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基本信息

項(xiàng)目名稱：
新型油田污水凈化處理劑——功能化納米磁流體的開發(fā)與應(yīng)用
小類：
能源化工
簡介：
針對我國油田采出液含水量大、殘余油及懸浮物含量高，而常規(guī)水處理劑凈化效果不佳、絮體沉降速度慢的現(xiàn)狀，探索開發(fā)了一種高效除油去濁的新型油田污水凈化處理劑——功能化納米磁流體。利用磁性粒子的納米效應(yīng)輔助破乳除油；進(jìn)行表面功能化修飾，增強(qiáng)絮凝能力；利用其強(qiáng)磁性，借助磁分離器實(shí)現(xiàn)絮體快速分離。對磁流體進(jìn)行中試生產(chǎn)，并應(yīng)用于勝利油田污水凈化過程中，相比常規(guī)水處理劑其加藥量更少，處理速度更快，水質(zhì)有大幅提升。
詳細(xì)介紹：
該作品通過大量實(shí)驗(yàn)研究，研制開發(fā)了一種新型油田污水凈化處理劑—功能化納米磁流體，并進(jìn)行中試生產(chǎn)試驗(yàn)，在勝利油田現(xiàn)河采油廠草西聯(lián)合站實(shí)現(xiàn)油田污水凈化處理工業(yè)應(yīng)用，其凈水效果和處理效率較傳統(tǒng)水處理劑有很大提高。 我國各大油田的采油聯(lián)合站內(nèi)層層林立著大大小小的污水分離，油田采出液中的大量污水在這里經(jīng)絮凝處理后分離沉降。然而由于三次采油聚合驅(qū)的廣泛使用，使得采出液中殘留有大量的高分子聚合物，而這減緩了污水在絮凝處理過程中絮體分離沉降的速度，并提高了殘余油的乳化和細(xì)化程度，而更難被清除。污水只有經(jīng)過多級沉降、長時(shí)間靜置后才能達(dá)到回注水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。然而在每日污水處理量超過70萬噸的勝利油田，這種傳統(tǒng)的重力沉降方法已顯得捉襟見肘。因此開發(fā)一種新型的凈水處理劑，提高污水水質(zhì)和處理效率成為當(dāng)務(wù)之急。 針對這一問題，我們撇開傳統(tǒng)的重力沉降方式，選取分離效率更高的磁分離技術(shù)。通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，有利用工業(yè)磁粉進(jìn)行污水處理的報(bào)道，然而由于磁粉的顆粒度較大，重力作用較強(qiáng)，很難再污水中均勻分散，而且其絮體吸附能力較弱，水處理效果不佳。由此，我們設(shè)想開發(fā)一種新型油田污水凈化處理劑—功能化納米磁流體，即將磁性顆粒細(xì)化至納米級別，并在顆粒表面進(jìn)行功能化修飾，使其具有一定的除油去濁能力，同時(shí)將其穩(wěn)定分散于水中，形成“溶液”，從而更易于在油田污水中有效分散，達(dá)到深度凈化的目的。 在這一想法的指導(dǎo)下，相繼完成了磁流體合成條件的優(yōu)化和表面功能化的選擇，探討了制備功能化納米磁流體的影響因素，提出了“反滴加-共沉淀法”的制備工藝，并對磁流體進(jìn)行性能表征分析。最終將其應(yīng)用于油田污水凈化過程中，實(shí)現(xiàn)污水中殘余油、懸浮物含量快速降低、絮體高效分離的目的。隨后，我們對磁流體進(jìn)行中試生產(chǎn)，將產(chǎn)品應(yīng)用于勝利油田現(xiàn)河采油廠草西聯(lián)合站，在三個(gè)月的運(yùn)行期內(nèi)，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，水處理效果良好，除油率一直保持在99%以上，懸浮物含量降至5mg/L以下，水質(zhì)完全達(dá)到回注地層A級要求，且絮體沉降分離速度快，提高了處理效率，增大了凈水容量。

作品圖片

  • 新型油田污水凈化處理劑——功能化納米磁流體的開發(fā)與應(yīng)用
  • 新型油田污水凈化處理劑——功能化納米磁流體的開發(fā)與應(yīng)用
  • 新型油田污水凈化處理劑——功能化納米磁流體的開發(fā)與應(yīng)用
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作品專業(yè)信息

設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)

