江漢油田含油污泥焚燒處理技術(shù)研究＊

劉 磊 羅 躍 劉清云 張磬文 劉翩翩 李 凡

（長江大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院）

含油污泥是油田開發(fā)、儲運(yùn)及煉制過程中產(chǎn)生的廢棄物［1］。含油污泥一般由水包油、油包水乳液以及懸浮固體泥砂等雜質(zhì)組成，是一種極其穩(wěn)定的懸浮乳狀液膠態(tài)體系，含油污泥的處理和再生利用是油田化學(xué)研究中的難題之一［2］。

目前，我國含油污泥處理技術(shù)主要有化學(xué)調(diào)理－機(jī)械分離技術(shù)、焚燒處理技術(shù)、回注與調(diào)剖技術(shù)等。通過對江漢油田含油污泥進(jìn)行的理化特性分析，探討了應(yīng)用“焚燒技術(shù)”處理江漢油田含油污泥的可行性。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1．1 實(shí)驗(yàn)藥品及儀器

1．1．1 藥品

石油醚（沸程60～90℃），分析純，天津市福晨化學(xué)試劑廠；

無水乙醇，分析純，天津市河?xùn)|區(qū)紅巖試劑廠；

萘，分析純，上海山浦化工有限公司；

A3鋼片，北京恒奧德儀器儀表有限公司；

含油污泥，江漢油田聯(lián)合站；

工業(yè)煤，陜西神木煤業(yè)有限公司。

1．1．2 儀器

722S可見分光光度計(jì)（上海精密儀器儀表有限公司）；

煤焚燒爐（石家莊市雙星鍋爐廠）；

HR－15B型氧彈式量熱計(jì)（東莞市鑫磊檢測儀器有限公司）。

1．2 實(shí)驗(yàn)方法

1．2．1 含油污泥的成分分析

離子含量分析參照標(biāo)準(zhǔn)SY／T 5523－2006《水和廢水監(jiān)測分析方法》的規(guī)定進(jìn)行分析；含油量分析參照SY／T 532－1994《碎屑巖油藏注水水質(zhì)推薦指標(biāo)及分析方法》的規(guī)定進(jìn)行分析。

1．2．2 含油污泥摻煤焚燒、腐蝕性、燃燒熱值評價(jià)

對含油污泥進(jìn)行脫水處理，將處理后的產(chǎn)物摻煤進(jìn)行燃燒，根據(jù)燃燒產(chǎn)物確定最佳摻煤量。實(shí)驗(yàn)采用靜態(tài)掛片法對含油污泥高溫焚燒的腐蝕性進(jìn)行評價(jià)。含油污泥燃燒熱值評價(jià)，對含油污泥進(jìn)行脫水處理，依據(jù)氧彈式量熱計(jì)測量含油污泥燃燒熱值。

1．2．3 含油污泥焚燒氣體產(chǎn)物分析

取一定量的含油污泥焚燒，參照GB 13271－2001《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定進(jìn)行焚燒，尾氣吸收后參照該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的“空氣和廢氣監(jiān)測分析方法（第四版）”進(jìn)行分析。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2．1 含油污泥組成分析

對含油污泥進(jìn)行組成分析，分析結(jié)果見表1。

表1 含油污泥組成分析結(jié)果Table 1 Composition of oily sludge

由表1可知，江漢油田各站點(diǎn)污泥中油、水和泥沙的含量各異，其中廣華站沉降罐含油量較高，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25．12%，其他站點(diǎn)的均低于5%。各站點(diǎn)水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均在60%以上，而王一場站污泥池和馬36站污泥池的更高，達(dá)90%。污泥中泥沙的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%～21%。

