超声波辅助萃取油泥回收原油的试验研究_金余其

第４６卷第１２期２０１２年１２月浙　江　大　学　学　报（工学版）Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｚｈｅｊｉａｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｓｃｉｅｎｃｅ）Ｖｏｌ．４６Ｎｏ．１２Ｄｅｃ．２０１２收稿日期：２０１１－１０－２５．浙江大学学报（工学版）网址：ｗｗｗ．ｊｏｕｒｎａｌｓ．ｚｊｕ．ｅｄｕ．ｃｎ／ｅｎｇ基金项目：国家科技支撑计划专项经费资助项目（２０１２ＢＡＢ０９Ｂ０１）；水体污染控制与治理科技重大专项资助项目（２００９ＺＸ０７３１７－００３）．作者简介：金余其（１９７２—），男，副教授，从事废弃物综合处理的研究工作．Ｅ－ｍａｉｌ：ｊｉｎｙｕｑｉ＠ｚｊｕ．ｅｄｕ．ｃｎＤＯＩ：１０．３７８５／ｊ．ｉｓｓｎ．１００８－９７３Ｘ．２０１２．１２．００６超声波辅助萃取油泥回收原油的试验研究金余其１，褚晓亮１，２，郑晓园１，池　涌１，严建华１（１．浙江大学热能工程研究所，能源清洁利用国家重点实验室，浙江杭州３１００２７；２．烟台龙源电力技术股份有限公司，山东烟台２６４００６）摘　要：针对舟山地区油轮产生的油泥，采用超声波辅助萃取法对油泥进行处理，回收原油．实验研究了超声波频率、超声波功率、水浴温度、超声波作用时间等参数对萃取效果的影响．试验结果表明：相对于其他频率，２８ｋＨｚ的超声波频率更有利于提高油泥的原油回收率；当水浴温度从２５℃升到５５℃时，原油回收率从９３．８９％增加到９７．６０％；当超声波功率从０提高到６００Ｗ时，原油回收率从７５．７１％提高到９７．５５％；当超声波作用时间为１５ｍｉｎ时，原油回收率即可达到最大值．通过试验得出超声波辅助萃取的最佳工况为：１５ｍｉｎ，１５０Ｗ，２８ｋＨｚ，５５℃．在此工况下，油泥含油率从处理前的５１．７４％降低到１．２５％，原油回收率为９７．５８％．与传统的萃取法（原油回收率为８０．０５％）相比．超声波辅助萃取法的原油回收率提高了１７．５３％．关键词：含油污泥；超声波；萃取；空穴效应；原油回收中图分类号：Ｘ　７４１ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００８－９７３Ｘ（２０１２）１２－２１７８－０６Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ　ａｓｓｉｓｔｅｄ　ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ　ｏｆｃｒｕｄｅ　ｏｉｌ　ｆｒｏｍ　ｏｉｌ　ｓｌｕｄｇｅＪＩＮ　Ｙｕ－ｑｉ　１，ＣＨＵ　Ｘｉａｏ－ｌｉａｎｇ１，２，ＺＨＥＮＧ　Ｘｉａｏ－ｙｕａｎ１，ＣＨＩ　Ｙｏｎｇ１，ＹＡＮ　Ｊｉａｎ－ｈｕａ１（１．Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｔｈｅｒｍａｌ　Ｐｏｗｅｒ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｔａｔｅ　Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｏｆ　Ｃｌｅａｎ　Ｅｎｅｒｇｙ　Ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ，Ｚｈｅｊｉａｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ３１００２７，Ｃｈｉｎａ；２．Ｙａｎｔａｉ　Ｌｏｎｇｙｕａｎ　Ｐｏｗｅｒ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｃｏ．Ｌｔｄ．，Ｙａｎｔａｉ　２６４００６，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ　ａｓｓｉｓｔｅｄ　ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ　ｗａｓ　ａｄｏｐｔｅｄ　ｔｏ　ｒｅｃｏｖｅｒ　ｏｉｌ　ｆｒｏｍ　ｏｉｌ　ｓｌｕｄｇｅ，ｗｈｉｃｈ　ｗｅｒｅｇｅｎｅｒａｔｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｂｏｔｔｏｍ　ｏｆ　ｓｈｉｐ　ｔａｎｋｅｒｓ　ｉｎ　Ｚｈｏｕｓｈａｎ　Ｄｉｓｔｒｉｃｔ．Ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｆ　ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ，ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ　ｐｏｗｅｒ，ｂａｔｈ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ　ｄｕｒａｔｉｏｎ　ｏｎ　ｏｉｌ　ｒｅｃｏｖｅｒｙ　ｗｅｒｅ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄ　ｔｈａｔ　ｃｏｍｐａｒｅｄ　ｗｉｔｈ　ｏｔｈｅｒ　ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓ，２８ｋＨｚ　ｗａｓ　ｂｅｎｅｆｉｃｉａｌ　ｔｏ　ｅｎｈａｎｃｅ　ｏｉｌ　ｒｅｃｏｖｅｒｙ．