1. 作品設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路 目前，各大油田的采出液含水量逐年攀升，以勝利油田為例，其含水量高達(dá)90%以上，油田污水日處理量達(dá)70余萬噸。而三采驅(qū)油過程有大量聚合物殘留增強(qiáng)了油水乳化程度，加大了污水處理的困難。常規(guī)水處理劑在此體系中絮體沉降緩慢，效果不佳。因此，開發(fā)一種能夠高效除油去濁的凈水處理劑成為亟待解決的問題。對此我們設(shè)想選取材料領(lǐng)域研究熱點(diǎn)——功能化納米磁流體，利用其磁性納米粒子的高表面能進(jìn)行輔助破乳除油；并對其表面進(jìn)行功能化修飾，強(qiáng)化其絮凝能力；利用其強(qiáng)磁性，借助磁分離器，高效去除污水中的殘余油和懸浮物，有效解決油田含聚污水絮凝沉降困難的問題，從而達(dá)到污水深度凈化效果。 2. 創(chuàng)新點(diǎn) 優(yōu)化功能化納米磁流體的合成方法，提出“反滴加-共沉淀法”的工藝，所得產(chǎn)品粒度更小、磁性更強(qiáng)，性能更穩(wěn)。 將磁流體應(yīng)用于油田污水凈化處理過程中，利用其納米特性及表面功能較好地解決了目前油田污水處理中除油難、絮凝慢的問題。 3. 技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo) 以共沉淀法制備磁性納米粒子，控制其粒度在10-20nm，飽和磁化強(qiáng)度為50-67emu/g，且具備良好的超順磁性。 利用磁流體進(jìn)行油田污水凈化，使懸浮物含量降至3mg/L，除油率在95%以上。利用磁分離裝置將磁性絮體快速分離。 在勝利油田進(jìn)行磁流體中試生產(chǎn)，并將產(chǎn)品應(yīng)用于草西聯(lián)合站，三個(gè)月內(nèi)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，除油率保持在99%以上，懸浮物含量降至5mg/L以下，水質(zhì)達(dá)到回注A級。

科學(xué)性、先進(jìn)性

科學(xué)性、先進(jìn)性： （1）在磁流體制備過程中，改進(jìn)其合成路徑，提出“反滴加-共沉淀法”的制備工藝，較常規(guī)方法磁流體性能有了顯著提高：較“正滴”而言，“反滴”所得磁流體的粒度更小，僅為43nm；其磁性更強(qiáng)，可達(dá)51emu/g；且其性能更為穩(wěn)定，放置一個(gè)月后仍然穩(wěn)定懸浮，顏色烏黑發(fā)亮。 （2）針對現(xiàn)有絮凝劑對油田污水處理效果不佳的現(xiàn)狀，添加功能化納米磁流體強(qiáng)化其凈水效果，利用磁性粒子的納米效應(yīng)輔助破乳除油；對其進(jìn)行表面功能化修飾，增強(qiáng)絮凝能力；利用其強(qiáng)磁性，借助磁分離器實(shí)現(xiàn)絮體快速沉降分離，最終實(shí)現(xiàn)油田污水的深度凈化目的。 （3）通過對處理后的污水進(jìn)行水質(zhì)分析，其油含量僅為1mg/L左右，除油率可達(dá)96%以上，懸浮物含量降至5mg/L以下，潔凈程度已符合回注和排放標(biāo)準(zhǔn)要求。較常規(guī)水處理劑相比，除油率提高14個(gè)百分點(diǎn)，懸浮物由128mg/L降至3mg/L，凈水過程所耗時(shí)間減少三分之二，大大提高了處理量和凈化效率。較工業(yè)磁粉處理水質(zhì)有明顯改善，且相對磁粉添加量減少85%，大大節(jié)約了處理成本。

獲獎情況及鑒定結(jié)果

該作品系國家大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃項(xiàng)目研究成果，2010年結(jié)題答辯評定為優(yōu)秀。 2010年9月在大連理工大學(xué)參加第三屆全國大學(xué)生創(chuàng)新論壇，對項(xiàng)目進(jìn)行展示交流。 2011年獲本校第十二屆“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽特等獎。 發(fā)表論文： 包覆Fe3O4納米粒子的制備及其在油田污水處理中的應(yīng)用初探，《油田化學(xué)》，2010,27(3):328-332. 基于反滴加-共沉淀法的水基Fe3O4磁流體制備及性能表征，《中國石油大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）》，2010，34(6):136-140.

