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表面活性剂-碱协同处理老化油泥工艺

文档作者：焦龙1，程超1，闫昕1，都伟超1，2，张建甲3，张洁1，2 ，陈刚1，2 （文档来源： 1. 西安石油大学化学化工学院 2. 中国石油安全环保技术研究院 3. 北京华盛坤泰环保科技有限公司		更新日期： 2026年05月04日	点击数：
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第36 卷第3 期
2019 年9 月25 日
油田化学
Oilfield Chemistry
Vol.36 No.3
25 Sept，2019
文章编号：1000-4092（2019）03-535-05
表面活性剂-碱协同处理老化油泥工艺*
焦龙1，程超1，闫昕1，都伟超1，2，张建甲3，张洁1，2 ，陈刚1，2
（1. 西安石油大学化学化工学院，陕西省油气田环境污染控制技术与储层保护重点实验室，陕西西安710065；2. 中国石油安全环保技术
研究院，石油石化污染物控制与处理国家重点实验室，北京102206；3. 北京华盛坤泰环保科技有限公司，北京100142）
摘要：石油开采过程中会产生大量的含油污泥，为解决该过程中石油浪费和环境污染等问题，在分析含油污泥基
本组成的基础上，采用热化学清洗法，对塔河油田油泥进行除油处理，采用表面活性剂QT9 和碱为清洗剂，通过
单因素实验和正交实验考察了清洗剂加量、清洗温度，搅拌速率、搅拌时间、液固比等因素对残油率的影响。研
究结果表明，当QT9加量为0.6%、混合碱加量为3%、清洗温度为25℃、搅拌时间为30 min、搅拌速率为210 r/min、
液固比为3∶1 时，清洗两次可将油泥含油率从14.3%降低到1.3%。正交实验结果显示，各因素对清洗后残油率影
响的大小顺序为：温度>主剂加量>助剂加量>液固比。热重分析表明油泥清洗后其中的原油组分显著降低。图
7 表2参16
关键词：含油污泥；表面活性剂；残油率；热重分析
中图分类号：TE992 文献标识码：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。
基金项目：国家自然科学基金项目“内外源超分子协同催化稠油原位改质新策略”（项目编号51974252），陕西省教育厅科技服务地方专
项（产业化培育项目）“物理-化学联合处理复杂乳化原油技术研究”（项目编号18JC025）。
作者简介：焦龙（1980-），男，教授，西北大学分析化学专业博士（2008），南京林业大学林产化学专业博士（1998），主要从事油气田化学研
究工作，E-mail：36654946@qq.com。张洁（1963-），女，教授，本文通讯联系人，南京林业大学林产化学专业博士（1998），主要
从事油气田化学工艺研究工作，通讯地址：710065 西安市电子二路东段18 号西安石油大学化学化工学院，电话：
029-88382693，E-mail：zhangjie@xsyu.edu.cn。
随着石油化工行业的发展，我国产生含油污
泥的量逐渐增大。一方面，在石油开采、运输等过
程中会造成石油落地，和其他杂质混合形成落地油
泥［1］；另一方面在原油储存罐中原油中的胶质、沥青
质等重组分结合泥沙、重金属盐类聚集成团，导致
密度增大沉入罐底形成又稠又黑的物质层，即为罐
底油泥［2-3］。由于长时间堆积，油泥中的原油和泥砂
之间从简单的附着关系变为更为复杂的连接作用，
形成老化油泥。大量油泥的产生造成了资源的浪
费和环境的污染，所以环保绿色的处理方法和资源
的再利用是科研工作者探索追求的重点［4］。由于老
化油泥成分复杂，老化油泥的水合性和带电性使其
具有很强的稳定性，其中老化原油和泥沙结合更加
紧密，老化油泥乳化程度严重，更增加清洗的难度，
不能用水轻易洗脱［5］。现阶段，油泥的处理方法有
