越有利于發揮混合堿的清洗作
用。這可能由于高溫強化了強堿與油泥中無機組
分的反應，削弱了其對原油的清洗作用。此外，混
合堿-QT9 體系體現出良好的協同作用，其作用機制
尚未明確需要繼續研究，從而優化清洗條件和工
藝，實現進一步降低綜合成本的目標。
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Study on Synergistic Treatment of Aged Oil Sludge with Surfactant and Alkali
JIAO Long1，CHENG Chao1，YAN Xin1，DUWeichao1，2，ZHANG Jianjia3，ZHANG Jie1，2，CHEN Gang1，2
（1. Shaanxi Key Laboratory of Environmental Pollution Control and Reservoir Protection in Oil and Gas Field，Xi’an Petroleum University，Xi’an，
Shaanxi 710065，P R of China；2. State Key Laboratory of Petroleum Pollution Control，CNPC Research Institute of Safety and Environmental
Technology，Beijing 102206，P R of China；3. Beijing Queentec Environmental Protection Science-tech Co.，Ltd.，Beijing 100142，P R of China）
Abstract: A large amount of oily sludge will be produced in the process of petroleum exploitation. In order to solve the problems of
oil waste and environmental pollution in this process，based on the analysis of the basic composition of oily sludge，the hot water/
chemical cleaning method was adopted to degrease the oil sludge in Tahe oilfield. The effects of detergent concentration，cleaning
temperature，stirring rate，stirring time and liquid-solid ratio on residual oil rate were investigated using surfactant QT9 and alkali
as cleaning agentsby single factor and orthogonal experiments. The experimental results showed that when the concentration of QT9
was 0.6%，the concentration of mixed alkali was 3%，the cleaning temperature was 25℃，the stirring time was 30 min，the stirring
rate was 210 r/min and the liquid-solid ratio was 3∶1，the oil content of sludge could be reduced from 14.3% to 1.3% by twice
cleaning. The orthogonal experiment results showed that the influence factors to the residual oil rate were arranged as follows：
temperature > dosage of main agent > dosage of auxiliary agent > liquid-solid ratio. Thermogravimetric analysis showed that the
crude oil composition in the sludge decreased significantly after cleaning.
Keywords: oily sludge；surfactant；residual oil rate；thermogravimetric analysis
焦龍，程超，閆昕等：表面活性劑-堿協同處理老化油泥工藝539

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