Ｔｈｅ　ｏｉｌ　ｒｅｃｏｖｅｒｙ　ｉｎｃｒｅａｓｅｄ　ｆｒｏｍ　９３．８９％ｔｏ　９７．６０％ｗｈｅｎ　ｔｈｅ　ｗａｔｅｒ　ｂａｔｈ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｗａｓ　ｉｎｃｒｅａｓｅｄ　ｆｒｏｍ２５℃ｔｏ　５５℃．Ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｖａｒｉａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ　ｐｏｗｅｒ　ｆｒｏｍ　０ｔｏ　６００Ｗ，ｔｈｅ　ｏｉｌ　ｒｅｃｏｖｅｒｙ　ｉｎｃｒｅａｓｅｄ　ｆｒｏｍ７５．７１％ｔｏ　９７．５５％．Ｗｈｅｎ　ｔｈｅ　ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ　ｄｕｒａｔｉｏｎ　ｗａｓ　１５ｍｉｎ，ｔｈｅ　ｍａｘｉｍｕｍ　ｖａｌｕｅ　ｏｆ　ｏｉｌ　ｒｅｃｏｖｅｒｙ　ｗａｓａｃｈｉｅｖｅｄ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｍｅｎｔｉｏｎｅｄ　ａｂｏｖｅ，ｔｈｅ　ｏｐｔｉｍｕｍ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ　ｗｅｒｅ　ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ，ｗｈｉｃｈ　ｗａｓ１５ｍｉｎ，５５℃，１５０Ｗａｎｄ　２８ｋＨｚ．Ｕｎｄｅｒ　ｔｈｉｓ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ，ｔｈｅ　ｏｉｌ　ｃｏｎｔｅｎｔ　ｏｆ　ｏｉｌ　ｓｌｕｄｇｅ　ｄｒｏｐｐｅｄ　ｆｒｏｍ５１．７４％ｔｏ　１．２５％ａｎｄ　ｔｈｅ　ｏｉｌ　ｒｅｃｏｖｅｒｙ　ｏｆ　９７．５８％ｗａｓ　ａｃｈｉｅｖｅｄ．Ｃｏｍｐａｒｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ　ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ，ｂｙ　ｗｈｉｃｈ　ｔｈｅ　ｏｉｌ　ｒｅｃｏｖｅｒｙ　ｗａｓ　８０．０５％，ｔｈｅ　ｏｉｌ　ｒｅｃｏｖｅｒｙ　ｗａｓ　１７．５３％ｈｉｇｈｅｒ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄａｓｓｉｓｔｅｄ　ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ．Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｏｉｌｙ　ｓｌｕｄｇｅ；ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ；ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ；ｃａｖｉｔａｔｉｏｎ；ｃｒｕｄｅ　ｏｉｌ　ｒｅｃｏｖｅｒｙ 含油污泥主要产生在油田勘探开采、石油储运及石油加工生产等诸多环节中．油泥的含油率一般在１５％～６０％，含水率在３４％～６７％［１－２］，具有很大的利用前景．由于含油污泥中含有大量苯系物、酚类、蒽、芘等有恶臭的有毒物质［３］，如果不加以处理直接排放到环境中，不仅浪费资源，还会对环境造成严重的污染．１９９８年，中国颁布《国家危险废物名录》，将含油污泥明确列入其中．目前，含油污泥的处理方法主要有焚烧、热解、焦化、机械分离、萃取、热水洗等，其中，萃取法在油泥处理中占有很大的比重．安塞油田、新疆克拉玛依油田等［４－５］仍采用有机溶剂萃取法作为油泥处理的首选方法．该方法操作简单，萃取剂可循环使用，但处理周期长、萃取剂易挥发，容易造成环境污染等．胜利油田孤东联合站［６］使用超临界有机溶剂萃取法处理含油污泥取得了一定的成果；但该方法成本较高，具有一定的危险性．超声波属于新兴处理含油污泥的方法，通过超声波单独或者联合化学添加剂处理含油污泥是目前常用的处理方法．该方法处理周期短，不会产生污染副产物；但处理效率较低，能耗较大．最近相继出现了气浮装置联合超声波和破乳剂使原油从含油污泥中分离出来的技术［７］和超声波联合表面活性剂处理含油污泥的技术［８］，并取得了一定的处理效果．本文使用超声波作为传统萃取方法的辅助措施，将超声波和萃取２种方法结合起来，缩短了处理周期，提高了处理效率；同时，萃取剂可循环使用，且处理温度较低，保证了萃取剂较低的挥发率，降低了萃取剂的损耗．实验研究了超声波作用时间、水浴温度、超声波频率和超声波功率等因素对原油回收率的影响，最终得到超声波辅助萃取处理油泥的最佳工况，为含油污泥的处理提供一个新的途径和方法．