一种识别炼油厂和燃气厂污泥沉积物的新方法的应用:以实验室为例

摘要

本文报道了一种新的方法在污泥沉积(如含油污泥、水污泥和过滤污泥)识别中的应用。该方法是鉴别炼油厂和天然气厂产生的污泥沉积物中发现的无机物质的一种很好的方法。无机材料腐蚀产物的相识别和定量对于促进化学清洗和防止再次发生以阻止污泥的产生非常重要。因此，作者开发了一种新的方法来分离无机物质和烃类。当样品制备非常小心时，结果表明，这种方法是快速的，可以准确地识别样品中存在的少量(>0.5 wt%)污泥沉积物。此外，如果收集到的二氯甲烷可溶部分的颜色发生变化，则表明污泥中存在碳氢化合物。热重分析结果显示，污泥中含有约3%的无机化合物，25%的水和72%的碳氢化合物。随后，气相色谱质谱分析结果显示，烃类为柴油，含C10-C27。

1.介绍

污泥沉积物是由液体(如油和水)、碳氢化合物(如润滑脂和润滑剂)和非碳氢化合物或固体的无机化合物结合而形成的半固体混合物[1，2以结垢和腐蚀产物的形式存在。污泥沉积物是固体和粘性物质的混合物，在炼油厂和天然气厂设备的不同部位形成。例如,图1显示无机化合物以腐蚀产物、水垢和化学物质的形式与碳氢化合物(如油、润滑剂、润滑脂和水或全部)结合形成的污泥沉积物。这些污泥沉积物要么是在特定的设备中产生的，要么是从其他来源转移过来的。

本文提出了一种从炼油厂和天然气厂累积的污泥沉积物(如含油污泥、水污泥和过滤污泥)的烃类部分分离非烃或无机物质的新方法。例如，将已知数量的污泥沉淀物放入烧杯中，并在通风柜中晾干水基污泥2 - 3天。数字2(一个)显示油基污泥经过二氯甲烷处理，然后在过滤装置中过滤。此外,图2 (b)描述了无机材料的不溶性部分，该部分通过X射线衍射仪测量，并通过High Score Plus软件进行分析，以确定X射线粉末衍射（XRD）的相识别处理过的污泥样品中结晶材料的数据。新方法是识别炼油厂和天然气厂产生的污泥沉积物中发现的无机材料的极好方法。

x射线衍射峰是由样品中每组晶格平面以特定角度散射的x射线单色光的相干干涉产生的[3.］.峰值强度由晶格内原子的分布决定。因此，XRD图谱是给定材料中周期性原子排列的指纹图谱。此外，XRD还可以区分具有相同化学式的不同形式的相和/或晶体结构[3.- - - - - -6］.因此，它是鉴别炼油厂和天然气厂产生的污泥沉积物中发现的无机物质的一种很好的方法[7］.如果样品制备非常小心，XRD可以提供准确的相识别信息[8),图2 (b)．

当所有相位都被准确识别时，Rietveld方法[9- - - - - -11]可以用来表现晶体结构[12，晶体学优选取向[13]和定量相分析[14- - - - - -17晶体材料的XRD数据。此外，如果需要，其他结构参数，如平均晶粒尺寸、结晶度、应变和晶体缺陷也可以确定。Rietveld分析调整可细化的参数，直到整个计算图形与整个测量的XRD图形达到最佳拟合。此外，Rietveld分析不需要测量校准数据，也不需要使用内部标准。因此，在进行细化之前，它需要每个确定相的晶体信息文件(例如晶体结构)。

这项基于实验室的研究的主要目标是开发一种方法，能够精确地识别污泥沉积物，符合炼油厂和天然气厂XRD应用的需要。在样品制备过程中，该方法快速、准确地鉴定了炼油厂和天然气厂的40多个样品，这些样品中有少量(>0.5 wt%)的腐蚀产物、结垢、无机添加剂等。

2.实验方法

为了实现上述目标，在本研究中，作者开发了一种新的方法，并对各种污泥样品进行了实验评估，如图1．这些样品是从炼油厂和天然气厂的许多不同地点收集的。

2．1．一种制备样品的新方法

这里列出了样品制备中的新方法，用于识别来自炼油厂和天然气厂的累积污泥沉积物，并对每个收到的污泥样品进行评估:（1）对于水性污泥，将已知数量的污泥放入烧杯中，在通风柜中干燥2至3天。（2)在硫分析中，必须在不进行任何预处理的情况下对样品进行分析。（3）对于油基污泥，用二氯甲烷处理，然后在过滤装置中过滤，如图2(一个)．如果污泥中含有碳氢化合物，收集到的二氯甲烷可溶部分的颜色就会发生变化。(我)二氯甲烷不溶部分(即无机物或非烃类)通过XRD对无机物进行分析，图2 (b)．(ii)通过气相色谱-质谱法分析二氯甲烷可溶部分（即碳氢化合物），图5．

2．2．x射线衍射数据测量，相识别和定量

在样品制备程序中描述的处理过的样品是用玛瑙臼和杵手工研磨几分钟，以达到细粒度[12),图2(一个)．然后，通过前压将细粉装入样品夹中。此外，利用Rigaku ULTIMA-IV x射线衍射仪(XRD)测量了样品的高分辨率XRD数据，x射线管为4°至75°2θ步长为0.04°，计数时间为1°/ min。

在这篇文章中,作者使用了软件包PANalytical高分+ (X 'Pert高分+ 2.2版本c PANalytical Inc .),结合ICDD PDF-4 +数据库的标准参考资料确定的阶段识别水晶材料的X射线衍射数据的处理污泥样品。随后，利用Rietveld方法对整个XRD图谱进行细化，用于相组成分析[14- - - - - -17]（即，每个确定阶段的重量百分比）。微晶随机取向的细化参数与Sitepu等人描述的参数相同[12］.

