污油凈化處理技術(shù)進(jìn)展
行業(yè)動(dòng)態(tài)
近年來，隨著原油的持續(xù)開采，油品逐漸劣質(zhì)化，造成開采和煉制過程中產(chǎn)生大量的污油。油田中采油井口酸化作業(yè)可以達(dá)到增加原油開采量的目的，但在開采過程中會(huì)產(chǎn)生大量乳化嚴(yán)重的返排液，另外，油田生產(chǎn)水系統(tǒng)運(yùn)行過程中會(huì)刮下一定量的重質(zhì)油浮渣。返排液和重質(zhì)油浮渣當(dāng)作污油，集中回收進(jìn)罐或入艙。原油輸送到煉廠原油儲(chǔ)罐沉降后，原油中水、固渣和一部分重組分等會(huì)沉于罐底。經(jīng)多次原油轉(zhuǎn)運(yùn)、沉降后，原油儲(chǔ)罐需進(jìn)行清罐，形成清罐污油。原油加工過程中，一部分油品物料中含有大量細(xì)小懸浮顆粒，沉降分離后不能將其除去，造成部分油品不能正常煉制，只能長(zhǎng)期存儲(chǔ)于罐中適時(shí)摻煉，這部分物料通常也被當(dāng)作污油處理。另外，污水處理廠經(jīng)格柵回收的污油，以及氣浮凈化過程中形成的浮渣，通常也會(huì)作為污油收集進(jìn)罐。
目前，油田中污油的處理方法主要是將污油收集，通過熱沉降回收上層好油，摻到較好原油中一起外輸，逐步實(shí)現(xiàn)污油的減量化，但不能徹底處理污油。另外，沉降后的下層污油性質(zhì)更差，更難以處理，而且摻加了污油后的外送原油，品質(zhì)可能會(huì)受其影響。由于污油中水和固體雜質(zhì)較多，油品性質(zhì)差，不能直接回?zé)?，煉廠主要通過摻煉常減壓和延遲焦化裝置，對(duì)污油進(jìn)行回?zé)捥幚?。然而，污油通過常減壓摻煉，會(huì)造成電脫鹽裝置運(yùn)行波動(dòng)，電流升高，電場(chǎng)不穩(wěn)，甚至跳閘等，還會(huì)使外排切水帶油嚴(yán)重，污水處理過程中產(chǎn)生更多的污油。如果污油通過焦化裝置回?zé)挘m然能實(shí)現(xiàn)污油的減量化，但在裝置放空塔中易發(fā)生管線沖刷腐蝕，不利于裝置的長(zhǎng)周期平穩(wěn)運(yùn)行。
另外，若污油產(chǎn)出量高于回?zé)捔繒r(shí)，上下游各套裝置的安全、穩(wěn)定運(yùn)行受到極大威脅，尤其是給污水處理廠的正常運(yùn)行帶來巨大壓力。因此，無論是油田還是煉廠，如何高效、徹底地解決污油去向問題，是保障裝置正常、平穩(wěn)運(yùn)行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
1 污油性質(zhì)特點(diǎn)
污油成分復(fù)雜，且來源不同的污油成分也有一定的差異，通常污油主要由石油烴類、水、金屬無機(jī)鹽、細(xì)砂和黏土礦物等組成。另外，污油中還含有大量的化學(xué)藥劑，包括在采油過程中加入的殺菌劑、阻垢劑和緩蝕劑，采出液進(jìn)船艙或儲(chǔ)罐前為提高油水分離效率加入的破乳劑，污水處理過程中加入的有機(jī)和無機(jī)絮凝劑等。這些化學(xué)藥劑大部分會(huì)流向污油中，這也是污油乳化嚴(yán)重、性質(zhì)復(fù)雜的主要原因。特別是一些無機(jī)鹽的存在，如金屬硫酸鹽、膠態(tài)硫化亞鐵粉粒、二氧化硅和鋁硅酸鹽等，是導(dǎo)致污油難以凈化處理的重要因素。
2 污油凈化處理難點(diǎn)
