間歇熱裂解技術處理暫存池中含油污泥的工程應用

宮文凱

大慶油田水務公司

油田含油污泥主要產生于原油開采、油田集輸、油田采出水處理、煉廠污水處理等過程。某油田已建成投產10 座含油污泥處理站，主要采用預處理、調質—離心處理工藝[1]，處理后污泥石油類≤2%（質量分數），回收了大部分污油。隨著含油污泥成分日趨復雜，聚合物含量逐年加大，其中老區含油污泥站尤為明顯，油泥的黏度增大造成調質—離心處理工藝所需藥量加大，離心機的分離效率降低[2-3]，油泥分離更加困難，含油污泥站實際處理量低于設計處理量。隨著新的GB 36600—2018《土壤環境質量建設用地土壤污染風險管控標準（試行）》的頒布，要求處理后的含油污泥中石油烴（C10—C40）含量＜4.5‰，同時地方生態環境主管部門有更為嚴格的處理要求，即處理后的含油污泥石油類＜3‰。現用工藝處理能力和處理效果無法滿足新標準要求。

本項目利用現有一座5 000 m3含油污泥暫存池及周邊場地，新建7 t/h 含油污泥熱裂解處理裝置1 套，年處理量30 000 t，處理站主要采用間歇熱裂解工藝技術[4-6]，處理后的含油污泥滿足DB23/T 1413—2010《油田含油污泥綜合利用污染控制標準》石油類＜3‰農用污泥污染控制要求，有效地緩解了部分采油廠含油污泥處理站處理能力不足，處理指標無法達到新標準要求的問題。

1 含油污泥處理工藝

1.1 含油污泥特性

含油污泥原料主要指標：含水率41.1%，石油類34.9%，含泥量24.0%，處理后含油污泥殘渣滿足DB23/T 1413—2010《油田含油污泥綜合利用污染控制標準》石油類＜3‰農用污泥污染控制要求。從表1可以看出，制約含油污泥綜合利用的主要指標是石油類，石油類的去除效率直接影響工藝設備的選擇。

1.2 工藝流程

原料含油污泥具有含油量較高、物料分布不均勻、成分復雜、含水率較高的特點，為此分別開展熱化學清洗、連續熱裂解、間歇熱裂解小試實驗。熱化學清洗技術[7]只能實現含油污泥殘渣石油類達到1%，所以不予考慮；兩種熱解方式均可實現含油污泥殘渣石油類達到3‰。連續熱裂解[8]處理效率相對較高，但對進料要求嚴格，適合處理含油率低于20%的物料，同時要求物料穩定均勻；間歇熱裂解比較適合原料成分復雜、分布不均、波動范圍大的物料，可以實現含油污泥殘渣石油類穩定達標，但處理效率相對較低。通過三種方案的綜合比選，最終采用間歇熱裂解含油污泥處理工藝路線，具體工藝流程如圖1所示。

含油污泥進入間歇熱裂解爐絕氧間接加熱，油泥中烴類等有機物受熱蒸發、裂解，氣相進入分氣包部分冷凝為重油，其余氣相進入后續的油水冷凝裝置實現輕質油油品回收，未冷凝的不凝氣經水封系統凈化后返回爐膛燃燒重復利用。天然氣和不凝氣燃燒產生的煙氣經過霧化塔凈化達標后排放，爐內固相冷卻后形成無害化殘渣，可用于墊井場和通井路。

2 主要處理單元及設計參數

（1）油泥熱裂解爐。油泥熱裂解爐1座，規格Φ2.4 m×6.5 m（底座6.5 m×2.6 m×0.6 m），熱裂解時間12～19 h；配套減速機系統JZQ650，油氣燃燒器3 個（產生不凝氣后開啟），天然氣燃槍4個，規格RIELLO 40 FS20；鼓風機1 臺，流量26 m3/min，升溫速率25～35 ℃/h。

（2）油水冷凝回收裝置。分氣包1 座，規格Φ0.9 m×2.1 m；冷凝器1 套；循環水池1 座，規格5.0 m×2.5 m×1.3 m；重油罐1 個，規格Φ 0.7 m×1.5 m；配套重油泵流量5 m3/h，H=5 m；輕油罐1 個，總容積36 m3；輕油泵流量15 m3/h，H=5 m，功率為5.5 kW；油水回收率達到75%左右。

（3）煙氣及不凝氣凈化裝置。霧化塔1套，Φ1 m×3 m；霧化塔水泵YB2100L，功率為3 kW；引風機LSFO，流量為2 000～5 000 m3/h；水封系統2 套，規格Φ0.6 m×1.5 m。排放煙氣中的SO2、NOX、煙塵均滿足大氣污染物綜合排放標準。

3 運行效果及經濟指標分析

該含油污泥處理工程于2019 年2 月底建成，2019年3月初開始調試運行，2019年8月進行了竣工環保驗收。2019年3月至8月的殘渣指標見表2。

表2 油泥殘渣污染指標Tab.2 Pollution indicators of oily sludge residue

采用間歇熱裂解工藝，熱裂解平均時間為18～22 h，運行溫度維持在400 ℃，累計處理含油污泥1.45×104t，最終油泥殘渣平均石油類＜1.2‰，含水率0.95%，As 質量濃度為2.9 mg/L，Hg濃度為0.9 mg/L，Cu濃度為5.8 mg/L，Zn濃度為26.3 mg/L，Pb 濃度為3.8 mg/L，Cd 濃度為1 mg/L，Cr 濃度為3.3 mg/L，Ni 濃度量為9.5 mg/L，均滿足DB23/T 1413—2010《油田含油污泥綜合利用污染控制標準》標準要求，殘渣可用于墊井場和通井路。

該工程總投資900萬，含油污泥處理成本約為382～418 元/t（未計污水處理費用），其中動力費（主要是熱裂解爐加熱天然氣費用和風機電費）250～270元/t，藥劑費15～18元/t，人工費47～50元/t，機械使用費40～45元/t，設備折舊維修費用30～35元/t。

4 結論

對于高含油、高含水、物料復雜且指標波動大的含油污泥，間歇熱裂解工藝具有較強適應性。熱裂解后油泥殘渣平均＜1.2‰，含水率0.95%，各項重金屬指標均能夠穩定達到標準要求，運行成本控制在382～418元/t，經濟效益、環境效益顯著。建議針對不同原料油泥，進一步優化運行參數，降低運行成本，同時熱解后油泥殘渣的用途[9-10]將是下一步重點研究方向。