哈薩克斯坦油泥成分分析及處理方案探討

劉平趙洲

（北京航天試驗技術研究所，北京100074）

0 引言

油泥即含油污泥，是在石油開采、運輸、煉制及含油污水處理過程中產生的含油固體廢物。污泥一般含油率在10%～50%，含水率在40%～90%。含油污泥中含有大量的苯系物、酚類、蒽、芘等有惡臭的有毒物質，若不加以處理直接排放，不但會占用大量耕地，而且對周圍土壤、水體、空氣都將造成污染。污泥中還含有大量的病原菌、寄生蟲（卵），銅、鋅、鉻、汞等重金屬，鹽類以及多氯聯苯、二惡英、放射性核素等難降解的有毒有害物質。目前，油泥已經被國家列為危險廢物[1]。

哈薩克斯坦是中國鄰國，隨著我國“一帶一路”計劃的實施，兩國各種合作項目日益增多。在此過程中，我們了解到哈薩克斯坦油泥污染的環境問題逐漸嚴峻，成為當地發展一大難題。項目組成立后，立即赴該國實地考察取樣，進行成分分析，以便找到合適的工藝進行處理。

1 取樣及組分分析

本次共收集哈薩克斯坦6組落地原油樣品，分別位于烏津、油湖區域，為保證樣品的代表性，取樣點位于油塊中心、油泥交界、含油污泥、污染土壤等處[2]。通過幾個典型的污油堆積區的實地考察與取樣，共得到6種樣品，分別標號為烏津、SOD、落地油湖、9號、1號、10號。對這6種樣品進行了常規分析，分析項目包括常規油砂混合物的固相含量、含水量、含油量，結果如表1所示。

表1 落地原油常規分析

分析統計表明，由于堆積時間比較長，落地原油含水率低于18%，油水處于乳化狀態。落地原油形成泥砂含油率為12%～95%，平均含油率不低于50%。

另外，對落地原油進行了組分分析，測定烷烴、非烴、芳烴、瀝青質含量。組分分析表明，飽和烴含量介于50%～70%，芳烴10%～20%，非烴含量近于15%，瀝青質含量小于l0%，屬于高蠟質原油。

2 工藝路線確定

根據組分分析，可以清楚地了解到該油泥的處理沒有現成的方案可供借鑒。為此，項目組特意開發出了蒸汽噴射干化工藝方案，并為此建立了中試裝置。

該裝置大體如下：單套設備占地19 m×9 m，設備布置緊湊，具有工藝流程圖（圖1）中所需要的主體設備，保證占地最小的情況下能滿足使用要求，并進行了合理的平面布置，在有限空間范圍內極大地優化了各設備的性能，保證了工藝指標的實現[3]。

工藝：采用成熟的蒸汽噴射干化+除塵及油水分離工藝，其原理如圖1所示。采用過熱超聲速蒸汽瞬間干化擊碎油泥，完成油氣蒸發和污泥脫水后，進入一、二級除塵系統完成油泥粉塵的分離，再經過初冷和油水分離器完成高質量原油的回收。

根據中試，該系統從工藝角度看解決了現階段存在的兩個問題：

一是旋風分離器效率的問題，主要考慮到粉塵的物性、內腔溫度、氧氣濃度（含量）以及旋風氣密性等直接的關系。現階段旋風分離器分離效率在70%左右，如果單級分離難以滿足工藝需求，因此設計多級旋風分離系統，對粉塵與油滴進行分離。試驗顯示，兩級或者兩級以上的旋風分離系統分離效率能達到95%以上，基本滿足系統對于除塵的需求。這一問題的解決具有非常現實的意義，從干化上來說，只有成功地把粉塵從油氣中分離出來，才實現了工藝的核心，是這一系統功能實現的關鍵。