１　实验部分１．１　试验材料试验所用含油污泥取自舟山油轮运输中产生的油泥．根据宋薇等［９］的研究测试方法，油泥中的含水率采用卡尔费休水分测定法测定，含油率用索氏提取法测定（试剂为石油醚），含固率由差减法得到；原油（由索氏提取法得到）的元素分析由元素分析仪与测硫仪测定，氧含量由差减法得到；原油４组分分析依据《岩石可溶有机物和原油族组分柱层析分析方法》测定；高位热值由氧弹量热仪测定．含油污泥及原油各组分的性质分析结果如表１所示，ｗ３Ｂ、ｗ４Ｂ、ｗＢ分别为三组分、四组分及元素的质量分数，Ｑｇｒ，ａｄ为高位热值．１．２　实验装置和步骤实验流程如图１所示．图１　超声波辅助萃取法实验流程图Ｆｉｇ．１　Ｆｌｏｗ　ｄｉａｇｒａｍ　ｏｆ　ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ－ａｓｓｉｓｔｅｄ　ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ１．２．１　超声波清洗仪　超声波清洗仪由中国宁波海曙科生超声设备有限公司制造，主要包括超声波发生器、清洗槽和载物网３部分．设备温度调节范围为２５～８０℃．实验条件：样品质量为（１±０．０１）ｇ；升温范围为２５～６５℃，５℃为一个温度间隔；功率变化范围为０～６００Ｗ；超声波频率为２０、２５、２８、３３、４０ｋＨｚ．１．２．２　索氏提取仪　索氏提取仪（ＳＸＴ－０６）由上海洪纪仪器设备有限公司生产，由烧瓶、抽提筒和冷凝管３部分组成．实验条件：每批次提取样品数为６个；石油醚作为溶剂，溶剂用量为８０ｍＬ；水浴温度为８５℃．１．３　实验方法用１０ｍＬ石油醚溶解搅拌均匀的含油污泥样品１ｇ，装入１５ｍＬ的容量瓶中，并对容量瓶进行简单密封．将密封后的容量瓶放入已设定好参数且表１　含油污泥及原油各组分的性质分析Ｔａｂ．１　Ｐｒｏｐｅｒｔｙ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ　ｏｆ　ｏｉｌ　ｓｌｕｄｇｅ　ａｎｄ　ｏｉｌ ｗ３Ｂ／％ ｗＢ／％ ｗ４Ｂ／％ 油水分固体颗粒Ｃ　Ｈ　Ｏ　Ｎ　Ｓ　Ｈ／Ｃ饱和分芳香分胶质沥青质Ｑｇｒ，ａｄ／（ｋＪ·ｋｇ－１）５１．７４　３３．７８　１４．４８　８２．３５　１３．５２　１．６４　０．７８　０．６２　１．８３　４８．８２　２２．９５　１７．８６　１０．６７　１５　５１５．５８９７１２第１２期金余其，等：超声波辅助萃取油泥回收原油的试验研究水浴温度达到设定值的超声波清洗槽中，达到实验时间后，关闭超声波发生器，用滤纸过滤溶液．所用滤纸用无胶滤筒包好以待后用．收集所得滤液，用索氏提取仪进行溶剂回收．将包有滤纸的无胶滤筒放入索氏提取仪中，持续加热，直到抽提筒中溶剂颜色变为无色为止，关闭索氏提取仪，回收溶剂．根据金义宁等［１０］的研究，对烧瓶中的提取液进行脱水—蒸干石油醚—冷却—称量等步骤后，得到经超声波辅助萃取处理后油泥残渣中原油的质量．１．４　数据处理定义原油回收率Ｒ如下：Ｒ＝ｍ×ｗ（油）－ｍ（）１／ｍ×ｗ（油［］）×１００％．（１）式中：Ｒ为油泥中已回收的原油占处理前油泥中原油总量的百分数；ｍ为试验中所用含油污泥样品的质量，ｇ；ｗ（油）为试验处理前含油污泥中含油质量分数，％；ｍ１为试验后残渣中原油的质量，ｇ．２　结果与讨论２．１　超声波频率的影响频率是超声波的重要参数，采用工业常用的超声波频率２０、２５、２８、３３、４０ｋＨｚ进行实验，并对实验结果进行分析、比对，得出超声波辅助萃取的最佳频率．其他超声波参数设定为：温度５５℃，时间１５ｍｉｎ，功率４００Ｗ．测定超声波频率对原油回收率的影响，实验结果如图２所示．图２　超声波频率对原油回收率的影响Ｆｉｇ．２　Ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｏｎ　ｏｉｌ　ｒｅｃｏｖｅｒｙ从图２可以看出，随着超声波频率的增大，原油回收率先增大后减少，当超声波频率为２８ｋＨｚ时，原油回收率达到最大值，这说明超声波频率不是越大越好，存在一个最佳值，而根据Ｋｏｔｙｕｓｏｖ等［１１］的研究，高频超声波不利于固体颗粒的凝结，并得出了固体颗粒凝结的最佳频率为２１～２５ｋＨｚ，当频率高于２５ｋＨｚ时，越高的超声波频率产生越低的混凝效率，对固体颗粒的凝结造成不利的影响；另一方面，超声波的频率同超声波的衰减有以下关系：［１２－１３］α＝α０ωｙ．（２）ω＝２πｆ．（３）式中：α为超声波的衰减系数，α０和ｙ为与介质有关的特性系数，ω为超声波的角频率，ｆ为超声波的频率．由公式（２）、（３）可知，超声波的衰减同超声波的频率呈正比关系，超声波的频率越低，声波衰减越慢，超声波利用率也就越高．所以，低频率超声波有利于油泥的处理．但是，高频率的超声波有其独特的优点：高频超声波有利于空穴效应的加强［１３］；超声波的频率越高，液相中质点的震动越快，空化泡的数量相应增多［１３］．研究表明［１４］，当超声波产生的空穴泡破裂时，会对气液两相的交界面进行局部加热，并产生高压，气体压力高达３×ｌ０８　Ｎ／ｍ２，热力学温度为１０３　Ｋ，这些条件对原油与固体残渣的分离十分有利．