多种，如焚烧法、生物处理法、溶剂萃取法、热解吸
法等，各有优劣［6-8］。除了上述几种油泥处理方法，
近几年来还有许多新型的油泥处理技术，如电催化
水法、旋流工艺、超声脱油技术、油泥调质—机械脱
水技术等［9-11］，都取得了较好的效果。但这些新技术
研究尚不完善，应用受到了限制。热化学清洗法具
有简便有效的特点，成为我国目前研究最多、应用
较多的油泥处理方法之一。热化学清洗法工艺流
程包括油泥处理、混合、加药、一级清洗、二级清洗、
分离和清洗水处理等步骤。该工艺过程影响最后
清洗效果的是加药过程中清洗剂的筛选和一、二级
清洗条件的选择。本文根据塔河油田油泥的性质，
采用热化学清洗法对油泥进行净化处理，考察温
度、清洗剂加量、搅拌速率、固液比等因素对清洗效
果的影响，通过正交实验探讨各因素对清洗后残油
率的影响，并通过热重法分析清洗前后油泥的热重
行为。
油田化学2019 年
1 实验部分
1.1 材料与仪器
油泥取于塔河油田某处理场。非离子表面活
性剂QT9，工业级，沙索（中国）化学有限公司；氢氧
化钠、四氯化碳，分析纯，天津市科密欧化学试剂有
限公司；混合碱，自制。
DZKW-D-2 电热恒温水浴锅、JJ-1 型精密增力
电动搅拌器，常州国华电器有限公司；TDL-5A台式
离心机，上海安亭科学仪器厂；LS 13 320 XR激光衍
射粒度分析仪，美国贝克曼库尔塔公司；GH-800 型
红外分光测油仪，北京国环高科自动化技术研究
院；索式提取器，泰州市铭泰科教仪器设备有限
公司。
1.2 实验方法
1.2.1 油泥组分测定
油泥的含水率按照国家标准GB/T 260—1977
《石油产品水分测定法》测定，即采用回流法将得到
水的体积换算成水的质量，油泥含水率为油泥中水
的质量与油泥总质量之比；将包裹一定质量的油泥
放入索式提取器，采用四氯化碳回流提取其中的
油，根据红外测油仪测得四氯化碳中的油含量，进
而计算油泥中的含油量。固相含量=100%－含水
率－含油率。
1.2.2 油泥清洗实验
将50 g 的油泥加入一定量的清洗剂溶液中，用
玻璃棒搅拌均匀后将烧杯放入水浴锅，在恒定温度
下用搅拌器搅拌一定的时间，使用台式离心机在
3000 r/min 的转速下离心15 min，倒出上层溶液，取
下层油泥放入烘箱，烘干。称取20 g 烘干的油泥，
用定性滤纸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
碳为无色。随后稀释测定四氯化碳中油的加量值，
根据式（1）计算油泥中的残油率［12］。
100 0.1100%
D m (1 f)
r
w
¥
= ¥ ¥
¥ ¥ - （1）
其中，ω为残油率，%；m 为提取过程中所用油泥的
质量，g；f 为原始油泥含水率，%；ρ为红外测油仪测
得四氯化碳中油的加量，mg/L；D为稀释倍数。
1.2.3 清洗前后油泥热重分析
取3数10 mg 的油泥放入氧化铝坩埚中，在25
数300℃范围内测定记录样品的TG曲线，N2气流速
为10 mL/min，升温速率为20℃/min。
2 结果与讨论
2.1 单因素实验分析
2.1.1 表面活性剂加量对残油率的影响
塔河油田油泥外观为黑色黏稠状，有石油气
味，经检测，含水量为3.648%、含油量为14.311%、固
相含量为82.041%。在清洗温度80℃、液固比3∶1，
搅拌时间60 min 和搅拌速率170 r/min 的条件下，表
面活性剂QT9 加量对油泥残油率的影响如图1 所
示。由图1 可知，在其他条件不变的情况下，随着表
面活性剂QT9 加量的增大，油泥的残油率逐渐降
低，当QT9 加量为0.6%时，油泥的残油率为7.4%；
随着QT9 加量继续增加，油泥的残油率变化不大。
结合成本方面的考虑，选择表面活性剂QT9 加量为
0.6%。清水中加入少量的表面活性剂就可以使水
的表面张力大大降低。表面活性剂的亲油基与石
