延長(zhǎng)油田含油污泥處理技術(shù)研究與應(yīng)用
行業(yè)動(dòng)態(tài)
隨著石油化工的快速發(fā)展，石油與環(huán)境之間的矛盾越來(lái)越突出。近幾年，隨著延長(zhǎng)石油不斷發(fā)展壯大，2015年油氣產(chǎn)量已經(jīng)達(dá)到了1400萬(wàn)t以上，加工原油1200萬(wàn)t以上，在石油開(kāi)采和煉制過(guò)程中產(chǎn)生的各類含油污泥達(dá)15萬(wàn)t以上。這些污泥組成成分極其復(fù)雜，含有大量的老化油、蠟質(zhì)、膠質(zhì)和瀝青質(zhì)，其穩(wěn)定性高，處理難度大，若不加以處理直接排放，不僅會(huì)對(duì)周圍土壤和水體等造成嚴(yán)重污染，而且極大浪費(fèi)了有限的石油資源。尤其是陜北地處黃土高原，氣候干旱缺水，生態(tài)環(huán)境脆弱，含油污泥帶來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題更加嚴(yán)重。
近幾年，隨著國(guó)家環(huán)保政策的不斷深化，國(guó)內(nèi)各主要石油生產(chǎn)及石油化工企業(yè)、大專院校等研究部門(mén)均加強(qiáng)了含油污泥處理技術(shù)研究與應(yīng)用。如鄧皓等利用水泥窯系統(tǒng)的高溫煅燒功能，將含油污泥中的無(wú)機(jī)礦物質(zhì)和礦物油作為水泥生產(chǎn)的原料和燃料，同時(shí)還可將有害有機(jī)物徹底分解，實(shí)現(xiàn)了含油污泥的資源化利用和無(wú)害化處理。王志強(qiáng)等將含油污泥與煤按一定質(zhì)量比混合制成煤球，燃燒性能得到明顯改善，同時(shí)也達(dá)到了在鏈條爐中燃燒的要求，實(shí)現(xiàn)了含油污泥的資源化利用。趙瑞玉等將正已烷、混合環(huán)烷烴和醇醚混合物復(fù)配，制得一種高效、低毒和環(huán)境友好的萃取劑，通過(guò)水輔助萃取法較好的實(shí)現(xiàn)了含油污泥中原油的回收。含油污泥減量化、無(wú)害化和資源化處理成為污泥處理技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。
本文針對(duì)延長(zhǎng)油田含油污泥處理現(xiàn)狀，分析研究了延長(zhǎng)油田含油污泥的特性，開(kāi)展了“篩分流化-化學(xué)調(diào)質(zhì)-機(jī)械分離”處理工藝技術(shù)的研究，并開(kāi)展了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用試驗(yàn)。
1 延長(zhǎng)油田含油污泥來(lái)源及性質(zhì)
1.1 含油污泥來(lái)源
油泥產(chǎn)生于石油開(kāi)發(fā)、運(yùn)輸、煉制的整個(gè)過(guò)程。
1.1.1 原油開(kāi)采過(guò)程
該類油泥主要來(lái)源于地面采油污水處理系統(tǒng)產(chǎn)生的油泥和在鉆井、作業(yè)、管線穿孔時(shí)產(chǎn)生的落地油泥，一般具有含油量高、粘度大、脫水難等特點(diǎn)。
1.1.2 油田集輸過(guò)程
該類油泥主要是指油罐、沉降罐、接轉(zhuǎn)站、洗井水回收罐、隔油池產(chǎn)生的油泥。此類油泥成分復(fù)雜，含有大量的老化原油、蠟質(zhì)、瀝青質(zhì)等，以及污水處理過(guò)程中加入的絮凝劑、殺菌劑和緩蝕阻垢劑等。
1.1.3 煉化過(guò)程
該類油泥主要是指隔油池和原油罐的底泥，以及浮選池的浮渣等。
1.2 含油污泥組成及性質(zhì)
由于含油污泥的來(lái)源不同，其組成和性質(zhì)也各不相同。延長(zhǎng)油田開(kāi)采過(guò)程中產(chǎn)生的含油污泥其含油率較高，含水率較低，污泥的可壓縮性能差、相對(duì)密度高、粘度大。
1.3 含油污泥中原油族組分