二是油水分離器實際分離效率的問題，現階段要想基本實現油水的有效分離，必須在油水分離容易結垢方面給出解決方案。若長期運行結垢勢必破壞系統整體平衡，導致油水分離器的實際使用出現困難，最終在三相平衡分離上失敗。為此，我們重新對油水分離器進行了改造，包括換熱系統、油路系統材料與結構及其密閉性能等。試驗顯示，改造后油水分離器能夠滿足本套工藝的需求。

下面詳述該工藝各方面的指標及其需求。工藝設備功能詳解：

（1）過熱爐：過熱爐采用定制。現階段的情況為設備功能性實現沒有問題，關鍵在于能效的提高、排煙溫度的控制以及煙氣余熱的利用，經過長期的改進基本能滿足以上需求。現階段過熱爐大小火采用分級控制，應該有進一步提升控制精度的空間，比如采用無極調速控制等。所以，能效的提高取決于這一階段的工作效果，而且在可預見的時間能夠使得能效得到切實的提高，從而有效降低噸油泥的處理成本，在工藝模式上就取得領先，這也是這一工藝從產生到成熟地走向市場的關鍵一步。

圖1 工藝流程圖

（2）螺旋輸送機：提供油泥相關的物性參數，提出新的要求——易于維修、便于出料等，需要對結構進行相應的修改。在中試過程中發現的油泥不易輸送、油泥堵塞輸送管道等問題，都提前進行了考量，并在維修性和工藝穩定性上做出了新的修訂，以便更好地自動化管理這些設備。

（3）處理室：噴嘴是關鍵部件，需要仿真分析，給出具體的參數，進行二次設計。尤其是高溫蒸汽噴射時的螺旋角度具有關鍵性的影響，在模擬仿真中發現了這個指標，對于提高處理室的工作效率具有特別的意義。處理室襯板需要使用新型的表面處理技術，具體性能需要實際運行檢驗。實際試運行后，進行了數據的記錄和效果的現場檢驗，可以為后期方案提供支撐。

（4）旋風分離器：氣固分離的關鍵步驟，使用兩大指標對其進行考核。

一是設備本身的分離性能。調研顯示，現階段旋風分離器對于5 μm以上的顆粒分離效率一般就在70%左右，對于更小的顆粒基本沒有作用。這對后段工藝造成了嚴重影響（油水分離），需要找到更好的分離手段或者分離設備，因此采用了多級旋風分離系統，分離效率上得到了保證。

與旋風分離器相連的料倉是另外一個重要部件，這里的密封性能在多次試驗中受到了質疑，質疑的主要方向在于氧氣透過干灰層進入旋風分離器內部，會引發粉塵爆炸的危險。從這點出發，也會影響甲方對于設備整體安全級別的界定，如果安全級別定得過高，設備成本、施工、驗收都存在不可控的風險；再考慮到實際建設空間的狹小，整個項目存在相當的建設風險。因此考慮了過渡倉的解決方案，能夠很好地規避一些安全問題。另外，在多次試驗中，料位傳感器的穩定性存在多種問題，需要落實廠家提供該種工況下能夠持續穩定運作的傳感器。

（5）油水分離器：油水分離器的主要目標是完全實現油水的分離，一是起到冷卻換熱的作用，二是實現油水分離。對于油水分離器內產生的污水，短期內可以采用排放污水（油）至調節池的方案，但長期考慮勢必破壞系統的平衡，導致設備運作失靈、驗收不通過等多種嚴重后果。不過，從工藝前段指標著手，提高進入油水分離器混合氣體的潔凈度，可以延長油水分離器的使用時間。另外，不凝氣的成分及其收集，也需要一并考慮。

3 結語

油泥的處理一直都是固廢處理的難題，在很多國家都有現實的需求，而無論是國際還是國內，都沒有一種很通用的方法來實現這個目標，主要原因在于油泥成分的復雜性以及油泥狀態的不穩定性。因此，結合哈薩克斯坦油泥的組分分析，我們提出了蒸汽噴射干化處理的工藝方案，并根據中試結果進行了必要的改進與修正，僅供大家參考。