作品所處階段

中試階段

技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式

無

作品可展示的形式

實(shí)物、產(chǎn)品； 圖片；

使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測

1.技術(shù)特點(diǎn)與優(yōu)勢： （1）制備方法簡便，條件易于控制。 （2）磁流體性能優(yōu)越且性質(zhì)穩(wěn)定，便于存放。 （3）大幅提升處理水質(zhì)，減少凈水藥劑用量。 （4）絮凝沉降速度快，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)效率高。 （5）原料價(jià)格低廉，操作條件溫和，易于規(guī)?；a(chǎn)，具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益。 2.適用范圍： 可用于各油田經(jīng)初步油水分離后的采出液污水凈化處理，尤其是含聚合物較多、常規(guī)水處理劑處理效果不佳的油田污水。同時(shí)，也可用于其它類型污水的絮凝沉降過程，通過加速絮凝分離，達(dá)到增強(qiáng)凈水效果、提高處理效率的目的。 3.市場分析和經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測： （1）各油田采出液污水量日益增多，且水質(zhì)越來越差，因此對新型凈水劑需求量十分巨大。 （2）磁流體的制備工藝簡單，規(guī)模化生產(chǎn)易行。凈水過程可實(shí)現(xiàn)連續(xù)化操作，磁分離系統(tǒng)能夠加快分離沉降，提高生產(chǎn)效率，增大油田污水處理量。 在保證處理水質(zhì)達(dá)標(biāo)的前提下，磁流體的加入使得傳統(tǒng)水處理劑的加藥量減少九成以上，相比工業(yè)磁粉，加入量也減少85%，其經(jīng)濟(jì)效益十分可觀。

同類課題研究水平概述

1. 油田污水凈化處理現(xiàn)狀 目前各大油田均以注水為主要開發(fā)方式，其中大部分水隨原油一起被抽回。這部分水經(jīng)初步油水分離后仍含有近1000mg/L的乳化原油和大量的固體懸浮物，需要對其進(jìn)行深度凈化處理后才能夠繼續(xù)回注至油層或排放。 油田污水的處理依據(jù)油田生產(chǎn)、環(huán)境等因素可以有多種方式。國內(nèi)主要通過物理法、化學(xué)法、生物法和綜合法對其進(jìn)行處理。物理法處理主要包括重力分離、離心分離、過濾、蒸發(fā)等，此方法對處理設(shè)備要求高，凈化時(shí)間較長，且處理效果并不理想。化學(xué)法主要是通過絮凝法進(jìn)行處理，即在污水中加入一定量的絮凝劑，對懸浮物進(jìn)行有效的沉降分離。生物法是近些年來新興的一種方法，這種方法利用微生物或細(xì)菌對污水中的某種雜質(zhì)進(jìn)行分解，從而達(dá)到凈化的目的，但是其處理量較小，且針對性較強(qiáng)，難以對油田污水進(jìn)行全面凈化。 2 傳統(tǒng)污水凈化用絮凝劑 油田所常用的絮凝劑主要有無機(jī)高分子絮凝劑和有機(jī)高分子絮凝劑。其中無機(jī)聚合鋁類絮凝劑的應(yīng)用最為普遍，它通過鋁離子水解形成正電離子絡(luò)合物，與污水中帶負(fù)電的泥土膠粒靜電吸引而聚合成團(tuán)形成絮體，在重力作用下絮凝沉降。這種方法對常規(guī)水質(zhì)污水處理效果很好，但由于污水中聚合物含量的增多，其加藥量不斷提高，處理能力逐漸減弱。而有機(jī)高分絮凝劑加藥量少，絮凝速度快而逐漸被廣泛關(guān)注，但它易在污水中發(fā)生分解或殘留，難以從水中除去而造成二次污染。 3 納米磁流體制備方法 磁流體是指磁性超微粒子經(jīng)表面活性劑包裹，高度分散在載液中形成的穩(wěn)定膠體溶液。它將固體的強(qiáng)磁性和液體的流變性巧妙地結(jié)合起來，受到國內(nèi)外的廣泛關(guān)注。磁流體的合成與制備方法種類很多，其中對共沉淀法、水熱合成法、微乳液法及溶膠-凝膠法等研究較為深入。共沉淀法是目前使用最普遍的方法之一，它的生產(chǎn)設(shè)備簡單，反應(yīng)條件溫和，原料價(jià)格低廉，工藝流程短，易于工業(yè)化生產(chǎn)。水熱合成法能夠直接得到結(jié)晶良好的磁核且磁性較強(qiáng)，但其產(chǎn)量受條件限制，較難實(shí)現(xiàn)規(guī)?；?。微乳液法是利用反相微乳作為反應(yīng)器進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)得到的磁流體中磁性顆粒的尺寸要較常規(guī)方法小，且粒度分布均一，但這種方法的條件難于控制，成本也較高。溶膠-凝膠法是近些年來發(fā)展起來的用于制備納米材料的一種新工藝。這種方法能夠保證嚴(yán)格控制化學(xué)計(jì)量比，易實(shí)現(xiàn)高純化，并且其產(chǎn)物粒徑小，分布均勻，分散性好，但其工藝條件還不成熟，規(guī)?；a(chǎn)有一定困難。
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