延長氣田甲醇污水預處理工藝優選與設計

劉翔

摘 要：隨著國內低產低壓氣田的開發，氣田甲醇污水處理站的技術優選和成本優化受到普遍關注，但由于這類氣田實施年限較短，至今尚無形成典型的甲醇污水處理技術模式。本文介紹了我院承擔的首座延長甲醇污水廠的工藝優化與選擇，將污水預處理工藝分為除油和除懸浮物兩個方面進行研究，并在研究基礎上對污水預處理各構筑物進行了相應設計。

關鍵詞：延長氣田；含油含醇污水；污水預處理；工藝原理

1 前言

1.1 項目簡介

延長氣田延氣2井區和延128井區天然氣開發污水處理廠地處陜北高原南部黃土高原丘陵溝壑區，位于陜西省延安市延長縣黑家堡鎮境內。該污水處理廠與延長氣田延氣2井LNG廠合建，污水處理廠的甲醇污水主要來源為各集氣站的甲醇污水。

根據延長氣田開發現狀和以后的發展，甲醇污水處理廠一期污水處理規模是150m3/d。甲醇污水處理總體工藝流程如圖1所示。

甲醇污水經過收集后，通過甲醇污水預處理，甲醇再生處理，最后通過污水處理，達到地層回注需要注水水質要求（含油量不高于3mg/L、懸浮物含量不高于10mg/L），供氣田循環使用。

1.2 甲醇污水預處理的重要性

由于延長氣井產出水水質總體呈現高濁度、高礦化度、高腐蝕性、高含鐵量、低pH值的“四高一低”的特點，甲醇污水預處理流程的處理效果直接影響甲醇再生流程的生產效率，對整個流程的穩定運行和成本控制起著決定性作用。

2 甲醇污水預處理工藝研究

國內外污水預處理工藝流程，針對不同水質特點，大致可分為重力式收油、沉降、過濾，壓力式聚結沉降分離、過濾，浮選式除油凈化、過濾3種基本處理流程。

2.1 甲醇污水預處理流程的選擇

（1）由于延長氣井產出水水質“四高一低”的特點，同時甲醇具有較強的揮發性和毒性，因此主要處理流程確定選擇密閉的壓力式流程，處理設備選擇壓力式除油器。因污水水質預計為含油3930mg/L，含懸浮物為1570mg/L，一座壓力式除油器無法較好地完成同時除油、除懸浮物的目標，所以選擇用兩座壓力式除油器串聯的方式，實現一次、二次收油，并在二次壓力除油器內完成混凝沉降的反應。

（2）污水由罐車每天從集氣站拉運進污水廠，所以選用200m3罐作為污水接收罐，在起到緩沖罐作用的同時，依靠罐體內部的收油裝置以及重力沉降，對污水進行初步處理。

（3）溫度對污水的除油及絮凝沉降效果影響較大，溫度越高，除油及絮凝沉降效果越好。延長污水廠地處陜北，冬季溫度經常在-10℃以下，污水在輸送途中損失熱量，進入壓力除油器時無法達到理想的反應溫度。因此，在一次壓力除油器之前設置一座甲醇污水管殼式換熱器，可將污水加熱到25℃左右，為后續污水處理效果提供保障。

（4）為保證污水預處理流程的穩定出水，還應設置污水原料罐一座。按照150m3/d的污水量，7d的儲存量，選用1000 m?加高甲醇污水罐（有效容積1070m?）。內部結構基本與污水接收罐一致。

綜合以上選擇，污水廠與處理流程確認如圖2所示。

集氣站車載來水首先進入200m?甲醇污水接收罐進行初步的油水分離和污泥沉降；之后出水經換熱器加熱依次進入一、二次壓力除油器進一步除油、除懸浮物；二次壓力除油器出水進入1000m?加高甲醇污水罐，由該罐向甲醇再生區提供穩定出水；最后污水進入與甲醇再生裝置配套的一級核桃殼過濾器及二級精細過濾器，出水水質達到含油量不高于10mg/L、懸浮物含量不高于5mg/L，滿足進甲醇再生塔的進水條件。

