油田水熱法處理高含水油污泥裝置研究及應(yīng)用

李軒宇，劉波

（中國(guó)石油集團(tuán)渤海石油裝備制造有限公司遼河熱采機(jī)械制造分公司，遼寧 盤(pán)錦 124209）

1 前言

油田高含水油污泥是指含油污水儲(chǔ)存和處理過(guò)程中產(chǎn)生、未經(jīng)脫水處理、含水率高達(dá)85%以上的油污泥，其成分極為復(fù)雜，其性質(zhì)表現(xiàn)為油水密度差小、黏度大、比阻高、穩(wěn)定性強(qiáng)，難過(guò)濾、難破乳、難脫穩(wěn)。高含水油污泥處理技術(shù)雖得到了快速發(fā)展，但脫水效果差仍是油泥處理處置的瓶頸，而解決油污泥脫水的關(guān)鍵在于調(diào)質(zhì)脫穩(wěn)。目前，油污泥調(diào)質(zhì)脫穩(wěn)方法主要有氧化、破乳、絮凝、微乳化及萃取等，上述方法均能實(shí)現(xiàn)調(diào)質(zhì)脫穩(wěn)，但萃取、破乳和微乳化法藥劑消耗量大，氧化法選擇性差且有一定安全風(fēng)險(xiǎn)，絮凝法則不能有效回收油，幾種方法組合雖能實(shí)現(xiàn)脫穩(wěn)和回收油，但工藝流程復(fù)雜、投資大、運(yùn)行成本高。

水熱法高含水油污泥處理技術(shù)是指在一定溫度、壓力條件下，密閉加熱并閃蒸，實(shí)現(xiàn)油污泥絮體破解脫穩(wěn)和礦物油回收的調(diào)質(zhì)脫穩(wěn)技術(shù)，已廣泛用于污泥脫水預(yù)處理，在油污泥脫水預(yù)處理方面也開(kāi)展了實(shí)驗(yàn)研究，且取得了較好效果。

2 工藝流程及原理

含油污泥卸入流化罐預(yù)熱，預(yù)熱后輸送到反應(yīng)裝置內(nèi)，同時(shí)藥液進(jìn)入反應(yīng)裝置，蒸汽加熱，反應(yīng)裝置反應(yīng)完全后，物料被壓入閃蒸罐，水蒸氣冷卻成水與不凝氣分離，不凝氣體被吸收。物料經(jīng)過(guò)冷卻后進(jìn)入脫水設(shè)備進(jìn)行脫水處理，脫水后物料進(jìn)入干化機(jī)進(jìn)行低溫干化處理，最終實(shí)現(xiàn)出泥含水率≤30%。

實(shí)驗(yàn)裝置由十個(gè)主要單元：加熱單元、水熱單元、脫水單元、干化單元、尾氣處理單元、自控單元、監(jiān)控單元、水冷卻單元、供配電單元和附屬單元組成。

（1）加熱單元：自來(lái)水經(jīng)過(guò)軟化處理后進(jìn)入蒸汽發(fā)生器輸出高溫高壓蒸汽，為裝置提供熱源并可實(shí)現(xiàn)設(shè)備清潔吹掃功能。

（2）水熱單元：是指在一定的溫度和壓力下，將污泥在密閉的容器中加熱，使污泥絮體發(fā)生一系列物理化學(xué)變化的預(yù)處理過(guò)程，水熱處理后利于后續(xù)脫水處理。

（3）脫水單元：污泥脫水過(guò)程實(shí)際上是污泥的懸浮粒子群和水的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，本項(xiàng)目采用機(jī)械法脫水以實(shí)現(xiàn)經(jīng)水熱處理高含水油泥脫除游離水。

（4）干化單元：在密閉干化倉(cāng)內(nèi)吹入低溫干燥空氣與污泥對(duì)流，通過(guò)濕度交換原理將污泥中的水分帶出。濕空氣經(jīng)除濕烘干后循環(huán)使用。利用熱泵原理回收水分凝結(jié)潛熱用于加熱干燥空氣。干化單元將高含水油泥脫水至≤30%。

（5）尾氣處理單元：油污泥高溫?zé)崴膺^(guò)程中可能會(huì)產(chǎn)生惡臭味熱解氣，同時(shí)，有機(jī)物中的易揮發(fā)組分在高溫環(huán)境下會(huì)揮發(fā)出來(lái)，主要以氫氣、一氧化碳、甲烷和低組分烴類(lèi)等有機(jī)可燃?xì)怏w為主，需對(duì)該氣體進(jìn)行有效處理，方可排放。本項(xiàng)目擬采用吸附技術(shù)處理，對(duì)廢氣中的有機(jī)組分去除效果較好，工藝簡(jiǎn)單。

