油田含油污泥脫水技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展

周勇魏偉吳高峰朱建華張珂

（1.中國石油集團(tuán)工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司北京分公司 北京 100085）

（2.中國石油大學(xué)（北京）化學(xué)工程學(xué)院）

引言

含油污泥是在石油的開采、集輸及煉制加工過程中產(chǎn)生的一類具有資源回收利用價(jià)值的危險(xiǎn)廢棄物。在我國石油石化行業(yè)中，含油污泥產(chǎn)量大，處理難，重質(zhì)油含量高，而且產(chǎn)量還呈逐年上升趨勢。因此，含油污泥越來越受到石油石化企業(yè)的重視。根據(jù)含油污泥的形成不同，一般將其分為石油化工行業(yè)（主要是煉油廠）含油污泥和油田含油污泥。煉油廠產(chǎn)生的含油污泥主要由油罐底泥和污水處理廠的“三泥”組成。據(jù)統(tǒng)計(jì)，這部分含油污泥在我國的年產(chǎn)量約為30萬噸；油田含油污泥包括油田開發(fā)過程中產(chǎn)生的落地含油污泥、聯(lián)合站生產(chǎn)運(yùn)行中產(chǎn)生罐底含油污泥及污水站運(yùn)行中產(chǎn)生的含油污泥。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國年產(chǎn)油田含油污泥近300萬噸，僅大慶、勝利、遼河三大油田每年產(chǎn)出的含油污泥就達(dá)200萬噸以上。煉廠產(chǎn)生的含油污泥主要為“三泥”，分別是隔油池底泥、溶氣浮選浮渣及原油罐底泥，其中以浮選池浮渣的產(chǎn)量最大，約占“三泥”總量的80%以上，由于其固含量較低、水含量較高，因而體積龐大。這些含油污泥組成差別很大，通常含油量及含水量所占比例的變化范圍較廣。油田集輸過程中也會(huì)產(chǎn)生含油污泥，主要是儲(chǔ)存在儲(chǔ)罐中的原油，其中的沙粒、機(jī)械雜質(zhì)、重金屬鹽類及瀝青質(zhì)等組分在罐底沉積，形成罐底含油污泥。油田開發(fā)過程中產(chǎn)生的落地含油污泥是在石油開采、傳輸過程中被帶到地面上并滲入地面土壤而形成的。原油開采過程中產(chǎn)生的含油污泥還包括采油污水處理過程產(chǎn)生的含油污泥，該種含油污泥含油量高、黏度大、顆粒細(xì)，這些特點(diǎn)造成其脫水十分困難。

一、含油污泥的脫水處理現(xiàn)狀與進(jìn)展

隨著含油污泥處理技術(shù)的不斷發(fā)展，國內(nèi)外研究人員對(duì)含油污泥脫水技術(shù)的研究和開發(fā)也取得了實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展。目前，針對(duì)含油污泥特性已開發(fā)出一些脫水效果較好的脫水技術(shù)，這些脫水技術(shù)主要包括：調(diào)質(zhì)脫水技術(shù)、微波脫水技術(shù)、超聲波脫水技術(shù)、過熱蒸汽噴射脫水技術(shù)以及油炸置換脫水技術(shù)。

1.調(diào)質(zhì)脫水技術(shù)

含油污泥一般由水、油以及固體懸浮物組成，其中的固體顆粒是水合物，細(xì)小而帶電，而且固體顆粒表面附著油和水，使其無法再聚集。同時(shí)，固體顆粒表面所帶同種電荷的排斥作用，阻礙顆粒之間的聚合，進(jìn)而使含油污泥形成一種充分乳化且非常穩(wěn)定的膠體懸濁液，使含油污泥的脫水和濃縮比較困難。因此，要實(shí)現(xiàn)固、油、水三相的完全分離，就必須采取經(jīng)濟(jì)有效的方法破壞含油污泥的穩(wěn)定狀態(tài)，進(jìn)而達(dá)到液相與固相的分離及油滴之間的聚合的目的。而含油污泥的調(diào)質(zhì)就是通過某種手段調(diào)整固體顆粒群之間的排列狀況以及破壞膠體懸濁液的穩(wěn)定性質(zhì)，使其實(shí)現(xiàn)固、油、水的三相分離的目的，以提高機(jī)械脫水性能、改善脫水效果[7]。含油污泥的調(diào)質(zhì)是一種提高脫水效率的預(yù)處理過程，可針對(duì)含油污泥特性有效改善其脫水性能。