油泥中原油的族組分含量與環(huán)境友好性有著密切聯(lián)系，因此分析檢測(cè)了含油污泥分離出原油的族組分含量，其結(jié)果見(jiàn)表2。從中可以看出，油泥中原油的主要成分是飽和烴與芳香烴，而芳香烴具有較高的毒性，因此，長(zhǎng)期堆放油泥會(huì)對(duì)周邊的土壤和水體產(chǎn)生嚴(yán)重污染。
1.4 含油污泥中原油的元素
含油污泥分離出的原油可以進(jìn)行資源再利用，原油中C、N、S含量是衡量產(chǎn)品質(zhì)量的重要指標(biāo)，含油污泥中原油的主要組成元素是C，占元素總量的82%～86%，N、S含量相對(duì)較低。
2 實(shí)驗(yàn)部分
2.1 材料與儀器
油泥分離劑（自研）；陽(yáng)離子聚丙烯酰胺（分子量1200萬(wàn)）；四氯化碳，光譜純；石油醚，分析純。
JLBG-129紅外分光測(cè)油儀；TDL-40B型離心機(jī)；HH-S8數(shù)顯恒溫水浴鍋；JJ-1精密增力電動(dòng)攪拌器。
2.2 分析方法
本研究以含油量為主要分析評(píng)價(jià)指標(biāo)，含油量參照國(guó)家環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)《水質(zhì)石油類和動(dòng)植物油類的測(cè)定紅外分光光度法》（HJ637-2012）進(jìn)行測(cè)定。
3 含油污泥處理工藝流程
本工藝系統(tǒng)主要由油泥預(yù)處理系統(tǒng)、油泥分離系統(tǒng)、污泥脫水系統(tǒng)和油水分離系統(tǒng)組成。
3.1 油泥預(yù)處理系統(tǒng)
由于含油污泥具有來(lái)源廣、成分復(fù)雜的特點(diǎn)，因此含油污泥在進(jìn)入調(diào)質(zhì)設(shè)備之前，必須輔以預(yù)處理將少量的固體雜質(zhì)從油泥中去除，保證其處理效率。另外，在該工序中，通過(guò)蒸汽加熱，可將油泥升溫至60℃左右，并將油泥硫化成可流動(dòng)狀態(tài)。收集來(lái)的油泥一般具有較高的含水率和含油率，通過(guò)沉降除油處理，可以將上層的浮油提前收集，有助于減少后續(xù)處理負(fù)荷，提升處理效果。
3.2 油泥分離系統(tǒng)
實(shí)現(xiàn)油泥分離的關(guān)鍵之一是使吸附油解吸或破乳，為促使原油從泥砂表面分離，需對(duì)油泥進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，為原油從泥砂表面脫附創(chuàng)造更好的條件。含油污泥分離系統(tǒng)用來(lái)接收從預(yù)處理裝置處理后的液態(tài)含油污泥，其頂部設(shè)有攪拌器，可對(duì)在罐入口處加藥后的油泥進(jìn)行攪拌勻化，進(jìn)一步增強(qiáng)油和泥的脫附，有利于后續(xù)的離心處理；罐內(nèi)還設(shè)有加熱盤(pán)管，用于將油泥加熱到60℃左右，從而增強(qiáng)油和泥的分離效果。經(jīng)調(diào)質(zhì)后的油泥，在罐內(nèi)沉降一定時(shí)間后，罐體上部的浮油會(huì)從溢流口流出，直接進(jìn)入油水分離系統(tǒng)進(jìn)行分離，罐底沉降分離的污泥輸送至污泥脫水系統(tǒng)進(jìn)行離心分離。
3.3 污泥脫水系統(tǒng)
含油污泥經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)分離后，使污泥的脫水和沉降性能得到了顯著改善。處于乳化狀態(tài)的原油在破乳劑的作用下，突破了油粒間的乳化膜，相互凝聚為較大的油粒，但難以直接與水、泥脫離，因而需要進(jìn)入脫水系統(tǒng)進(jìn)行油、水、固三相分離。該部分為油泥處理的核心部分。
3.4 油水分離系統(tǒng)
油水分離系統(tǒng)主要依靠油水的重力作用進(jìn)行分離，并利用分離罐內(nèi)的隔板將沉降后上層原油溢流到回收區(qū)外輸；下層分離出的污水進(jìn)入污水回收區(qū)，用作回?fù)剿h(huán)利用。