然而，并非频率越高越好，频率过高时，空穴的产生需要大量的能量，而其中大部分能量被转化为热能，引起热效应的增加［１３］，只有很少一部分能量被用于空穴的引发，所以，太高频率的超声波不利于空穴效应的发生［１４－１５］，实验得出２８ｋＨｚ是处理油泥最佳的超声波频率．２．２　水浴温度的影响本实验使用水作为超声波传输介质，水浴温度是影响实验结果的重要因素．试验研究了不同水浴温度对处理结果的影响，温度从２５℃逐渐增加至６５℃，其他的超声波参数设定为：频率２８ｋＨｚ，时间１５ｍｉｎ，功率４００Ｗ．实验结果如图３所示．图３　超声水浴温度对原油回收率的影响Ｆｉｇ．３　Ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｂａｔｈ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｏｎ　ｏｉｌ　ｒｅｃｏｖｅｒｙ从图３中可以看出，随着水浴温度的增加，原油回收率逐渐增加．当水浴温度从２５℃增加到５５℃时，原油回收率从９３．８９％增加到９７．６０％，之后继续增加温度，原油回收率趋于稳定．水浴温度的增加有利于油泥中原油回收的主要原因如下：１）含油污泥中原油的重质组分含量较大，因而黏度较大，而黏度与温度呈反比关系，当水浴温度升０８１２浙　江　大　学　学　报（工学版） 第４６卷　高时，油泥的黏度降低，原油和固体颗粒之间的黏附应力也随之降低，这使得溶剂与原油间的作用增强，速度加快，处理效果变好．２）研究发现［１０］，温度影响到空化核心的数量，而空化核心引起空化泡的生成，进而影响空穴效应的强弱，因此，空化核心数和温度呈正比关系，随着温度的升高，空化核心数增多，空穴效应增强，相应的处理效果变好．３）当超声波在水中传播时，介质的温度同超声波的声速和声能密度存在以下关系［１２，１６］：ｃ＝３３１．４＋０．６１θ，（４）ε＝１２ρω２ｃＡ２．（５）式中：ｃ为超声波声速，θ为介质的摄氏温度，ε为超声波的声能密度，ρ为介质密度，Ａ为超声波的振幅．由公式（３）～（５）可知，当超声波的各个参数固定之后，超声波的声能密度和声速都同温度呈正比关系．温度越高，超声波的声速越快，声能密度越大，单位质量的油泥所接受的超声波能量越多，油泥处理也就越充分．由前述３点分析可得，随着温度的升高，油泥处理效果也随之提高．但是，并非温度越高越好．Ｌｉｕ等［１７］的研究发现，超声波的空化效应只有在较低温度下才能达到最大，高温会减弱超声波的空化强度；另外，石油醚沸点为６０～９０℃，当６５℃时，过高的温度会加剧石油醚挥发，即造成环境污染，也浪费了试剂，因此，选择５５℃作为最佳水浴温度．２．３　超声功率的影响本实验研究了不同的超声波功率对原油回收率的影响．功率从０开始，逐渐升高到６００Ｗ，设定其他的超声波参数设置为：频率２８ｋＨｚ，时间１５ｍｉｎ，温度５５℃．试验结果如图４所示．图４　超声波功率对原油回收率的影响Ｆｉｇ．４　Ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ　ｐｏｗｅｒ　ｏｎ　ｏｉｌ　ｒｅｃｏｖｅｒｙ由图４可以看出，随着超声波功率的增大，原油回收率总体呈现增大的趋势，虽然在２００Ｗ时略有下降，但不影响总体态势．当功率从０增加到６００Ｗ时，原油回收率从７７．５０％增加到９７．５５％．产生这种现象的原因如下：１）超声波功率是超声波声能的量度，声能的大小表征了能量输入的强弱［１４］．超声波功率越大，油泥接收到的超声波的能量也就越多．２）超声波功率和超声波声压间存在以下关系［１８］：ｐｋ＝２Ｐρｃ（）Ｓ１２．（６）式中：ｐｋ为超声波声压，Ｐ为超声波输出功率，Ｓ为端面积．由公式（６）知，超声波功率决定超声波声压的大小，而只有当超声波的声压达到产生空穴效应的声压阈值时才能引发空穴效应．根据公式（４）、（６）和清洗槽的尺寸可计算出在功率为２５Ｗ时超声波声压ｐｋ达到产生空穴效应的声压阈值：ｐａ＝１．０×１０６　Ｐａ．此后继续增大功率，进入空穴的发展—壮大期，此时空化核心数增多，空穴效应增强．３）根据研究表明［１９－２０］，超声波的功率可提高固体颗粒表面的剪切力和原油向萃取剂的扩散速率，而空化现象最活跃的区域就是在超声波产生的微射流和周围流体交界面上的高剪切区，所以，随着功率的增加，油泥的处理效果增强．但是，根据王循明等［２１］的研究，当超声波功率太大时，超声波的声压和声能密度相应变大，空穴效应所产生的每个空化泡所接收到的超声波能量也就越多，因此而导致空化泡的尺寸变大．相比于小尺寸的空化泡，大尺寸的空化泡在破裂时不充分，从而形成了声屏障，使整体超声波的能量利用率降低；另一方面，高功率增加了能耗．综上所述，当功率为１５０Ｗ时，原油回收率为９６．１２％；４００Ｗ时原油回收率为９７．５８％，继续增大功率，原油回收率略有上升，从减小能耗和提高原油回收率两方面综合考虑，１５０Ｗ是最佳选择．２．４　超声时间的影响本实验还研究了不同的超声波时间对原油回收率的影响．０ｍｉｎ相当于没有对油泥进行超声波辅助处理，从０ｍｉｎ开始，以５ｍｉｎ为间隔，时间逐渐增加到１ｈ，设定其他的超声波参数为：频率２８ｋＨｚ，功率１５０Ｗ，温度５５℃．