超临界二氧化碳处理油基钻井固体废弃物研究

发布时间：2017-04-08 18:10

  本文关键词：超临界二氧化碳处理油基钻井固体废弃物研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着页岩油气开采的快速发展,废弃污染物也越来越多,而油基钻井固体废弃物是其主要污染物之一。油基钻井固体废弃物包含了钻井液中各种添加剂和石油类物质。污染物浓度高,性质较为特殊,如果处理不当,会对环境造成污染。《国家危险废物目录》已将其列入危险废物类(编号HW08)。《国家清洁生产促进法》和《固体废物环境污染防治法》也明确提出必须对它进行无害化处理。超临界流体萃取技术是一种高效的、洁净的分离技术,其在产物分离和提取中占据了独特的优势。本文以钻井过程中产生的油基钻井固体废弃物为原料,对超临界二氧化碳(C02)萃取油基钻井固体废弃物的规律和工艺进行了深入研究和探讨。首先采用单因素实验和正交实验研究了超临界CO2萃取的最佳工艺。重点考察了萃取压力、萃取温度、萃取时间对固体残油率的影响,确定实验范围内最佳的工艺条件为：萃取压力25 MPa,萃取温度50℃、萃取时间100 min,此时的残油率为0.748%。同时对萃余物进行分析,并以市售0#柴油为参考。馏程分析结果显示,萃取柴油和市售0#柴油的沸点范围基本相同,曲线走势大致相同,二者物性差别不大。红外分析结果显示,萃取柴油与市售0#柴油的成分结构基本相同,说明超临界CO2萃取工艺对油基钻井固体废弃物中的柴油损害性小,基本未改变柴油本身的物性。GC-MS分析结果显示,萃取柴油中共鉴定出80个化合物,包括烷烃、烯烃、醇、醛以及不饱和脂肪酸等化学成分。其中,C10以上的化合物所占比例较高。本文还对缔合模型用于关联萃余物(柴油)在超临界CO2中的溶解度进行了研究,提出了一个六参数的修正Chrastil方程。该方程中,将Chrastil方程的常数k表示为密度和温度的函数。分别用Chrastil方程和本文提出的方程对溶解度的实验数据进行关联,其中本文提出的修正Chrastil方程的平均相对误差为0.43%,拟合效果优于Chrastil方程。论文的研究结果为萃取出的柴油的利用提供了一些基础数据,为以后油基钻井固体废弃物以及固体废物的处理提供了一条途径。本文提出的关于超临界CO2萃取油基钻井固体废弃物中柴油的溶解度方程,可沿用至其他的固体废物—超临界CO2体系中,并对萃取过程的放大具有重要的指导意义。
【关键词】：油基钻井固体废弃物 超临界CO_2 萃取 溶解度 模型
【学位授予单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X741
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 第1章 绪论7-21
• 1.1 油基钻井固体废弃物的处理方法概述7-10
• 1.1.1 热蒸馏7-8
• 1.1.2 溶剂萃取法8
• 1.1.3 汽提法8
• 1.1.4 坑内密封掩埋8
• 1.1.5 注入安全地层或环形空间8-9
• 1.1.6 生物修复法9
• 1.1.7 化学破乳法9
• 1.1.8 焚烧法9-10
• 1.1.9 超临界流体萃取10
• 1.2 超临界流体技术10-14
• 1.2.1 超临界流体基本性质10-11
• 1.2.2 超临界流体的发展及现状11-12
• 1.2.3 超临界流体的选择12-13
• 1.2.4 超临界CO_2萃取技术的应用13-14
• 1.3 超临界流体萃取相平衡热力学14-19
• 1.3.1 超临界流体—固体体系相平衡热力学14-18
• 1.3.2 超临界流体—液体体系相平衡热力学18-19
• 1.4 本课题主要研究内容与创新点19-21
• 1.4.1 主要研究内容19-20
• 1.4.2 本文创新点20-21
• 第2章 超临界CO_2萃取工艺过程21-25
• 2.1 超临界CO_2萃取工艺的选择21-22
• 2.2 超临界CO_2萃取装置22-25
• 第3章 超临界CO_2萃取油基钻井固体废弃物的规律研究25-30
• 3.1 油基钻井固体废弃物基本性质25
• 3.2 原料及试剂25-26
• 3.3 实验仪器与设备26
• 3.4 实验结果与分析26-29
• 3.4.1 萃取压力对萃取效果的影响26-27
• 3.4.2 萃取温度对萃取效果的影响27-28
• 3.4.3 萃取时间对萃取效果的影响28-29
• 3.5 小结29-30
• 第4章 超临界CO_2萃取油基钻井固体废弃物的工艺研究30-44
• 4.1 原料及试剂30
• 4.2 实验仪器与设备30
• 4.3 实验结果与分析30-36
• 4.3.1 交实验直观分析31-32
• 4.3.2 正交实验效应曲线图32-34
• 4.3.3 正交实验的方差分析34
• 4.3.4 最佳工艺条件验证34-35
• 4.3.5 与索氏提取法对比35-36
• 4.4 萃取柴油性质分析36-42
• 4.4.1 馏程分析36-38
• 4.4.2 傅里叶红外光谱38-39
• 4.4.3 气相色谱-质谱联用39-42
• 4.5 小结42-44
• 第5章 柴油在超临界CO_2中的溶解度研究44-53
• 5.1 萃取柴油在超临界CO_2中的溶解度44-47
• 5.2 关于CHRASTIL方程47-48
• 5.3 修正CHRASTIL方程关联萃取柴油在超临界CO_2中的溶解度48-51
• 5.4 小结51-53
• 第6章 结论与建议53-56
• 6.1 结论53-54
• 6.2 建议54-56
• 致谢56-57
• 参考文献57-63
• 附录63-67
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果67

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