2.微波脫水技術(shù)

微波加熱技術(shù)是通過改變物質(zhì)內(nèi)介質(zhì)離子的遷移及偶極子的轉(zhuǎn)動(dòng)，加劇介質(zhì)分子的熱運(yùn)動(dòng)，使相鄰分子之間產(chǎn)生劇烈的摩擦作用，從而使分子獲得能量，達(dá)到使物體升溫的目的。近年來，已將微波當(dāng)作一種能源，應(yīng)用到其他的一些領(lǐng)域，如加熱、干燥物體以及激發(fā)等離子體等。

微波加熱技術(shù)有三個(gè)特點(diǎn)：（1）瞬時(shí)性，即加熱比較快，由于熱量是從物質(zhì)內(nèi)部產(chǎn)生，因此不存在熱量從物質(zhì)表面?zhèn)鬟f至內(nèi)部的過程，從而使加熱效率提高，加熱時(shí)間縮短，其干燥用時(shí)只需傳統(tǒng)加熱時(shí)間的1/100～1/10即可完成；（2）選擇性，即不同的受熱物體由于其介質(zhì)具有不同的性質(zhì)，使其在微波場中受熱時(shí)會(huì)有很大的差別；（3）穿透性，即微波的穿透性很強(qiáng)，能夠穿透介質(zhì)內(nèi)部。

3.超聲波脫水技術(shù)

2004年12月于國內(nèi)公開的實(shí)用新型專利C N 2663040將添加破乳劑的含油污泥用泵送入反應(yīng)釜中，并利用旋轉(zhuǎn)分離法以實(shí)現(xiàn)油、水、固的分離，其間利用超聲作用以加強(qiáng)三相的分離；專利C N 1868931依次向加熱后的含油污泥中加入破乳劑、陽離子表面活性劑，混合均勻后用泵將泥漿送入超聲波反應(yīng)釜中除油，余下的泥漿經(jīng)二級(jí)超聲除油和二級(jí)除砂，最后經(jīng)過凈化罐凈化除水，最終達(dá)到油、水、固的分離。該工藝處理過程復(fù)雜，成本高。目前有不需添加任何試劑的超聲處理含油污泥工藝，不僅操作簡單、成本低、易于實(shí)施，而且不會(huì)產(chǎn)生二次污染。

超聲波作為一種新型的含油污泥預(yù)處理技術(shù)，由于具有空化作用及局部發(fā)熱特性，能很好的改善含油污泥的脫水性能。相關(guān)研究表明利用低強(qiáng)度、短時(shí)間的超聲波處理含油污泥可使其含水量降至85%以下，同時(shí)絮凝劑的用量也可以減少25%～50%。由于超聲波功率較大，若處理時(shí)間太長，則可能導(dǎo)致含油污泥的內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，增加含油污泥的黏度，使含油污泥脫水性能變差。由此可見，利用超聲波技術(shù)處理含油污泥時(shí)，其對(duì)含油污泥的影響是有利也有弊的。因此，綜合兩方面的因素，調(diào)整工藝參數(shù)以達(dá)到最好的含油污泥脫水除油效果，是超聲波處理含油污泥的關(guān)鍵技術(shù)。通過正交實(shí)驗(yàn)確定超聲波處理含油污泥的適宜操作條件為：功率50 W，頻率40 k Hz，溫度50℃，超聲作用時(shí)間20 min。目前，超聲波技術(shù)用于含油污泥除油的研究還相對(duì)較少，僅停留在實(shí)驗(yàn)室研究階段。

4.過熱蒸汽噴射脫水技術(shù)

過熱蒸汽噴射處理含油污泥技術(shù)是采用500℃的過熱蒸汽，經(jīng)過高速噴嘴使其以2馬赫的速度噴入干燥槽中，蒸汽在干燥槽中與含油污泥顆粒發(fā)生碰撞，在高速及高溫過熱蒸汽的沖擊作用下，將含油污泥中的石油和水分蒸發(fā)出來，再經(jīng)冷凝后實(shí)現(xiàn)油、水的分離，石油可直接回收，經(jīng)處理后的廢渣中石油含量很少，廢渣中油含量最低可達(dá)0.08%，水含量亦可降至10%以下。