江漢油田聯(lián)合站水樣離子含量分析結(jié)果見表2所列。

表2 水分析結(jié)果Table 2 Result of water analysis （mg·L－1）

由表2可知，江漢油田各站點(diǎn)沉降罐水樣礦化度高，馬36站和馬50站礦化度在10×104mg／L以上，為Ca Cl2水型；廣華站和王一站水樣總礦化度高達(dá)22×104mg／L，為Na2SO4水型。水體的礦化度高，導(dǎo)致污泥鹽含量高，對污泥進(jìn)行焚燒處理可能導(dǎo)致焚燒設(shè)備的嚴(yán)重腐蝕。

2．2 含油污泥摻煤焚燒評價(jià)

實(shí)驗(yàn)室對含油污泥進(jìn)行摻煤焚燒，篩選判斷最佳的摻煤量，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 含油污泥摻煤焚燒實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 3 Experiment result of oily sludge and coal burning

由表3可知，含油污泥摻煤量越大，燃燒越充分。在摻煤質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%時(shí)，燃燒較徹底?？紤]到污泥焚燒處理的成本，選取摻煤焚燒的最佳摻煤質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%。

2．3 含油污泥焚燒的腐蝕性評價(jià)

江漢油田含油污泥鹽含量較高，對含油污泥進(jìn)行焚燒處理可能導(dǎo)致焚燒設(shè)備的嚴(yán)重腐蝕。室內(nèi)采用靜態(tài)掛片法對含油污泥高溫焚燒的腐蝕性進(jìn)行評價(jià)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 含油污泥高溫焚燒腐蝕性評價(jià)結(jié)果Table 4 Result of burned oily sludge at high temperature corrosion

由表4可知，含油污泥的焚燒對設(shè)備的腐蝕性極強(qiáng)，作為江漢油田含油污泥主體的王一站含油污泥，對A3碳鋼的腐蝕速率達(dá)到了25．68 mm／a，對設(shè)備造成的破壞嚴(yán)重。此外，污泥的平均腐蝕速率與鹽含量密切相關(guān)，但沒有絕對的線性關(guān)系，因?yàn)楦g速率并不是由鹽含量單一因數(shù)決定的，p H值、水含量、硫化物含量、細(xì)菌含量等多種因數(shù)均對腐蝕速率有影響。

2．4 含油污泥燃燒熱值評價(jià)

將含油污泥進(jìn)行脫水處理后，進(jìn)行燃燒熱值的測定。污泥的理論燃燒熱值與實(shí)測燃燒熱值的結(jié)果見表5。

表5 含油污泥燃燒熱值測定結(jié)果Table 5 Result of oily sludge burning hot

由表5可知，江漢油田含油污泥的熱值較低，如王一站污泥脫水處理后燃燒熱值為5 710 J／g，馬50站磁過濾器底部污泥燃燒熱值僅2 840 J／g。污泥焚燒處理時(shí)熱值不高。因此，需要進(jìn)行摻煤焚燒。

2．5 含油污泥焚燒氣體產(chǎn)物分析

每克油泥燃燒產(chǎn)生的SO2、NOx（以NO2計(jì)）的質(zhì)量和蒸餾水吸收液p H值見表6。

表6 污泥焚燒氣體產(chǎn)物分析結(jié)果Table 6 Result of sludge incineration gaseous product

由表6可知，油田含油污泥焚燒產(chǎn)生大量的SO2，其含量已達(dá)煤的2～10倍，個(gè)別站點(diǎn)超標(biāo)嚴(yán)重。此外，焚燒氣體蒸餾水吸收液的p H值較低，遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的兩種檢測氣體所導(dǎo)致的程度，而氣體產(chǎn)物可能還含有其他酸性氣體，這又進(jìn)一步增加了形成局部酸雨的可能性。

2．6 污泥焚燒固體產(chǎn)物（爐灰）分析

取20 g脫水處理后的污泥及污泥摻煤后的樣品焚燒至灰色粉末狀，焚燒完后檢測殘?jiān)懈鹘M分的陰離子含量。

表7 焚燒爐渣分析結(jié)果Table 7 Result of incineration slag analysis

由表7可知，污泥直接進(jìn)行焚燒后，爐渣中Cl－、HCO－3、SO2－4含量較高；摻煤焚燒后，爐渣中Cl－、HCO－3、SO2－4含量并沒有明顯降低。由此可知，含油污泥進(jìn)行摻煤焚燒，爐渣陰離子含量并無明顯減少。

