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影响石油污染物挥发行为的因素 李玉瑛,李 冰 五邑大学化学与环境工程系,广东 江门 529020 摘要:进行了4种不同石油制品在不同温度时的挥发试验,并对其挥发量与挥发时间的关系进行了模拟,试验结果表明,柴油和煤油的挥发量与挥发时间呈二次多项式关系,而90#汽油的挥发量与挥发时间呈对数关系,混合芳烃的挥发量与挥发时间呈线性关系。柴油经过不同程度的挥发后,其物理性质如粘度和比重发生了改变,其中柴油粘度随着挥发而增加,并且柴油的粘度与挥发质量分数有很好的正相关性,相关系数为0.988。 关键词:石油污染物;挥发;柴油 中图分类号:X502 文献标识码:A 文章编号:1672-2175(2007)02-0327-05 直至21世纪的今天,石油的使用依然是经济发展的支柱,可以说我们现处于石油时代,即我们人类的文明是建立在对石油的不断消费的基础上。在石油为人类文明带来巨大利益的同时,在石油的开采、炼制、集贮、运输和使用过程中,一方面会有大量的原油和石油制品抛酒或泄漏,使油体直接进入地表水体、土壤和地下水体,另一方面是石油的开采、加工过程会产生大量的含油污水,直接地排放和灌溉也会对地表水体、土壤、地下水和农作物产生影响。同时石油、天然气本身就含有对人和动物有害的物质,一旦发生井喷或泄漏,将对生活在油气田附近的人和动物构成致命威胁。石油管道的泄漏也会严重破坏生态[1]。因此,石油污染物的发生及其在环境中的归属得到了国内外许多学者的关注[2-3]。 石油污染物的挥发的理论基础是基于对水蒸发的研究,而水的蒸发量与时间呈正比[4, 5],但有研究表明,多组分物质如原油及其产品的挥发损失量与时间并不呈线性关系[6, 7]。尽管对多组分物质的挥发动力学的研究已有过报道,但对多组分物质挥发的研究还处于起步阶段[8-10]。并且对用量日增的石油制品柴油挥发的研究很少[11]。 本文将讨论不同石油制品在不同温度下的挥发行为,并分析由于柴油挥发造成的粘度、表面张力和密度等物理性质的改变。 1 实验材料与方法 1.1 实验材料 实验所用油品包括柴油、煤油、90#汽油和混合芳烃,均由齐鲁石化公司提供。其中柴油物理性质为:粘度2.87 mPa?s,表面张力26.8 mN?m-1,比重0.8392 mg?cm-3。混合芳烃中含有4种等重量的苯、甲苯、二甲苯和乙苯成分。 1.2 实验方法 为研究柴油的挥发特性,本实验对比分析了4种油品(柴油、90#汽油、煤油和混合芳烃)的挥发量随时间的变化关系。对不同油品的挥发实验分别在温度为20 ℃、25 ℃和30 ℃进行。在各种温度下,分别将适量的油品置于已知重量的玻璃表面皿中,然后隔一定时间间隔后,用精度为0.0001 g的电子天平测定其重量,计算其损失量即为挥发量。实验中所采用的玻璃表面皿(皮氏培养皿)规格为直径9.4 cm,高度1.1 cm。其中在柴油的挥发试验过程中,每隔一定时间,测定其挥发量及其物理性质如粘度、表面张力和密度。 2 结果与讨论 对4种油品(柴油、煤油、90#汽油和混合芳烃)进行了不同温度下的挥发试验研究,并对其挥发量与时间所呈的最佳关系进行了对比。 2.1 柴油挥发实验结果 柴油挥发实验结果见表1,在不同温度时分别采用二次多项式和幂指数来拟合挥发量随时间的变化趋势。挥发量与挥发时间呈幂指数曲线关系时,幂指数方程表达式为w c×te,其中w为柴油挥发质量分数,c为实验常数,t为挥发时间(单位, min),e为幂指数;当挥发量与挥发时间采用二次多项式曲线拟合时,二次多项式方程为w a×t2 + b t +c,式中w为柴油挥发质量分数,a、b和c为实验常数,t为挥发时间(单位, min)。20 ℃时的挥发实验结果如图1所示,尽管用幂指数和二次多项式来拟合时,二者具有相近的拟合度,但由图1可明显看出,当挥发时间超过9000 min时,幂指数趋势线偏离了实验所测数据,而二次多项式趋势线与实验数据吻合,所以应选二次多项式趋势线为最佳趋势线。柴油在25 ℃挥发时,其挥发量与挥发时间的关系见图2,当分别采用幂指数和二次多项式来拟合时,两者不仅具有相近的拟合度,并且均与实验数据吻合。柴油在30 ℃挥发时,其挥发量与挥发时间变化的关系也可由二次多相式来拟合(图3)。 表1 油品挥发实验结果 Table 1 The volatilization results of pure petroleum products 图2 柴油挥发结果(25℃) Fig. 2 The diesel volatilization data at 25 ℃ 2.2 煤油挥发实验结果 图1 柴油挥发结果(20℃) Fig. 1 The diesel volatilization dat