4 工藝運(yùn)行參數(shù)優(yōu)化
為了確保現(xiàn)場(chǎng)處理工藝最終的處理結(jié)果，首先在室內(nèi)進(jìn)行藥劑用量的優(yōu)選和設(shè)備運(yùn)行參數(shù)的優(yōu)化試驗(yàn)，用于指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)裝置的穩(wěn)定運(yùn)行。
4.1 藥劑用量對(duì)剩余含油量的影響
油泥分離劑可投加在調(diào)質(zhì)罐內(nèi)，用以破壞油水界面，降低油水界面張力，使界面膜的黏度下降，利于油水破乳達(dá)到油水分離的目的。實(shí)驗(yàn)針對(duì)來(lái)源相同而含油率不同的含油污泥，在60℃溫度下，考察藥劑用量對(duì)剩余含油量的影響。
由考察結(jié)果可知，當(dāng)油泥含油率一定時(shí)，隨著分離劑用量的增加，污泥的清洗效果越好；初始的含油率越高，所需要的分離劑用量越多，當(dāng)分離劑用量達(dá)到一定量后，藥劑的破乳效果基本穩(wěn)定。這是因?yàn)橛湍喾蛛x劑可吸附到油-水界面，破壞原有的油-水界面保護(hù)層，此時(shí)油水界面張力隨著藥劑濃度的增加而迅速下降，從而使油粒相互靠近并聚結(jié)變大，最終實(shí)現(xiàn)油水分離；但當(dāng)分離劑濃度過(guò)高時(shí)，油-水界面的吸附趨于飽和，分離劑會(huì)在油-水相聚集形成膠束，反而使界面張力上升，分離效果變差，剩余含油量略有增大。因此，污泥含油率為5%～30%時(shí)，最佳的藥劑用量為10～20g/kg，現(xiàn)場(chǎng)可根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)調(diào)整加藥量。
4.2 含油污泥調(diào)質(zhì)溫度對(duì)剩余含油量的影響
為了提高含油污泥的調(diào)質(zhì)效果，需要對(duì)調(diào)質(zhì)罐中油泥繼續(xù)進(jìn)行加熱。實(shí)驗(yàn)針對(duì)來(lái)源相同而含油率不同的含油污泥，在分離劑用量為10g/kg條件下，考察調(diào)質(zhì)溫度對(duì)剩余含油量的影響。
由考察結(jié)果可知，調(diào)質(zhì)溫度越高，調(diào)質(zhì)效果越好，這主要是因?yàn)樵偷酿ざ入S著溫度的升高而降低，流動(dòng)性也隨之增大，油水密度差變大，脫出的原油以小油粒形式不斷上浮；同時(shí)，在較高溫度時(shí)，原油在泥砂表面的潤(rùn)濕角較小，原油更易從泥砂表面剝離。但當(dāng)溫度過(guò)高（＞65℃）時(shí)，處理藥劑活性降低，且能耗也較高，同時(shí)原油中的低碳有機(jī)物也易揮發(fā)，污染環(huán)境。因此，從處理效果、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境方面考慮，選用60℃為最佳處理溫度。
4.3 離心機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)剩余含油量的影響
實(shí)驗(yàn)選擇同一調(diào)質(zhì)罐內(nèi)調(diào)質(zhì)好的含油污泥，調(diào)整離心機(jī)轉(zhuǎn)速，讓污泥在不同的轉(zhuǎn)速下進(jìn)行離心處理，對(duì)離心分離出的泥樣進(jìn)行含油量檢測(cè)。
由監(jiān)測(cè)結(jié)果可知，當(dāng)離心機(jī)轉(zhuǎn)速低于3000r/min時(shí)，離心分離后的污泥中的含油量較高，當(dāng)離心機(jī)轉(zhuǎn)速高于3000r/min時(shí)，分離效果變好；之后繼續(xù)增加離心機(jī)的轉(zhuǎn)速，離心分離后的污泥中剩余含油量繼續(xù)下降，但變化不大。考慮到隨著轉(zhuǎn)速的升高，離心機(jī)的軸瓦溫度也隨之升高，因此從安全和分離效果考慮，離心機(jī)的最佳轉(zhuǎn)速設(shè)定在3000～3200r/min。
