含油污泥工程化處理工藝技術(shù)研究

齊加勝，黃欣欣

（1.南京理工大學(xué)紫金學(xué)院微波熱解研究所，江蘇南京 210023；2.甘肅新鑫能源工程有限公司，甘肅慶陽 745000）

含油污泥是油田開發(fā)，油品儲運(yùn)及油品煉制加工過程中產(chǎn)生的主要污染物之一，含油污泥成分復(fù)雜，含有大量老化原油、瀝青質(zhì)、膠質(zhì)、石蠟、懸浮固體以及各種酸性、腐燭性藥劑，具有難降解、有毒、有害等特點(diǎn)，含油污泥直接堆放在自然環(huán)境中，會造成土壤、植被和水體等生態(tài)系統(tǒng)的污染。在我國，2008年8月制定并施行的《國家危險廢物名錄》中明確規(guī)定石油開采和煉制過程中產(chǎn)生的油泥為危險廢物（HW08）。油田含油污泥體積龐大，成為國內(nèi)外亟待解決的一大難題[1]。

1 含油污泥主要處理工藝技術(shù)

1.1 溶劑萃取處理工藝

含油污泥萃取分離技術(shù)是利用“相似相溶”原理，將有機(jī)溶劑按一定比例加入油泥中，提取油泥中的油相組分，溶劑與油的混合物通過蒸餾法分離[2]。萃取分離是一種簡單、高效的油泥資源化回收利用的最終處置技術(shù)，分離過程相對耗時短。但萃取分離需要應(yīng)用大量的溶劑，處理成本高，環(huán)境影響大。油泥品種的多樣性、復(fù)雜性，需要研制不同的有機(jī)溶劑進(jìn)行萃取，特別在大規(guī)模應(yīng)用方面，無法形成工程化。

1.2 破乳處理工藝

破乳主要是利用試劑或外力，降低油水之間的界面張力，將大的油水公共體分隔成小的油水公共體，分隔的越小，界面膜破裂的越徹底，水和油就會分離開來，從而實(shí)現(xiàn)油水分離。主要方法有化學(xué)方法破乳、超聲破乳、微波破乳等，其中化學(xué)破乳法是國內(nèi)應(yīng)用較成熟的工藝方法之一[3]。但這些方法不能將油泥中油水分離后，油、水、泥三相達(dá)標(biāo)使用。甚至很多情況下，無法實(shí)現(xiàn)破乳效果，主要原因是油泥中添加劑太復(fù)雜，在油包水的外圍形成穩(wěn)定的彈性結(jié)構(gòu)體，使試劑或外力無法進(jìn)入油包水。

1.3 含油污泥調(diào)質(zhì)-機(jī)械分離技術(shù)

調(diào)質(zhì)、脫水是含油污泥處理系統(tǒng)必不可少的環(huán)節(jié)。高含水量的含油污泥不能直接進(jìn)行機(jī)械脫水操作，必須先進(jìn)行調(diào)質(zhì)，通過調(diào)質(zhì)-機(jī)械分離，使含油污泥實(shí)現(xiàn)油-水-泥的三相分離[4]。調(diào)質(zhì)-機(jī)械分離技術(shù)是一種比較成熟的含油污泥處理技術(shù)，油的回收率較高，由于不同地區(qū)含油污泥的成分不同，藥劑需要和脫水機(jī)械相適應(yīng)，同時要優(yōu)化藥劑的種類、投加數(shù)量及脫水機(jī)械的運(yùn)行參數(shù)。該技術(shù)的處理速度較快，對于含油量較高的含油污泥處理效果較好，但是當(dāng)油泥含油量較少時，離心分離經(jīng)濟(jì)效益不佳。

1.4 焚燒處理工藝

焚燒處理工藝是熱處理工藝的一種常用方式。焚燒前含油污泥須經(jīng)過污泥調(diào)制和脫水預(yù)處理，在投加絮凝劑的作用下，經(jīng)攪拌、重力沉降后，分層切水，濃縮預(yù)處理后的污泥，再經(jīng)設(shè)備脫水、干燥等工藝，將泥餅送至焚燒爐進(jìn)行焚燒[5]。

該工藝的優(yōu)點(diǎn)是污泥經(jīng)焚燒后，能去除多種有害物，處理比較安全，減少了對環(huán)境的危害，廢物減容效果好；缺點(diǎn)是焚燒過程中會產(chǎn)生二次污染，釋放的熱能大都沒有回收利用。

1.5 熱解處理工藝

熱解處理技術(shù)是指含油污泥在絕氧的條件下加熱到一定溫度，使烴類物質(zhì)在復(fù)雜的水合和裂化反應(yīng)中分離出來，并冷凝回收輕質(zhì)烴，固液分離后回收重質(zhì)烴的過程。該工藝對含油污泥處理的比較徹底，油回收率高，處理后的污泥含油可達(dá)3‰以下可直接填埋或作為建材原料，已經(jīng)在殼牌、BP等大石油公司成功應(yīng)用[6]。