采用過熱蒸汽噴射技術(shù)處理含油污泥時(shí)不需要提供額外的動(dòng)力，僅用純物理方法就可以實(shí)現(xiàn)含油污泥中油-水-固的分離和資源化利用。處理過程中所需的能量都是從高速的過熱蒸汽中獲得，不會(huì)產(chǎn)生二次污染問題。通過過熱蒸汽和含油污泥顆粒碰撞及快速的熱交換，使含油污泥在瞬間實(shí)現(xiàn)固液分離，水分快速蒸發(fā)。此過程充分保證了石油的原有性質(zhì)，不會(huì)造成石油的熱裂解，更不會(huì)生成膠質(zhì)、瀝青質(zhì)等重質(zhì)組分，含油污泥中的原油完全可以回收再利用。而含油污泥中的重金屬、油砂等固體可通過旋風(fēng)分離器進(jìn)行分離回收；氣態(tài)的石油和水蒸汽經(jīng)冷凝器液化后分離回收。

目前，過熱蒸汽噴射脫水技術(shù)仍處于開發(fā)中試階段，開發(fā)出來的裝置處理能力較小，而且受到含油污泥中含水量的影響。含水量越高，消耗的過熱蒸汽量越大，裝置處理能力就越小。因此，該技術(shù)還不能大規(guī)模地應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)中。

5.油炸置換脫水技術(shù)

油炸置換脫水技術(shù)是將油加熱到200℃左右，隨后將含油污泥放入其中，由于油溫遠(yuǎn)高于水的正常沸點(diǎn)，含油污泥表面的水分會(huì)快速汽化，汽化后的水分將留下空隙，包圍在含油污泥外部的熱油由于濃度差的驅(qū)動(dòng)通過孔道擴(kuò)散至含油污泥中原來水分所占據(jù)的位置；由于含油污泥中含水量較高導(dǎo)熱性較好，故可較快地使含油污泥內(nèi)部溫度升高并達(dá)到或超過水的正常沸點(diǎn)，使含油污泥內(nèi)部的水分蒸發(fā)，同時(shí)外部的熱油擴(kuò)散進(jìn)入含油污泥的內(nèi)部空隙，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)含油污泥中水分的置換脫除，達(dá)到降低含油污泥含水量的目的。

對(duì)污泥油炸置換脫水技術(shù)的最新研究報(bào)道始于2005年，由S i l v a等[53]研究人員進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，將城市污泥加入到溫度為190～215℃的熱油中進(jìn)行油炸脫水處理，最終將污泥中的含水量降至5%以下，其熱值升至24 MJ/kg。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，污泥中的水大部分被熱油置換，污泥的熱值大幅度提高。

結(jié)論

從資源利用和環(huán)境保護(hù)的角度出發(fā)，含油污泥是具有一定經(jīng)濟(jì)價(jià)值的資源，充分利用含油污泥中的烴類物質(zhì)，開發(fā)低能耗的含油污泥脫水、脫油工藝，已成為石油石化企業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。目前，含油污泥脫水預(yù)處理技術(shù)進(jìn)步很大，從理論研究到工業(yè)化應(yīng)用，國內(nèi)外專家學(xué)者都作了比較深入的探索與開發(fā)。尤其是油炸置換脫水，可以用廢油作為油炸介質(zhì)，既降低脫水成本又充分利用了廢油資源，而且脫水效率高。因此，該技術(shù)可以作為一種新型的含油污泥脫水技術(shù)加以推廣應(yīng)用。

[1]尚朝輝,隋清國,冷強(qiáng)等.含油污泥調(diào)剖技術(shù)研究與應(yīng)用.江漢石油學(xué)院學(xué)報(bào),2002,24（3）:66-67.

[2]李丹梅,王艷霞,余慶中等.含油污泥調(diào)剖技術(shù)的研究與應(yīng)用.石油鉆采工藝,2003,25（3）:74-76.