污油凈化處理主要是脫除污油中的水和固渣，然而污油重組分膠質(zhì)、瀝青質(zhì)含量高，重組分與懸浮固渣共同作用下，污油乳化嚴(yán)重，難以破乳發(fā)生油水分離。另外，油田和煉廠在收集污油時(shí)，為避免占用更多的儲(chǔ)罐，降低運(yùn)行成本，通常會(huì)將各來源的污油集中存儲(chǔ)。由于污油摻煉量較小，大部分物料只能長(zhǎng)時(shí)間放置沉降。這種處理方式造成了污油性質(zhì)變得更加復(fù)雜，不同罐位污油性質(zhì)差別巨大，使處理難度進(jìn)一步放大。基于此，污油凈化處理技術(shù)已不僅僅是指?jìng)鹘y(tǒng)意義上乳化嚴(yán)重老化油的破乳，還應(yīng)兼具高水含量和懸浮物含油黑水的凈化處理，高固含量低油分含油污泥的凈化除油，以及含有大量懸浮顆粒油品的脫固、脫雜等。不同煉廠對(duì)污油凈化處理的標(biāo)準(zhǔn)也不同，通常為水和固渣質(zhì)量分?jǐn)?shù)均≤5%；即可與原油或其他油品進(jìn)行摻煉。
3 污油凈化處理技術(shù)
由于污油中水和固渣的存在，限制了污油外輸或回?zé)捈庸ち浚虼藢?duì)污油凈化處理，脫除其中的水和固渣是解決污油去向問題的前提和關(guān)鍵。目前，針對(duì)乳化較為嚴(yán)重的污油，凈化處理技術(shù)主要有熱沉降、離心分離、過濾以及超聲波等。
3.1 熱沉降法
熱沉降法是將污油和破乳劑一同輸送至船艙或儲(chǔ)罐，加熱60～80℃條件下保溫，通過破乳劑降低油水界面薄膜的表面張力，破壞污油中乳狀液的穩(wěn)定性，經(jīng)自然沉降發(fā)生油水分離。該方法可適用于較大規(guī)模污油的凈化處理，特別適用在油田或煉廠倒罐過程中。污油熱沉降過程中，破乳劑是影響油水分離效果的主要因素。選擇合適的破乳劑可使污油較快發(fā)生油水分離，實(shí)現(xiàn)破乳脫水凈化處理的目的。
熱沉降法具有工藝簡(jiǎn)單、成本低、見效快等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也存在一些不足。首先，受制于破乳劑破乳效果，熱沉降法不能將污油全部進(jìn)行油水分離，而剩下的頑固污油更加難以處理；其次，破乳劑使用不當(dāng)會(huì)增強(qiáng)污油乳化，變?yōu)槿榛瘎┒觿∥塾吞幚黼y度；另外，破乳劑價(jià)格昂貴，污油處理費(fèi)用較高。
3.2 離心分離法
離心分離法是通過離心機(jī)，快速、高效將污油中的水和固渣脫除的技術(shù)。工業(yè)上主要利用臥螺離心機(jī)脫除污油中的固渣，濾液通過油水分離后獲得合格污油。近年來興起的三相離心機(jī)可通過強(qiáng)大離心力作用下，將不同比重的介質(zhì)在離心機(jī)內(nèi)分層并在相應(yīng)出口排出，實(shí)現(xiàn)油-水-固三相分離。
目前，離心分離法已經(jīng)成為污油凈化處理過程中重要的環(huán)節(jié)，運(yùn)行效率高，分離效果明顯，但仍存在一些問題。例如，由于污油中膠質(zhì)和瀝青質(zhì)含量較高，很容易粘附于離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓，導(dǎo)致離心機(jī)分離效率降低，甚至發(fā)生堵塞現(xiàn)象，污油性質(zhì)經(jīng)常發(fā)生變化，離心機(jī)須及時(shí)調(diào)整運(yùn)行參數(shù)以維持出料正常。另外，由于離心機(jī)運(yùn)行過程中轉(zhuǎn)速較高，污油性質(zhì)較差，導(dǎo)致離心機(jī)轉(zhuǎn)軸負(fù)荷壓力較大，易發(fā)生故障而停機(jī)，從而影響正常的工業(yè)生產(chǎn)。