实验结果如图５所示．由图５可以看出，随着超声波时间的增加，原油回收率逐渐增大．从不进行超声波辅助处理到进行１０ｍｉｎ的超声波处理，原油回收率变化非常显著，从７５．０１％增大到９６．４１％；当继续延长到１５ｍｉｎ时，原油回收率达到９７．５８％；继续增加时间，效果并不明显，原油回收率基本保持不变．１８１２第１２期金余其，等：超声波辅助萃取油泥回收原油的试验研究图５　超声时间对原油回收率的影响Ｆｉｇ．５　Ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ　ｄｕｒａｔｉｏｎ　ｏｎ　ｏｉｌ　ｒｅｃｏｖｅｒｙ超声波作用时间的长短关系到超声波所输入能量的多少．同时，原油逐渐被石油醚萃取出来后，固体残渣逐渐凝聚，小水滴相互碰撞凝结成大水滴，所有的这些过程都需要时间来完成．时间的长短直接影响到实验效果的好坏．但是，并不是时间越长越好，在一段时间后，原油在萃取剂中的溶解率达到最大，继续增加超声处理时间，不仅对最后结果的影响不大，而且增大了能耗．综合各方面的因素，从试验结果看，超声波处理时间控制在１５ｍｉｎ可以达到最好的油泥处理效果．２．５　与传统萃取法的实验对比采用传统的萃取方法对含油污泥进行处理．试验中，使用石油醚作为萃取剂，萃取剂与油泥的质量比为１０∶１，搅拌时间３０ｍｉｎ，搅拌器的电机功率为６０Ｗ，搅拌器转速为５００ｒ／ｍｉｎ，水浴温度为５５℃．试验结果如图６所示．图６　２种萃取方法萃取效果对比Ｆｉｇ．６　Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ　ｏｆ　ｔｗｏ　ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄｓ从实验中可以得到，采用传统萃取法的原油回收率为８０．０５％，与超声波辅助萃取法相比，传统萃取法原油回收率大约低了１７．５３％．近年来，一些学者在传统萃取法的基础上进行了改进性研究．根据李美蓉等［２２］的研究，当加入与油泥体积比为２％的破乳剂、８０％的提取剂，在转速１　５００ｒ／ｍｉｎ下离心１５ｍｉｎ时，脱油率可达９１．７％．仝坤等［２３］研究发现，采用溶剂萃取—离心分离—稠油热废水洗涤—离心分离技术回收原油的工艺路线处理油泥，可回收９２．０７％的原油．以上２种工艺相比于使用超声波作为辅助措施的工艺，原油回收率减少了５．０％～６．０％．在传统的萃取法中，搅拌作为一种机械作用，通过外力破坏油泥中的油包水和水包油的存在状态，从宏观方面使油水两相分离．而超声波可以直接作用于油泥内部各组成部分的微观粒子，使油泥中各种粒子的震动增强，油泥中各粒子和萃取剂的碰撞增加，从根本上使油、固、水三相分离．使用超声波代替传统的机械搅拌，不仅使油泥的处理更加彻底，而且大大缩短了处理时间，提高了处理效率．从能耗方面考虑，传统萃取是能耗最低的工艺．在李美蓉等［２２］研究的化学试剂辅助萃取工艺中，需要离心和化学添加剂，能耗较高；仝坤等［２３］的研究方法不仅操作流程复杂，而且离心方法的能耗也较高．在超声波辅助萃取工艺中，工艺过程简单，所需能耗小于有离心过程和热化学清洗等过程的其他工艺．综合各方面因素，采用超声波辅助萃取处理油泥比传统的萃取法和其他的辅助工艺更有优势．３　结　论（１）与传统的萃取法相比，超声波辅助萃取法是一种有效的回收油泥中原油的方法；（２）超声波辅助萃取法处理含油污泥的最佳工况为：超声波频率为２８ｋＨｚ，水浴温度为５５℃，超声波功率为１５０Ｗ，超声波作用时间控制在１５ｍｉｎ．在此最佳工况下，原油的回收率达到了９７．５８％，油泥中的含油率从５１．７４％下降到１．２５％；（３）超声波辅助萃取法原油回收率比传统萃取法高１７．５３％参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）：［１］ＢＡＳＷＩＣ，Ｋ　ＳＡＮＤＹ　Ｄ．Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ　ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｂｉｔｕｍｅｎｆｒｏｍ　ｔａｒ　ｓａｎｄｓ：Ｃａｎａｄａ，ＣＡ９９６４８５［Ｐ］．１９７６－０９－０７．［２］ＫＵＯ　Ｊ　Ｆ，ＳＡＤＥＧＨＩ　Ｋ，ＪＡＮＧ　Ｌ　Ｋ，ｅｔ　ａｌ．Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔｏｆ　ｂｉｔｕｍｅｎ　ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ　ｆｒｏｍ　ｔａｒ　ｓａｎｄ　ｂｙ　ｒａｄｉｃａｌｓ　ｉｎ　ｕｌｔｒａ－ｓｏｎｉｃ　ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ，１９８６，６（２／３）：２０５－２１２．［３］ＸＵ　Ｎｉｎｇ，ＬＵ　Ｘｉｎ－ｐｉｎｇ，ＷＡＮＧ　Ｙｕｅ－ｙｉｎｇ．Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　ｕｌ－ｔｒａｓｏｎｉｃ　ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｐｅｎｔａｃｈｌｏｒｏｐｈｅｎｏｌ　ｓｏｌｕｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｃｈｅｍｉｃａｌ　ａｎｄ　Ｂｉｏｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｑｕａｒｔｅｒｌｙ，２００６，２０（３）：３４３－３４７．［４］聂贵岭，吴新民，靳文奇．安塞油田污泥处理方法研究［Ｄ］．西安：西安石油天学，２００７．ＮＩＥ　Ｇｕｉ－ｌｉｎｇ，ＷＵ　Ｘｉｎ－ｍｉｎ，ＪＩＮ　Ｗｅｎ－ｑｉ．Ｓｌｕｄｇｅ　ｔｒｅａｔ－２８１２浙　江　大　学　学　报（工学版） 第４６卷　ｍｅｎｔ　Ａｎｓａｉ　Ｏｉｌｆｉｅｉｄ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ［Ｄ］．Ｘｉ’ａｎ：Ｘｉ’ａｎＳｈｉｙｏｕ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２００７．［５］李慧敏，张燕萍，姚光明，等．“热洗＋助溶剂萃取”技术处理含油污泥的应用［Ｊ］．油气田环境保护，２０１０，２０（Ｂ１０）：４６－４７．ＬＩ　Ｈｕｉ－ｍｉｎ，ＺＨＡＮＧ　Ｙａｎ－ｐｉｎｇ，ＹＡＮ　Ｇｕａｎｇ－ｍｉｎｇ，ｅｔａｌ．Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ“Ｗａｔｅｒ　ｃｌｅａｎｉｎｇ＋ｓｏｌｖｅｎｔ　ｅｘｔｒａｃ－ｔｉｏｎ”ｄｅａｌ　ｗｉｔｈ　ｏｉｌｙ　ｓｌｕｄｇｅ［Ｊ］．Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｏｆ　Ｏｉｌ　ｇａｓ　Ｆｉｅｌｄｓ，２０１０，２０（Ｂ１０）：４６－４７．［６］梁丽丽，张建．超临界ＣＯ２萃取含油污泥技术研究［Ｄ］．东营：中国石油大学，２０１１．ＬＩＡＮＧ　Ｌｉ－ｌｉ，ＺＨＡＮＧ　Ｊｉａｎ．Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　ｓｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌ　ＣＯ２ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｏｉｌｙ　ｓｌｕｄｇｅ［Ｄ］．Ｄｏｎｇｙｉｎｇ：Ｃｈｉｎａ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉ－ｔｙ　ｏｆ　Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ（Ｅａｓｔ　Ｃｈｉｎａ），２０１１．［７］ＭＯＨＯＬＫＡＲ　Ｖ　Ｓ，ＷＡＲＭＯＥＳＫＥＲＫＥＮ　Ｍ　Ｍ　Ｇ　Ｇ．Ｍｍｅｃｈａｎｉｓｔｉｃ　ａｓｐｅｃｔｓ　ａｎｄ　ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｗａｓｈｉｎｇ［Ｊ］．Ａｃｔａ　Ｒｅｖｉｅｗ，２００２，２（２）：３４－３７．［８］ＸＵ　Ｎｉｎｇ，ＷＡＮＧ　Ｗｅｎ－ｘｉａｎｇ．Ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｆ　ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ　ｏｎｏｉｌｙ　ｓｌｕｄｇｅ　ｄｅｏｉｌｉｎｇ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｈａｚａｒｄｏｕｓ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，２００９，１７１：９１４－９１７．［９］宋薇，刘建国，聂永丰．含油污泥的热解特性研究［Ｊ］．燃料化学学报，２００８，３６（３）：２８７－２９０．ＳＯＮＧ　Ｗｅｉ，ＬＩＵ　Ｊｉａｎ－ｇｕｏ，ＮＩＥ　Ｙｏｎｇ－ｆｅｎｇ．Ｐｙｒｏｌｙｓｉｓｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ｏｉｌ　ｓｌｕｄｇｅ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｆｕｅｌ　Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ　ａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００８，３６（３）：２８７－２９０．［１０］金义宁，刘雯，倪俊．超声波萃取／气相色谱（ＧＣ－ＦＩＤ）测定土壤中的总石油烃（ＴＰＨ）［Ｊ］．科技资讯，２００９，１１（ｃ）：１１０－１１２．ＪＩＮ　Ｙｉ－ｎｉｎｇ，ＬＩＵ　Ｗｅｎ，ＮＩ　Ｊｕｎ．Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ　Ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ／Ｇａｓ　Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ（ＧＣ－ＦＩＤ）ｆｏｒ　ｔｈｅ　Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎｏｆ　ｔｏｔａｌ　ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ　ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎｓ（ＴＰＨ）［Ｊ］．Ｓｃｉｅｎｃｅ　＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ，２００９，１１（ｃ）：１１０－１１２．［１１］ＫＯＴＹＵＳＯＶ　Ａ　Ｎ，ＮＥＭＴＳＯＶ　Ｂ　Ｅ．Ｉｎｄｕｃｅｄ　ｃｏａｇｕｌａ－ｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｍａｌｌ　ｐａｒｔｉｃｌｅｓ　ｕｎｄｅｒ　ｔｈｅ　ａｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｏｕｎｄ［Ｊ］．Ａｃｕｓｔｉｃａ，１９９６，８２（５）：４５９－４６３．［１２］ＧＢ／Ｔ　１７２４７．２．声学－户外声传播的衰减－第二部分：一般计算方法［Ｓ］．北京：中国标准出版社，１９９８．［１３］程军，周俊虎，李延昌，等．超声辐射对水煤浆流阻和制浆性能的影响规律［Ｊ］．浙江大学学报：工学版，２００８，４２（６）：９９８－１００４．ＣＨＥＮＧ　Ｊｕｎ，ＺＨＯＵ　Ｊｕｎ－ｈｕ，ＬＩ　Ｙａｎ－ｃｈａｎｇ，ｅｔ　ａｌ．Ｉｍｐａｃｔｓ　ｏｎ　ｆｌｏｗ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ａｎｄ　ｐｈｙｓｉｃｏｃｈｅｍｉｃａｌ　ｐｒｏｐｅｒ－ｔｙ　ｏｆ　ｃｏａｌ　ｗａｔｅｒ　ｓｌｕｒｒｙ　ｂｙ　ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ　ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｚｈｅｊｉａｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ：Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｓｃｉｅｎｃｅ，２００８，４２（６）：９９８－１００４．［１４］ＭＡＳＯＮ，ＬＯＲＩＭＥＲ，ＨＯＲＷＯＯＤ，ｅｔ　ａｌ．Ａｐｐｌｉｃａ－ｔｉｏｎｓ　ａｎｄ　ｕｓｅｓ　ｏｆ　ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ　ｉｎ　ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆＯｒｇａｎｏｍｅｔａｌｌｉｃ　Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，１９８９，３７５（２）：Ｃ５７－Ｃ５８．［１５］ＫＡＴＳＵＨＩＫＯ　Ｈ，ＨＩＤＥＮＯＲＩ　Ｎ，ＫＡＴＳＵＹＡ　Ｓ．Ｅｆｆｅｃｔｏｆ　ｓｏｎｉｃａｔｉｏｎ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｐｈｏｔｏ－ｃａｔａｌｙｔｉｃ　ｍｉｎｅｒａｌｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆｓｏｍｅ　ｃｈｌｏｒｉｎａｔｅｄ　ｏｒｇａｎｉｃ　ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ［Ｊ］．ＵｌｔｒａｓｏｎｉｃｓＳｏｎｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，２００５，１２：２７１－２７６．［１６］ＴＨＯＭＰＳＯＮ　Ｊ　Ｋ，ＴＲＥＥ　Ｄ　Ｒ．Ｆｉｎｉｔｅ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ　ａｐｐｒｏｘｉ－ｍａｔｉｏｎ　ｅｒｒｏｒｓ　ｉｎ　ａｃｏｕｓｔｉｃ　ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ［Ｊ］．Ｊｏｕｒ－ｎａｌ　ｏｆ　Ｓｏｕｎｄ　ａｎｄ　Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ，１９９１，７５（２）：２２９．［１７］ＬＩＵ　Ｃｈａｎｇ，ＸＩＡＯ　Ｂｏ，ＤＡＵＴＡ　Ａｌａｉｎ，ｅｔ　ａｌ．Ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆｌｏｗ　ｐｏｗｅｒ　ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ　ｒａｄｉａｔｉｏｎ　ｏｎ　ａｎａｅｒｏｂｉｃ　ｂｉｏｄｅｇｒａｄ－ａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｓｅｗａｇｅ　ｓｌｕｄｇｅ［Ｊ］．