2．7 含油污泥焚燒處理分析

江漢油田年產(chǎn)含油污泥量近萬噸，日處理量約為30 t［3］。污泥干化、焚燒處理核心裝置投資在400萬元以上，熱能回收利用及尾氣凈化系統(tǒng)等輔助裝置投資在100萬元以上，加上征地、廠房、水、電等配套設(shè)施，整體投資遠(yuǎn)超1 000萬元，投資建設(shè)費(fèi)用高。

江漢污泥含鹽高，對焚燒設(shè)備腐蝕大。江漢油田水體平均含鹽在10×104mg／L以上，許多油區(qū)甚至達(dá)到飽和，高含鹽污泥焚燒對設(shè)備腐蝕嚴(yán)重。根據(jù)王一站污泥腐蝕速率25．68 mm／a計(jì)算，設(shè)計(jì)最可靠的焚燒爐也在一年左右穿孔，實(shí)際使用中一年以內(nèi)穿孔的可能性很大。

另外，江漢地區(qū)空氣濕潤，常年雨水多，污泥脫水后無法風(fēng)干，只能以含水70% （w）的污泥直接焚燒，水含量高，導(dǎo)致處理能耗高［4－5］，加上污泥油含量低，燃燒熱值低，綜合能耗高，使得運(yùn)行費(fèi)用難以承受。若盲目投建污泥焚燒類裝置，不可避免地將導(dǎo)致整套設(shè)備閑置。

3 結(jié)論

（1） 王一站污泥中 w（水）93．60%、w（鹽）20．12%、w（油）1．06%，為典型的高含水、高含鹽、低含油污泥；各站點(diǎn)水體礦化度均在10×104mg／L以上，其中王一站水樣礦化度高達(dá)23×104mg／L。王一站對A3碳鋼的腐蝕速率達(dá)到了25．68 mm／a，其他站點(diǎn)最低腐蝕速率也高達(dá)8．71 mm／a，對設(shè)備造成嚴(yán)重腐蝕。

（2） 含油污泥含油量低，燃燒熱值低，對含油污泥焚燒處理需要進(jìn)行摻煤焚燒，最佳摻煤量為60%（w）。摻煤焚燒后產(chǎn)生的SO2為煤的2～10倍，個(gè)別站點(diǎn)超標(biāo)嚴(yán)重，焚燒氣體蒸餾水吸收液的p H值較低，導(dǎo)致局部酸雨的可能性大。含油污泥進(jìn)行摻煤焚燒，爐渣陰離子含量并無明顯減少。

（3） 江漢油田含油污泥因高含水、高含鹽、低含油以及江漢地區(qū)多雨水、空氣濕潤等原因，不宜采用焚燒處理。

［1］ 馬寶歧，吳安明．油田化學(xué)原理與技術(shù)［M］．北京：石油工業(yè)出版社，1995．

［2］ Zhou Lingsheng，Jiang Xiu min，Liu Jianguo．Characteristics of oily sl udge co mbustion in circulating fluidized beds［J］．Jour nal of Hazar dous Materials，2009，170（1）：175－179．

［3］ 劉玉麗．油田含油污泥焚燒處理技術(shù)與設(shè)備研究［J］．石油與天然氣化工，2005，34（5）：426－428．

［4］ 黃志宇，魯紅升，李建波，等．氣井鉆井廢水深度處理實(shí)驗(yàn)研究［J］．天然氣工業(yè)，2005，25（5）：44－46．

［5］ 劉清云，張煜，龍永福，等．高含水老油田采出水處理技術(shù)研究［J］．天然氣與石油，2012，30（2）：39－41．