該工藝對油泥的含油率和含水率要求較高，特別是含水率，一般含水率高于40%，直接熱解效率很低。含油率大于10%，油氣冷凝系統(tǒng)非常龐大復(fù)雜，熱解效率較低。

1.6 填埋處理工藝

含油污泥安全填埋是利用不具有滲透性的厚黏土層、人造內(nèi)襯將油泥與空氣、水體隔離開來，在安全填埋的底層還設(shè)置有滲濾液收集系統(tǒng)，達(dá)到油泥與環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)最大限度的隔絕[7]。

雖然填埋法處理油泥成本低，但填埋法仍然無法避免滲濾液污染地面及地下水的可能，還會占用大量土地。填埋法無法資源化利用油泥，當(dāng)含油污泥無法進(jìn)行其他方式處置時，才考慮使用填埋法，為了保證填埋的安全性，油泥常需脫水。

1.7 固化處理工藝

固化技術(shù)是在含油污泥中加入固化劑，使其發(fā)生一些穩(wěn)定的不可逆的物理化學(xué)反應(yīng)，固化其中的部分水分和有毒物質(zhì)，以便堆放儲存和后續(xù)處理。理想的固化產(chǎn)物應(yīng)該具有良好的機(jī)械性能和抗浸透、抗浸出、抗干濕、抗凍抗融等特性[8]。

水泥固化是目前最成熟的固化技術(shù)，為了實(shí)現(xiàn)油泥資源化使用，進(jìn)行固化前，將油泥中含油率降至3‰以下，制成水泥磚，用于油田及相關(guān)區(qū)域建設(shè)。

2 油泥危廢處理中心處理方案

油泥危廢處理中心，即有危險廢物處理資質(zhì)的單位，專業(yè)從事油泥的無害化、資源化、工程化處理企業(yè)。以年處理量達(dá)5×104t以上的規(guī)模企業(yè)為例，介紹油泥處理工藝方案。

油泥來源有很多種，如石化廠、采油廠等，這些企業(yè)送到油泥危廢處理中心的油泥都是經(jīng)過破乳、三相分離等傳統(tǒng)處理后，含油率低于20%無法處理的油泥。根據(jù)油泥的含水率，將含水率低于40%的油泥，稱為固態(tài)油泥，主要來源為落地泥，采用熱解處理。將含水率高于40%的油泥，稱為流態(tài)或半流態(tài)油泥，主要來源為清罐泥，采用破乳、三相分離、干燥、熱解復(fù)合工藝處理。處理后油泥分為三相，油、水、泥，其中油為渣油作為燃料或煉油原料；水中含有部分油、泥，需要進(jìn)一步處理，合格后循環(huán)使用；泥作為水泥磚原料，制磚用于油區(qū)或相關(guān)區(qū)域。

2.1 固態(tài)油泥處理工藝

固態(tài)油泥采用熱解工藝處理，主要涉及原料、工藝和設(shè)備。油泥熱解有兩種方式，一種是間歇式熱解，一種是連續(xù)式熱解。間歇式熱解設(shè)備處理工藝是進(jìn)料、熱解、冷卻、出渣，優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備穩(wěn)定可靠、對物料要求不嚴(yán)格，如大顆粒黏性油泥、雜物（含油泥鞋子、編織袋），缺點(diǎn)是能耗大、周期長、性價比低。連續(xù)式熱解設(shè)備處理工藝是連續(xù)進(jìn)料、熱解、尾渣冷卻、連續(xù)出渣，優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備穩(wěn)定可靠、處理量達(dá)到3 t/h、能耗低，缺點(diǎn)是物料顆粒度小于20 mm，設(shè)備一次投資大。兩者有很好的互補(bǔ)性，是油泥危廢處理中心必備設(shè)備。

固態(tài)油泥連續(xù)熱解包括破碎篩分、熱解、冷凝、尾渣處理、尾氣處理（見圖1）。

油泥連續(xù)熱解前進(jìn)行預(yù)處理，包括挑選大顆粒雜物、破碎，目的是保證油泥的均勻進(jìn)料。首先挑選出大顆粒雜物，如鞋子、樹根等，采用旋轉(zhuǎn)分篩設(shè)備和人工輔助，得到顆粒度小于20 mm的油泥顆粒。通過螺旋輸送至熱解設(shè)備，平鋪在輸送帶上，逐步加熱至600℃，實(shí)現(xiàn)水分揮發(fā)、表面吸附小分子輕烴脫除、礦物油揮發(fā)、礦物油重質(zhì)組分熱解，通過冷凝系統(tǒng)冷凝實(shí)現(xiàn)油、水回收，其中不可凝氣體作為燃料二次燃燒，產(chǎn)生的氣體進(jìn)行脫硫脫硝處理，達(dá)到危險廢物焚燒污染排放標(biāo)準(zhǔn)-GB18484-2001合格排放。