2.2 除油工藝研究

除油工藝的構筑物為甲醇污水接收罐，一、二次壓力除油器以及加高甲醇污水罐。其中一、二次壓力除油器為主要處理單元。

（1）隔氧收油裝置的應用。罐車拉運的污水經卸車泵進入甲醇污水接收罐（200m3），在該罐含油污水在22 h的有效停留時間內進行自然沉降，油水初步分離，凝析油浮于水表面。考慮到甲醇的揮發性較強，罐內設置隔氧收油裝置一套。隔氧收油裝置的工作原理是，通過安裝浮筒使浮盤漂浮在液面上，浮盤上的傳感器反饋信息給罐外的控制柜，由控制柜控制浮盤收油口收油。同時，浮盤周圍有一圈密封膠囊，與罐內壁緊密接觸保持密封。此裝置特點是除了有浮船式收油裝置的作用，還能保證密閉隔氧。經過接收罐的初步除油，出水污油含量從來水的3930mg/L降低到600mg/L以下。

加高甲醇污水罐（1000m3）與接收罐內部結構基本一致，同樣設置隔氧收油裝置。主要作用是為后面甲醇再生工藝提供穩定出水。

（2）壓力除油器的串聯使用。污水從污水接收罐穩定出水之后通過換熱器加熱進入壓力除油器。壓力除油器是根據粗粒化原理及淺池理論研制而成的一種新型油水分離器，采用新型粗粒化聚油、斜管沉降為一體，能同時實現油水分離和固液分離的高精度含油污水處理。壓力除油器罐體由3個部分組成：油水分離區、排油排泥區、出水區。油水分離區設有斜管組件，油水進行斜管分離，分離污油從容器上部收油管排出；排油排泥區設有斜管組件，泥水進行斜管分離，沉降污泥則通過排泥閥定時排放；污水完成油水分離后，經出水格柵從排水口排出。

在除油過程中，一次壓力除油器用于去除絕大部分污油；而在一次壓力除油器出水管位置，通過管道混合器加入混凝劑、絮凝劑以及復合堿劑，在二次壓力除油器中形成污泥沉淀，經排泥管排出。同時二次壓力除油器進行二次除油，進一步降低水中污油含量，使出水含油量小于30mg/L。雖然一、二次壓力除油器結構完全一致，但是分工不同。總的來說，就是“先除油，后除泥”的思路。

2.3 除懸浮物工藝研究

二次壓力除油器、核桃殼過濾器與精細過濾器是除懸浮物的主要處理單元。其余構筑物均通過自然沉降，由構筑物底部排泥管將污泥排出。

由于延長氣田污水的特點，所以在一次壓力除油器出水管即二次壓力除油器進水管處添加復合堿劑、絮凝劑和混凝劑。

通過參考大牛地氣田甲醇污水的加藥實驗結果，我們可以得知：

（1）混凝劑為聚合鋁，加量30mg/L左右即可達到要求，沉淀后懸浮物含量小于20mg/L，懸浮粒子粒徑均小于2um（透光率達到85%以上），處理溫度高于15℃。

（2）陽離子聚丙烯酰胺（PAM）與聚合鋁（PAC）復配具有很好的絮凝效果，PAC與PAM復配的沉淀物密實，可壓縮性小，沉淀物體積比單獨加PAC時沉淀物體積小。加藥順序：先加PAM，再加PAC，加藥時間間隔大于10s。

（3）當水溫高于15℃時，甲醇含量對絮凝效果影響不大。

綜合藥劑處理效果和成本兩方面考慮，選用PAC作為混凝劑，另選PAM作為絮凝劑，與PAC復配使用。投加量為PAC40mg/L，PAM10mg/L，連續投加。

核桃殼過濾器與精細過濾器作為污水預處理的最后環節，主要通過物理吸附作用去除懸浮物和污油，經過兩級過濾器之后，水質達到懸浮物含量不高于5mg/L、含油量不高于10mg/L，滿足甲醇再生塔的進水條件。

3 認識與總結

（1）含醇污水預處理系統對氣田污水的處理起到了重要的作用，預處理效果不好將嚴重影響到下游工藝的正常運行。

（2）甲醇污水預處理壓力式流程是已經成熟的污水處理技術。近年來浮選式流程發展迅速，值得我們的關注，為以后的設計工作提供參考。

參考文獻

[1]張振云.含醇污水預處理系統改造效果評價[J].石油化工應用，2010，29（6）：87-89.

[2]焦衛華.大牛地氣田含甲醇污水預處理工藝改造效果分析[J].內蒙古石油化工，2011，（16）：39-41.

（作者單位：中石化石油工程設計有限公司）