复合溶剂萃取—水泥窑协同处置含油钻屑研究

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随着我国页岩气开采力度的加大,含油钻屑的产生量快速增长,伴随而来的是愈加严重的污染问题。当前,含油钻屑的污染问题已成为一个越来越受到关注的复杂环境问题。因此,对于含油钻屑的处置不可或缺。针对页岩气钻井作业产生的油基钻屑,采用溶剂萃取法脱油,筛选出复合萃取剂,并优化实验条件,同时从热力学角度对萃取过程以及萃取机理等进行了分析,并结合水泥窑协同处置方法,将萃余固体残渣作为生料烧制水泥熟料,考察了其作水泥原料的掺加方式与掺加比例以及对水泥的烧成过程以及烧成矿物等的影响。使用不同溶剂对含油钻屑进行了萃取实验,最终筛选出的复合萃取剂由烃类萃取剂A、烃类萃取剂B、石油醚组成(体积比为6:4:1)。同时脱油率受剂屑比的影响很显著。通过对萃取时间为35min下不同剂-屑比脱油率的综合分析,对于溶剂萃取含油岩屑,4:1的剂屑比是比较理想的选择。萃取最佳条件为:萃取温度35℃,萃取时间35min,搅拌速率130r/min,盐加量1%,在最佳萃取条件下,萃取处理后残渣含油量降至0.57%。在最佳萃取条件下,达到《陆上石油天然气开采含油污泥资源化综合利用及污染控制技术要求》(SY/T7301—2016)要求。同时,复合萃取剂回收率达到80%。从热力学角度分析了溶剂萃取法除油的过程,ΔG<0,说明油的脱附是自发的过程;ΔH>0,说明油的脱附是吸热过程,且温度是影响油脱附的重要因素;ΔS>0,说明油的脱附系统中反应的剧烈程度;对不同萃取时间的钻屑样品进行红外光谱分析,结果表明油分子与固体颗粒间强相互作用力的本质是存在着O-H…O,它阻碍了油脱附且降低了萃取效率。为将萃余固体废物安全处置,用马弗炉模拟水泥窑协同处置的方式对萃取脱油钻屑进行实验研究。萃余物掺入方式与掺入比例对水泥产品均有影响,采用热重分析萃余固废掺入对水泥烧成过程的影响,结果表明掺加萃余固废后,碳酸钙分解温度下降13.2℃,固相出现温度由1173℃降为1151℃,固相反应温度降低了 22℃,因此,萃余固体废物的掺加更有利于水泥熟料的烧成;采用乙二醇代用法测定水泥熟料中f-CaO含量,结果表明掺入适量萃余固废后(掺量小于20%),能减小熟料中f-CaO含量,但掺量过大,f-CaO含量增加,反而对熟料的烧成不利,因此,最高内掺量为20%;水泥熟料的X射线衍射图谱结果表明掺加萃余固体废物烧制的水泥熟料主要矿物组成不变,但萃余固体的掺入对水泥矿物形成仍有影响,因此,萃余固体废物掺加的比例应<20%。同时水泥产品的水化样XRD图谱结果表明萃余固体废物掺入对水化速度有影响,会抑制水泥的水化反应的速度,这成为制约扩大废物利用比例的主要影响因素之一。同时,掺加萃余固体废物的水泥协同处置产品的重金属浸出浓度符合《水泥窑协同处置固体废物技术规范》(GB30760-2014)标准的安全限值,无重金属浸出的环境安全风险。
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