原油乳化率影响因素研究Word下载.docx
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TU99文献标识码:
A
随着海洋石油开采业和航运业的发展,海上溢油事故不断发生[1]。
据统计,我国海上溢油事故年均500起,大片石油漂浮在海面,并随波浪和海风向海岸漂移,威胁着人类生活和海洋生态环境。
分散剂能将大片浮油乳化成细小粒子分散于水中,减少其粘附海岸带的几率,同时增大了微生物与原油接触的表面积,更有利于生物降解。
2010
年,墨西哥湾深水地平线漏油事件中已成功应用分散剂处理溢油,并经生态研究表明,适当使用分散剂对人类生活和海洋生态均产生良好环境效应[2]。
由此看来,分散剂已在溢油应急处理中得到很好的应用。
但实际上人们经常为了提高处理效果而过量投加分散剂,这有可能严重影响生态环境。
而且,溢油后何时投加分散剂最有利于溢油处理,以及受什么条件制约,都有待进一步研究。
本文主要研究分散剂投加量、温度、原油风化程度对原油乳化率的影响,为今后分散剂的使用提供参考。
1实验材料和方法仪器和药品
1)仪器:
FA2004N型电子天平;
KS4000i型控温摇床;
722S可见分光光度计。
2)药品:
三氯甲烷(AR),无水硫酸钠(AR)。
实验材料1)海水:
由蒸馏水与海水素配制,pH=7.9,盐度
30‰,经高温灭菌处理后使用。
2)油品:
油品参数如表1所示。
表1油品参数
油品来源密度(20℃,g/cm3)运动粘度(20℃
mm2/s)API值
轻质原油青岛石化厂0.85625.5733.8
重质原油黄岛油库0.98786.5511.9
3)分散剂:
所用分散剂经国家海洋局北海分局化学消油剂核准公告。
测定方法
1)乳化率测定原理和方法
原理:
乳化率的测定依据《溢油分散剂技术条件》[3]
(GB18188.1-2000)。
测定方法:
向125mL分液漏斗内加入50mL人工海水,1.0g原油及20%分散剂(分散剂的质量为原油质量的20%),振荡乳化后静置10min,取20mL下层乳化液,用等体积三氯甲烷振荡萃取后静置30min,可见分光光度计下测定并计算乳化率,所有实验一式三份,取平均值。
2)标准曲线
准确称取500mg标准油,溶于25mL三氯甲烷中,得到20000mg/L原油储备液。
分别取储备液1、2、3、4、5ml,
稀释至10mL,对应浓度为
2000、4000、6000、8000、10000mg/L,测定650nm处的吸光度。
以吸光度为横坐标,浓度为纵坐标,绘制标准曲线,如图1。
图1标准曲线
2实验结果与讨论
2.1分散剂投加量对乳化率的影响
分别取分散剂投加量为15%,20%,25%,30%,35%和40%。
其他条件不变,按测定方法进行实验,结果如图2。
图2分散剂投加量对乳化率的影响
由图2知,分散剂投加量增加的初始阶段,两种原油的乳化率均随着分散剂投加量的增加而迅速增大,但投加量达到30%以后,对乳化率的影响不再显著。
分散剂主要作用是将油乳化成粒径很小的油粒,其中的表面活性剂成分附着在油滴表面,使亲水基团向外,从而避免了油重新结合成大粒或粘附到悬浮物上,也增大了原油与微生物接触的表面积,更有利于后续的生物降解。
固然,分散剂用量的增加会提高乳化率,但并不是没有限度的。
用量不足达不到处理效果,用量过多效果不明显,且易造成二次污染,加重海洋生态环境的破坏。
1967年,托里峡谷号油轮溢油事故过量使用分散剂,导致海洋生物大量死亡,生态环境严重受到破坏。
因此,使用分散剂时要慎重。
而分散剂只对中低粘度油有效,对蜡质及高粘度油几乎不起作用,本实验中所用重质原油性质偏向于后者,因此乳化效果较差。
由此看来,油的物理性质也是影响乳化率的一个重要因素。
2.2温度对乳化率的影响
参照青岛海水水温变化情况,确定四个实验温度14℃、19℃、24℃和29℃。
其他条件不变,按测定方法进行实验,结果如图3。
图3温度对乳化率的影响
由图3知,两种原油的乳化率均随着温度的增加而增大,且重质原油的乳化率小于轻质原油的。
海水的温度直接影响原油的粘度,从而改变油水界面张力[4],即:
温度越低,原油粘度和油水界面张力越大,反之则越小。
而重
质原油粘度比轻质原油大,受温度的影响更大。
因此,当温度比较低时,可适当提高分散剂的用量。
2.3风化程度对乳化率的影响
不同风化程度原油制备:
将原油倒入烧杯中,70℃加热直至减少最初量的5%、10%、15%和20%,密封备用。
其他条件不变,按测定方法进行实验,结果如图4。
图4原油风化程度对乳化率的影响
由图4知,两种原油的乳化率均随着风化程度的增大而减小,轻质原油的变化幅度更大。
当风化程度增加到20%时,原油基本不能被乳化。
挥发和乳化是改变原油性质的重要风化过程[5]。
原油中小分子量的烃类物质不断挥发使油密度和粘度增加,更容易形成油包水的巧克力形式的乳状液,从而导致乳化率减小。
张秀芝[6]等在波浪槽模拟试验中也指出:
原油风化5h之后,乳化率陡然下降,直至基本不能乳化。
因此,风化程度对原油的乳化影响很大,应当在溢油发生后迅速作出应急对策。
3实验结论
通过上述研究可以得出以下结论:
1)不同条件下,两种原油的乳化率变化趋势基本一致,轻质原油比重质原油更容易被乳化。
2)适当增加分散剂的投加量有助于提高原油的乳化率。
但考虑分散剂对经济和环境的影响,使用时要慎重。
3)海水温度越低,对原油粘度和油水界面张力影响越大,乳化率越小。
低温时可适当增加分散剂的投加量提高乳化率。
4)风化程度越大,原油乳化率越小。
原油风化程度的大小决定了原油是否具有可分散性,应当在溢油发生后迅速做出应急对策。
参考文献:
[1]牟颖,严良政.近岸海域石油污染生物修复技术的研究进展[J].工业安全与环保,2012,38(5):
61-63.
[2]TerryC.Hazen,RonaldM.Atlas.OilBiodegradationandBioremediation:
ATaleoftheTwoWorstSpillsinUSHistory[J].EnvironmentalScience&
Technology,2011,45:
6709-6715.
[3]GB18188.1-2000,溢油分散剂技术条件[S].
[4]包木太,管丽君,马爱青,等.化学消油剂乳化效果影响因素研究[J].中国海洋大学学报,2012,42(9):
53-58.
[5]LidskogR,ElanderL.SwedenandtheBalticSeapipeline:
Betweenecologyandeconomy[J].MarinePolicy,2012,36
(2):
333-338.
[6]张秀芝,李筠,隋俨,等.海上溢油风化特性及化学分散效果的影响因素研究[J].海洋环境科学,1997,6(3):
40-45.
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