油或油脂结构有相似之处，根据相似相溶原理，表
面活性剂能使油类物质向水界面移动［13-14］。
2.1.2 清洗助剂加量对残油率的影响
由于强碱性物质具有皂化、破乳的作用，将氢
氧化钠和混合碱作为清洗助剂分别与QT9 复配进
一步提高洗油率。向质量分数0.6%的QT9 溶液加
入一定量的氢氧化钠或混合碱，在清洗温度80℃、
液固比3∶1、搅拌时间60 min 和搅拌速率170 r/min
的条件下，清洗助剂加量对油泥残油率的影响如图
2 所示。由图2 可知，氢氧化钠或混合碱与QT9 复
配组成的清洗液比单独的QT9 溶液清洗能力强，其
图1 QT9加量对油泥残油率的影响
14
12
10
8
6
残油率/%
QT9 质量分数/%
0 0.2 0.4 0.6 0.8
536
第36 卷第3 期
他实验操作条件不变的情况下，随着氢氧化钠或混
合碱加量的增大，油泥的残油率都逐渐降低，且氢
氧化钠和QT9 组成的清洗液比混合碱和QT9 组成
的清洗液清洗能力强。当氢氧化钠加量为4%时，
油泥的残油率为2.2%，但当氢氧化钠加量大于4%
或混合碱加量大于3%时，残油率降幅不太明显。
氢氧化钠或混合碱能与黏附在泥沙表面石油中的
酸类物质发生皂化反应，生成可溶性表面活性物质
并从固相表面脱附下来，因此氢氧化钠和混合碱在
表面活性剂的基础上能进一步促进石油和泥砂的
分离［15］。
2.1.3 清洗温度对残油率的影响
分别用0.6% QT9+4% NaOH 清洗液和0.6%
QT9+3%混合碱清洗液清洗油泥，在液固比3∶1、搅
拌时间60 min 和搅拌速率170 r/min 的条件下，清洗
温度对油泥残油率的影响如图3 所示。由图3 可
知，其他条件不变，对于QT9/氢氧化钠清洗液而言，
随着温度的升高，油泥残油率逐渐降低，当温度为
80℃时油泥的残油率为2.5%。这是由于高温有利
于反应速度加快和原油黏度的降低，油泥和原油的
附着力减小。温度继续升高，水蒸发过快，不利于
清洗。对于QT9/混合碱清洗液而言，温度升高，残
油率反而有所升高。在30℃ 条件下，残油率为
1.6%。由于在合适的温度下，QT9/混合碱清洗液处
理后油泥的残油率比QT9/氢氧化钠清洗液的低，因
此下文探讨QT9/混合碱清洗液的最优清洗条件。
2.1.4 搅拌速率对残油率的影响
用0.6% QT9+3%混合碱清洗液清洗油泥，在液
固比3∶1、搅拌时间60 min 和清洗温度30℃的条件
下，搅拌速率对油泥残油率的影响如图4 所示。由
图4 可知，油泥的残油率随着搅拌速率先增加后减
小。当搅拌速率为210 r/min 时，残油率最低，为
1.3%；当搅拌速率大于210 r/min 时残油率变大。油
泥清洗需要一定的搅拌速率，清洗剂和油泥才能混
合均匀，充分地接触，有利于残油率减小；但搅拌速
率过大会增强油水乳化倾向，形成水包油型乳化
液，影响清洗效果［16］。
2.1.5 液固比对残油率的影响
用0.6% QT9+3%混合碱清洗液清洗油泥，在搅
拌时间60 min、搅拌速率210 r/min 和清洗温度30℃
的条件下，液固比对油泥残油率的影响如图5 所
图2 氢氧化钠或混合碱加量对残油率的影响
图3 清洗温度对残油率的影响
图4 搅拌速率对残油率的影响
图5 液固比对残油率的影响
搅拌速率/（r·min-1）
残油率/%
1 2 3 4 5 6
8
7
6
5
4
3
2
残油率/%
残油率/%
残油率/%
混合碱
温度/℃ 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
氢氧化钠
清洗助剂加量/%
混合碱
氢氧化钠
焦龙，程超，闫昕等：表面活性剂-碱协同处理老化油泥工艺537
油田化学2019 年
示。由图5 可知，残油率随液固比的增大而降低，当
液固比大于3∶1 时，残油率降幅不明显。液固比例
较小，不利于油泥的分离；液固比例过大，则会浪费