圖1 油田水熱法處理高含水油污泥裝置流程圖

3 研究裝置概況

主要包含主體撬塊（流化罐、反應(yīng)裝置、吸附罐及儀表管路）、離心干化撬塊、油水分離撬塊及控制設(shè)備。

4 自動(dòng)控制系統(tǒng)

自動(dòng)控制系統(tǒng)以PLC為控制核心，通過(guò)采集現(xiàn)場(chǎng)溫度、壓力、流量、物位參數(shù)，轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)傳入PLC系統(tǒng)，PLC通過(guò)邏輯編程實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的溫度、壓力的調(diào)節(jié)控制；確保系統(tǒng)按預(yù)定設(shè)計(jì)方案實(shí)現(xiàn)邏輯啟停、報(bào)警及聯(lián)鎖保護(hù)功能。

5 研究?jī)?nèi)容

5.1 裝置運(yùn)行參數(shù)優(yōu)化

裝置主要運(yùn)行參數(shù)包括油泥加量、反應(yīng)溫度、停留時(shí)間、干燥能耗等，由于設(shè)備處理能力與停留時(shí)間相互關(guān)聯(lián)，試驗(yàn)主要考查處理溫度、停留時(shí)間、加熱功率等參數(shù)的組合。

另外，分析廢水、廢氣等指標(biāo)，綜合評(píng)價(jià)裝置性能。

5.2 裝置物料的適應(yīng)性考察

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)能夠獲得多種物料的處理效果，選擇兩種典型物料污水站油泥、聯(lián)合站油泥，實(shí)驗(yàn)優(yōu)化不同油泥的最佳處理?xiàng)l件，獲取最佳處理?xiàng)l件下的排渣含油率、含水率，不凝氣產(chǎn)率、設(shè)備能耗等。

5.3 驗(yàn)證兩種工藝可行性

（1）高含油油泥（含油率≥3%）：熱水解-離心-干化。（2）低含油油泥（含油率＜3%）：離心-干化。

6 取樣化驗(yàn)分析

本實(shí)驗(yàn)研究對(duì)污泥含油率、含水率進(jìn)行取樣分析。對(duì)不凝氣成分分析需將不凝氣用取樣袋收集，送外單位檢測(cè)分析。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)需詳細(xì)記錄，待實(shí)驗(yàn)完畢后做系統(tǒng)分析。

取樣：取樣口，取樣時(shí)間/頻率，取樣器材計(jì)劃。

檢測(cè)分析：樣品名稱(chēng)，分析項(xiàng)目，分析方法名稱(chēng)，分析器材計(jì)劃。

送檢：樣品名稱(chēng)，數(shù)量，分析項(xiàng)目。

7 檢測(cè)分析項(xiàng)目與方法

分別對(duì)油泥樣品、污水、污油進(jìn)行基本性質(zhì)的檢測(cè)，以便于調(diào)整工藝參數(shù)優(yōu)化工況條件，對(duì)含水油泥處理裝置處理效果作出評(píng)價(jià)。

表1 樣品檢測(cè)指標(biāo)與方法

8 各種運(yùn)行工況的綜合性效果：

8.1 處理前后油污泥形態(tài)對(duì)比

高含水油污泥經(jīng)過(guò)水熱處理后液化非常顯著，由無(wú)流動(dòng)性的膏狀變?yōu)榱鲃?dòng)性強(qiáng)的液態(tài)，靜置至常溫后呈油-水-泥三相分離狀態(tài)，黏度大幅降低，并有一定量不凝氣產(chǎn)生；進(jìn)一步脫水處理后，有大量水脫除，殘余固相呈灰色塊狀。

圖2

8.2 處理前后SEM分析油泥形態(tài)變化

高含水油污泥處理前疏松，粗糙多孔且孔大，而水熱處理后絮體結(jié)構(gòu)破碎，水析出，輕質(zhì)油揮發(fā)，油泥經(jīng)過(guò)擠壓脫水處理后變得致密緊湊，孔變少變小，140℃和160℃區(qū)別不大，但180℃時(shí)雖仍平滑，但凹凸不平且孔變大變多，可能是部分重質(zhì)組分發(fā)生了熱水解，油泥表面由光滑變得稍粗糙。

8.3 油的回收率及輕質(zhì)化率

經(jīng)過(guò)水熱處理后，膠質(zhì)和瀝青質(zhì)均有去除，瀝青質(zhì)輕質(zhì)化顯著，減少了72%，膠質(zhì)和瀝青質(zhì)合計(jì)去除了38%，可能是油泥中膠質(zhì)和瀝青質(zhì)部分發(fā)生熱水解致含量大幅降低，破壞了油泥的穩(wěn)定性，利于后續(xù)脫水和干化處理。

8.4 與直接干化對(duì)比能耗

油污泥水熱處理后，再采用低溫干化處理，與直接熱干化能耗對(duì)比，可節(jié)能40%。