4.4 絮凝劑用量對(duì)剩余含油量的影響
絮凝劑投加在兩相離心機(jī)前，便于固液分離。實(shí)驗(yàn)選用帶正電和分子量高的陽(yáng)離子聚丙烯酰胺作為絮凝劑，該絮凝劑可與體系中帶負(fù)電的微粒發(fā)生電荷中和、吸附以及架橋作用，從而使微粒脫穩(wěn)、絮凝，實(shí)現(xiàn)固液分離。在其他參數(shù)不變的情況下，加入不同量的陽(yáng)離子聚丙烯酰胺，以剩余含油量為考察標(biāo)準(zhǔn)，優(yōu)化陽(yáng)離子聚丙烯酰胺的投加量。
由考察結(jié)果可知，當(dāng)被處理的污泥含固率增加時(shí)，要保證離心分出的污泥效果，即含油量較低，絮凝劑的投加量也應(yīng)隨之增加；而當(dāng)投加量到2.5g/kg以上時(shí)，處理效果變化不明顯，甚至變差。因此，污泥含固率為1%～5%時(shí)，最佳的絮凝劑用量為1.5～2.5g/kg，現(xiàn)場(chǎng)可根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)調(diào)整加藥量。
5 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用
在對(duì)相關(guān)工藝參數(shù)優(yōu)化的基礎(chǔ)上，開(kāi)展了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用試驗(yàn)。整個(gè)油泥處理設(shè)備主要由預(yù)處理系統(tǒng)、油泥分離系統(tǒng)、油水分離系統(tǒng)、污泥脫水系統(tǒng)、蒸汽加熱系統(tǒng)及加藥系統(tǒng)等組成。具有如下特點(diǎn)：①適用范圍廣，抗沖擊能力強(qiáng)，可用于油氣田各類含油污泥的處理；②處理能力10000t/a，每天可24h連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)；③自動(dòng)化程度高，設(shè)備運(yùn)行、加藥系統(tǒng)均可實(shí)現(xiàn)手動(dòng)/自動(dòng)操作，全程在線監(jiān)測(cè)；④設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，處理后污泥連續(xù)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。
設(shè)備調(diào)試運(yùn)行6個(gè)月，對(duì)其運(yùn)行結(jié)果進(jìn)行測(cè)試跟蹤。由測(cè)試結(jié)果可知，處理后污泥的剩余含油量低于20g/kg，含水率低于70%，達(dá)到了國(guó)內(nèi)外含油污泥處理標(biāo)準(zhǔn)要求。
6 結(jié)論
針對(duì)延長(zhǎng)油田含油污泥，分析研究了油泥的組成及性質(zhì)，開(kāi)展了含油污泥處理工藝技術(shù)的應(yīng)用研究，并室內(nèi)探索了最佳工藝運(yùn)行參數(shù)，當(dāng)油泥分離劑用量為10～20g/kg，調(diào)質(zhì)溫度為60℃，離心機(jī)轉(zhuǎn)速為3000～3200r/min，絮凝劑用量為1.5～2.5g/kg時(shí)，含油污泥經(jīng)篩分流化-化學(xué)調(diào)質(zhì)-機(jī)械分離工藝處理后，污泥的剩余含油量可小于20g/kg；在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用試驗(yàn)，處理后污泥含油量小于20g/kg，含水率低于70%，達(dá)到了國(guó)內(nèi)外含油污泥處理標(biāo)準(zhǔn)要求，該研究較好地解決了含油污泥污染問(wèn)題，為國(guó)內(nèi)含油污泥治理提供了技術(shù)借鑒。
熱門(mén)產(chǎn)品