3.结果和讨论

3．1.新方法在某炼油厂柴油储罐污泥沉积识别中的应用——以实验室为例

为了进一步评估新方法，作者特别以某炼油厂柴油储罐中发现的未知黑色污泥沉积物为例进行了研究。数字3.图示在某炼油厂柴油储罐中发现的未知黑色污泥沉积的原理图。通过这种新方法获得的污泥组成来确定其性质和来源，以阻止其再次发生。

数字4显示了在炼油厂柴油储罐中发现的黑色污泥沉积物和除烃后的污泥样品的XRD谱图。从图中可以看出4(一)所测得的样品的XRD谱图主要混杂在非晶态和少量晶态材料之间。随后，去除烃类后，无机材料的XRD谱图表明样品为结晶材料，具有合理的峰本比用于相识别，图(14 (b)．利用High Score Plus软件对无机材料的XRD数据进行鉴定，结果表明，无机材料由针铁矿[FeO(OH)]、磁铁矿[Fe]等形式的氧化铁组成_3.O₄]，以及鳞片灰铁矿[FeO（OH）]，以黄铁矿[FeS]形式存在的硫化铁₂和磁黄铁矿[铁_1−x和石英[SiO₂］.随后，用Rietveld方法对所鉴定相的XRD数据进行细化，结果表明，无机材料以56 wt%针铁矿[FeO(OH)]、15 wt%磁铁矿[Fe]的形式含有82 wt%的氧化铁_3.O₄]， 11%的鳞片褐石粉[FeO(OH)];16%的硫化铁以15%的黄铁矿形式存在[FeS]₂]和1 wt%磁黄铁矿[铁_1−xS];2 wt%的石英[SiO₂］.

由于收集到的二氯甲烷可溶部分的颜色发生了变化，污泥沉积物中出现了碳氢化合物。因此，采用热重分析和气相色谱-质谱法分别测定了烃类和水的wt%和烃类的类型。数据5(一个)和5 (b)分别对样品进行热重分析和气相色谱质谱分析。当使用热重法分析样品时，结果显示大约有3 wt%的无机化合物，25 wt%的水，和72 wt%的碳氢化合物含量，图5(一个)．随后，用气相色谱质谱法对样品进行分析，结果显示碳氢化合物类型为柴油，C10-C27，图5 (b)．

该方法已推广应用于40个污泥样品的鉴定。表格1和数字6，7，8和9显示了污泥沉积物的XRD数据的高分Plus获得的相识别结果，这些污泥沉积物要么是在炼油厂和天然气厂的特定设备中产生的，要么是从其他来源转移过来的。

从图中可以看出6(一)原油增压泵试样的XRD谱图介于非晶和结晶两种材料之间。此外，背景高，因此，峰背景比低。数字6 (b)表征了脱烃后同一样品的XRD谱图。有趣的是，这里无机物质的数量相对较少。从图中可以清楚地看到6 (b)样品具有非常高的峰本比的结晶材料，这意味着high Score Plus软件对这些合理的XRD数据提供了准确的相识别。在该样品中确定了所有相;它们是盐盐[NaCl]，热钠盐[Na]₂(有限公司_3.) H₂O]和natrite [Na₂(有限公司_3.)]因此，它表明，如果污泥样品的样品制备非常谨慎，例如，遵循上述样品制备程序的五个步骤，XRD提供了高精度的相识别结果。结果表明，新方法准确地识别了极少量（>0.5 样本中存在的水垢沉积物的wt%），图7(一)，8(一个),9 (b)．另一方面，数字7 (b)，8 (b),9(一个)显示处理前接收到的污泥沉积物的XRD图谱，其主要由无定形材料组成，表明它们是碳氢化合物。

数字2 (b)显示了从NG线收集的污泥沉积物的XRD数据的相识别，表明二氯甲烷是不溶的。检测到七种相:菱铁矿[FeCO]_3.),(铁磁铁矿_3.O₄，针铁矿[FeO(OH)]，方解石[CaCO_3.), (SiO石英₂],白云石[CaMg(有限公司_3.）₂和氢氧化钙[CaCl₂·Ca(哦)₂·H₂O] 。从图中可以看出4本研究开发的新样品制备方法提供了少量无机材料的良好XRD数据。因此，污泥沉积物的样品制备必须非常小心，以获得良好的XRD图谱，High Score Plus软件将提供高精度的相识别结果。T研究结果表明，新方法准确地识别了非常小的数量（>0.5 此外，该发现有助于现场工程师促进设备的有效清洁，并防止其再次发生，以避免导致生产损失的工厂减速。

4.结论

基于这种新的样品制备方法的研究结果，可以得出以下结论:（1）这种新方法是鉴别炼油厂和燃气厂污泥沉积物中无机物质的一种很好的方法。（2)在本研究中，当样品制备非常小心时，该方法快速且能准确地识别样品中微量(>0.5 wt%)的腐蚀/垢沉积物、无机添加剂、化学物质、催化剂、地层材料、粘土矿物和钻井泥浆。（3）如果在污泥沉积物中出现碳氢化合物，收集到的二氯甲烷可溶部分的颜色就会发生变化。(4)热重分析结果显示，污泥中含有约3%的无机化合物，25%的水和72%的碳氢化合物。（5)气相色谱质谱分析结果表明，烃类为C10-C27柴油。

利益冲突

作者声明本文的发表不存在利益冲突。

致谢

作者感谢沙特阿拉伯国家石油公司(Saudi Aramco)的管理层允许发表本文。

工具书类

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