3.3 超聲波法
超聲波法是基于超聲波作用機(jī)理，促進(jìn)性質(zhì)不同的流體介質(zhì)發(fā)生移動(dòng)，使污油中的水離子不斷向波腹或波節(jié)運(yùn)動(dòng)，發(fā)生碰撞并逐漸聚結(jié)生成直徑較大的水滴。重力作用下，水滴聚集發(fā)生沉降和油水分離，從而達(dá)到污油凈化的目的。超聲波法凈化處理污油同樣要與破乳劑聯(lián)合使用，可以進(jìn)一步提高污油的脫水效率。
超聲波對(duì)化學(xué)破乳脫水有較明顯的促進(jìn)作用，同等條件下（如相同的破乳劑種類、用量和相同溫度等），污油脫水率可提高2～3倍，相比較熱沉降法具有顯著優(yōu)勢(shì)。不過超聲波法凈化處理污油的缺點(diǎn)是聲強(qiáng)過大，輻照時(shí)間過長(zhǎng)，該過程可能會(huì)造成污油的二次乳化，操作條件不易掌控。
3.4 過濾法
過濾法是采用多孔裝置對(duì)污油進(jìn)行過濾，以脫除污油中的固渣和懸浮物，采用專門濾料還可以直接實(shí)現(xiàn)油水分離，實(shí)現(xiàn)污油的凈化回收。較為常見的過濾器通常用來過濾污油中較大固體，作為凈化處理的 道工序，同時(shí)也起到保護(hù)后續(xù)設(shè)備，避免經(jīng)常發(fā)生堵塞的作用。對(duì)于一些含有大量懸浮顆粒油品的脫固、脫雜處理的過濾裝置，通常采用逐級(jí)精密過濾的流程。經(jīng)過多級(jí)過濾后的污油中的各類雜質(zhì)被濾除，達(dá)到凈化處理效果。
污油通過過濾法凈化處理具有成本低、耗能小以及污油凈化徹底等優(yōu)點(diǎn)，不過存在的問題是過濾床容易發(fā)生堵塞，不易清理，只能通過反沖洗方法或拆卸清洗。因此，過濾法不適用于固含量較高、黏稠、較大規(guī)模的污油凈化。
4 污油凈化處理發(fā)展趨勢(shì)
鑒于污油原料性質(zhì)復(fù)雜，油田或煉廠對(duì)于凈化后物料要求的提高，以及國(guó)際油價(jià)波動(dòng)等不可預(yù)知因素的影響下，污油凈化處理技術(shù)逐漸向處理全面、快速、高效、可移動(dòng)的集約化方向發(fā)展。在該發(fā)展方向的指引下，污油凈化處理設(shè)備必須具備組合式、集成式和撬裝式等特點(diǎn)。
4.1 組合式
由于污油性質(zhì)復(fù)雜多變，任何單獨(dú)技術(shù)方法很難應(yīng)對(duì)，因此各種污油凈化技術(shù)進(jìn)行組合是發(fā)展的一大趨勢(shì)。例如，中海油某煉廠污水處理場(chǎng)為處理重劣質(zhì)污油和電脫鹽黑水，采用過濾、離心分離和膜強(qiáng)化傳質(zhì)技術(shù)組合工藝，處理后污油水和固渣質(zhì)量分?jǐn)?shù)均小于5%，各項(xiàng)指標(biāo)滿足常減壓裝置摻煉要求。
該組合工藝中，膜強(qiáng)化傳質(zhì)技術(shù)是一種新型傳質(zhì)技術(shù)，該技術(shù)是以纖維液膜接觸器和高效油水分離器為核心，結(jié)合配套使用相關(guān)助劑，油相在膜接觸器內(nèi)與注水充分接觸、傳質(zhì)，打破污油中穩(wěn)定存在的油-水兩相（或油-水-固三相）“包裹”結(jié)構(gòu)和相互作用力。油中固體雜質(zhì)分散到水相中，和水一并被纖維絲捕獲。含固液膜沿著纖維絲運(yùn)動(dòng)，不斷聚結(jié)形成較大液滴后，重力作用下脫落，在油水分離器中沉降，完成油水分離以及固體雜質(zhì)的脫除。