水资源和药剂用量，增加油泥处理的成本。
2.1.6 搅拌时间对残油率的影响
用0.6% QT9+3%混合碱清洗液清洗油泥，在液
固比3∶1、搅拌速率210 r/min 和清洗温度30℃的条
件下，搅拌时间对油泥残油率的影响如图6 所示。
由图6 可知，在搅拌时间小于30 min 时，油泥的残油
率较大；当搅拌时间大于30 min 时，油泥残油率变
化不太明显。
2.2 正交实验分析
确定清洗搅拌时间为30 min，搅拌速率为210
r/min，以残油率为指标，对清洗温度、QT9 加量、混
合碱加量、液固比进行L9（34）正交实验。表1 为正
交实验因素水平表，表2 为正交实验结果。通过极
差R 分析可得各因素对清洗后残油率影响的大小关
系为：温度>主剂加量>助剂加量>液固比。油泥最
佳清洗条件为：温度25℃、QT9 加量0.5%、混合碱加
量4%、液固比3∶1。
2.3 清洗前后油泥热重分析
热重分析是在程序控制温度下测量待测样品
的质量与温度变化关系的一种热分析技术，用来研
究材料的热稳定性和组分。在不同温度下，不同的
组分受温蒸发或者分解。对比清洗前后的油泥热
重曲线，可分析清洗过程中洗涤掉的油品组分。由
于原油中大部分烷烃、烯烃、芳香烃的沸点都在
300℃以下，故考察了油泥在25数300℃范围内的质
量变化，结果如图7 所示。未处理油泥在加热至
300℃时质量降低了12.1%，这主要是由于油泥中的
饱和烃和芳香烃的蒸发；而经过QT9 和碱清洗后的
油泥下降幅度较小，为6.0%，表明在最优条件下处
理后油泥的含油量显著降低；而经过四氯化碳提取
之后的土样，质量几乎无变化，仅为0.4%，说明油泥
图6 搅拌时间对残油率的影响
因素
123
清洗温
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
混合碱加
量/%
D234
表2 正交实验结果表
编号
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
残油
率/%
3.3
2.5
2.1
2.7
2.4
3.1
3.8
4.1
3.9
表1 正交实验因素水平表
图7 油泥清洗前后的TG曲线
残油率/%
搅拌时间/min
温度/℃
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
质量分数/%
未处理
QT9 和碱清洗后
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，几乎未残
留到土样里，同时也说明四氯化碳提取法的含油率
测定较为准确。
3 结论
通过单因素实验确定了清洗油泥的方案：QT9
加量为0.6%、混合碱加量3%、清洗温度为常温、搅
拌速率为210 r/min、液固比为3∶1、搅拌时间为30
min，在该条件下可将油泥含油率从14.3%降至
1.3%。正交实验得出各因素对清洗后残油率影响
的大小关系为：温度>QT9 加量>混合碱加量>液固
比，因此在应用中首先要选定适宜的使用温度，并
且控制助剂和助剂的加量以及比例。
与传统强碱相比，温度对混合碱和氢氧化钠的
影响相反，温度越低越有利于发挥混合碱的清洗作
用。这可能由于高温强化了强碱与油泥中无机组
分的反应，削弱了其对原油的清洗作用。此外，混
合碱-QT9 体系体现出良好的协同作用，其作用机制
尚未明确需要继续研究，从而优化清洗条件和工
艺，实现进一步降低综合成本的目标。
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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
焦龙，程超，闫昕等：表面活性剂-碱协同处理老化油泥工艺539

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