Ｂｉｏｒｅｓｏｕｒｃｅ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００９，１００（２４）：６２１７－６２２２．［１８］オ．ヴェ，アブラモフ．超音波场内の金属の凝固所［Ｍ］．大阪：新日本铸锻造协会，１９７５．Ｍｕｈａｌｚｅｎａｌ，Ａｂｕｒａｍｏｆｕ．Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ　ｃｏｎｄｅｎｓａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅｍｅｔａｌ［Ｍ］．Ｏｓａｋａ：Ｊａｐａｎ　Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｃａｓｔｉｎｇ　ａｎｄＦｏｒｇｉｎｇ　Ｎｅｗ　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，１９７５．［１９］ＪＩＡＮＧ　Ｊｉａｎ－ｇｕｏ，ＹＡＮＧ　Ｓｈｉ－ｈｕｉ．Ｐｅｒｍａｎｅｎｃｅ　ｆｏｒ　ａＴｈｒｅｅ－ｓｌｏｔ　ｄｕａｌ－ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ　ｇｅｎｅｒａｔｏｒ　ｔｏ　ｉｍ－ｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆ　ｓｌｕｄｇｅ　ｄｅｗａｔｅｒｉｎｇ［Ｊ］．Ｊｏｕｒ－ｎａｌ　ｏｆ　Ｂａｓｉｃ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００９，１７（６）：８５２－８５７．［２０］ＴＩＥＨＭ，ＮＩＣＫＥＬ　Ａ，ＺＥＬＬＨＯＭ　Ｋ，ｅｔ　ａｌ．Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｗａｓｔｅ　ａｃｔｉｖａｔｅｄ　ｓｌｕｄｇｅ　ｄｉｓｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ　ｆｏｒ　ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ　ａｎ－ａｅｒｏｂｉｃ　ｓｔａｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｗａｔｅｒ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ，２００１，３５：２００３－２００９．［２１］王循明，焦磊，王乐勤．自激脉冲发生机理数值模拟及参数影响分析［Ｊ］．浙江大学学报：工学版，２００５，３９（９）：１４５０－１４５４．ＷＡＮＧ　Ｘｉｎ－ｍｉｎｇ，ＪＩＡＯ　Ｌｅｉ，ＷＡＮＧ　Ｌｅ－ｑｉｎ．Ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｅｌｆ－ｅｘｉｃｉｔｅｄ　ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎ　ｐｕｌｓｅｄ　ｊｅｔ　ａｎｄａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ’ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｚｈｅ－ｊｉａｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ：Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｓｃｉｅｎｃｓ，２００５，３９（９）：１４５０－１４５４．［２２］李美蓉，张建，桂召龙．原油罐底泥的溶剂提取法处理技术［Ｊ］．石油大学学报，２００５，２９（１）：１２０－１２４．ＬＩ　Ｍｅｉ－ｒｏｎｇ，ＺＨＡＮＧ　Ｊｉａｎ，ＧＵＩ　Ｚｈａｏ－ｌｏｎｇ．Ｓｏｌｖｅｎｔ　ｅｘ－ｔｒａｃｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｔｏ　ｏｉｌｙ　ｓｌｕｄｇｅ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　ｔｈｅＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ，２００５，２９（１）：１２０－１２４．［２３］仝坤，籍国东．从稠油罐底泥中回收原油［Ｊ］．化工环保，２００８，２８（５）：４４７－４５０．ＴＯＮＧ　Ｋｕｎ，ＪＩ　Ｇｕｏ－ｄｏｎｇ．Ｒｅｃｏｖｅｒｙ　ｏｆ　ｍｉｎｅｒａｌ　ｏｉｌ　ｆｒｏｍｈｅａｖｙ　ｏｉｌｙ　ｓｌｕｄｇｅ［Ｊ］．Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　ｏｆＣｈｅｍｉｃａｌ　Ｉｎｄｕｓｔｒｙ，２００８，２８（５）：４４７－４５０．３８１２第１２期金余其，等：超声波辅助萃取油泥回收原油的试验研究。