4.2 集成式
為適應(yīng)新時(shí)代油田和煉化企業(yè)的環(huán)保要求，污油凈化處理技術(shù)不僅僅是污油的脫水、脫固凈化處理，通常還包含污油凈化處理過程中產(chǎn)生廢水、廢氣和廢渣等的集成處理技術(shù)。例如，中海油某煉廠罐區(qū)須對(duì)清罐污油進(jìn)行凈化處理，由于罐區(qū)沒有尾氣吸收管線和污水處理裝置，為使各輸出物料達(dá)標(biāo)，建立了一套包含污油、廢水和廢氣凈化處理的工業(yè)裝置。
集成式工業(yè)裝置適用于現(xiàn)場(chǎng)具有一定空間規(guī)模，各組成單元凈化處理工藝簡(jiǎn)單、易操作。而對(duì)于一些對(duì)場(chǎng)地受限的條件下，還需要對(duì)裝置進(jìn)一步優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)裝置模塊化、撬裝式可移動(dòng)化特點(diǎn)。
4.3 撬裝式
油田和煉廠中污油一般存放于現(xiàn)場(chǎng)船艙或罐區(qū)，周邊多余空間有限，而且污油的產(chǎn)生并不是一個(gè)連續(xù)穩(wěn)定的過程，凈化處理裝置存在間歇性開停工可能。因此，為降低污油凈化處理成本，提高裝置的適用性和工作效率，撬裝式污油凈化處理技術(shù)發(fā)展迅速，撬裝裝置設(shè)備逐漸被認(rèn)可。例如，中石化某煉廠罐區(qū)存量8000m3左右清罐污油，由于無法回?zé)捴荒荛L(zhǎng)時(shí)間存于罐中，造成罐體腐蝕，帶來安全隱患?？紤]現(xiàn)場(chǎng)空間有限和裝置加工成本，不能構(gòu)建固定式污油凈化處理裝置，選用某科技公司的清罐污油凈化處理撬裝裝置。目前，污油凈化處理已近尾聲，裝置運(yùn)行正常，凈化后污油中水和固渣質(zhì)量分?jǐn)?shù)均小于2%，外排污水中油質(zhì)量濃度小于200mg/L。
撬裝式裝置具有占用空間小、可移動(dòng)重復(fù)使用以及綜合成本低等優(yōu)點(diǎn)，這就對(duì)于凈化技術(shù)的要求更高效，所選設(shè)備體積更小，對(duì)于裝置的設(shè)計(jì)、管線走向以及操作便捷性上要求更高。因此，撬裝式裝置的構(gòu)建只有基于高效的污油凈化處理技術(shù)以及 的設(shè)計(jì)和空間布局條件下，才能發(fā)揮自身優(yōu)勢(shì)。
5 結(jié)束語
污油凈化處理已成為油田或煉廠生產(chǎn)過程中，保障裝置正常運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)。而凈化處理的污油已不僅僅是指乳化嚴(yán)重的老化油，還包括高水含量和懸浮物的含油黑水，高固含量低油分含油污泥以及含大量懸浮顆粒劣質(zhì)油品。為適應(yīng)各類油品，污油凈化處理技術(shù)由傳統(tǒng)單一的熱沉降、離心和過濾等，逐漸發(fā)展為各種凈化技術(shù)的組合，以及不同物料凈化處理技術(shù)的集成，并向更具適用性的撬裝模式發(fā)展。另外，為進(jìn)一步提高污油凈化效率，一方面須要對(duì)原油開采和煉制過程加強(qiáng)管控，降低污油產(chǎn)生量，并加大污油凈化處理裝置在油田上的應(yīng)用，在源頭上減少污油的產(chǎn)生。另一方面須開發(fā)功能更全面、快速、高效以及成本更低的污油凈化處理技術(shù)和設(shè)備。