油泥熱解完成后，產(chǎn)生尾渣，溫度高達(dá)500℃，含C量很高，遇氧易燃，需要進(jìn)行無氧冷卻處理，將溫度降至常溫，作為建材原料，制水泥磚，用在油區(qū)或相關(guān)區(qū)域。

2.2 流態(tài)或半流態(tài)油泥處理工藝

圖1 固態(tài)油泥熱解工藝圖

流態(tài)或半流態(tài)油泥含水率高于40%，不能直接進(jìn)行熱解，一般進(jìn)行破乳、三相分離、烘干，得到固態(tài)油泥，進(jìn)行熱解，如2.1所述。根據(jù)油泥特性，特別是含油率，油泥危廢處理中心得到了油泥含油率一般小于20%，含水率40%～80%，含固率10%～40%，其中油主要為乳化油，需要多次破乳分離，得到的渣油中含有大量聚合物，油品經(jīng)濟(jì)價值很低，破乳分離的目的是將渣油盡可能的從油泥中分離出來，實(shí)現(xiàn)油泥的減量化。破乳分層、三相分離后得到水，一般含有大量的絮凝劑、添加劑，成分復(fù)雜，不能直接回用，需要進(jìn)行除油、除塵、中和等處理。破乳后的油泥，經(jīng)過三相分離后得到的泥中，含油率一般低于5%，含水率75%～85%，經(jīng)過烘干，得到含水率低于40%油泥，進(jìn)入熱解。

流態(tài)或半流態(tài)油泥三相分離包括加熱分層、破乳、三相分離、干燥處理（見圖2）。

該工藝過程中，破乳分層難度很大，破乳本質(zhì)就是油、水、泥在破乳劑作用下發(fā)生物化反應(yīng)，打破原有分子集團(tuán)，分別獨(dú)立運(yùn)動，并和周圍的同類屬性物質(zhì)聚集在一起，形成新的分子集團(tuán)，即實(shí)現(xiàn)三相分離。其中分子原有集團(tuán)的打破和分子獨(dú)立運(yùn)動需要外界提供動力，如離心力、微波、超聲波、電磁場等，每個分子集團(tuán)都有自己的固有界面力，因此不同的油泥組織結(jié)構(gòu)，提供的破乳劑、力不一樣，需要更深入的研究。

圖2 流態(tài)或半流態(tài)油泥三相分離處理工藝圖

油泥危廢處理中心得到的油中，輕質(zhì)油、重質(zhì)油含量小于30%，而且沒有獨(dú)立分開，其中含蠟、瀝青、聚合物、灰塵、水，熱值在15 MJ/kg左右，作為低熱值燃料，為破乳提供能量，同時嚴(yán)格按照危險廢物焚燒污染排放標(biāo)準(zhǔn)-GB18484-2001處理即實(shí)現(xiàn)油泥資源化使用。如果得到油品質(zhì)量較好，可以直接送往煉油廠。

油泥危廢處理中心得到的水，成分復(fù)雜，傳統(tǒng)的污水處理，隔油-混凝氣浮-生化-過濾，難以去除水中油、懸浮物，建議首先采用膜過濾，剔出其中油、大顆粒懸浮物等，然后進(jìn)行上述污水處理，實(shí)現(xiàn)水循環(huán)使用。其中剔出的濃度較高的油、懸浮物、水，含有較低熱值，作為燃料處理。

油泥危廢處理中心得到的泥，干燥后，進(jìn)行熱解。油泥干燥需要在密閉容器中進(jìn)行，揮發(fā)出來的氣體，經(jīng)過冷凝，生成油水混合物。其中不可凝氣體，送往燃燒室作為燃料，同時油泥黏性大，需要有降黏措施，防止黏壁，保證設(shè)備正常運(yùn)行。

流態(tài)或半流態(tài)油泥處理的核心是實(shí)現(xiàn)油、水、泥三相分離，并分別處理，實(shí)現(xiàn)油、水、泥的減量化、無害化、資源化、工程化處理。

3 結(jié)語

油泥處理工藝方案很多，本文針對年產(chǎn)量5×104t油泥處理中心，提出一種油泥工程化處理方案，主要觀點(diǎn)如下：

（1）明確定義了油泥處理中心油泥特性，含油量低、水量低、含固量高，成分復(fù)雜，提出了一種工程化處理方案。

（2）以含水率定義了油泥的分類，將油泥分為固態(tài)油泥和流態(tài)或半流態(tài)油泥。

（3）固態(tài)油泥采用熱解工藝，分解為油、水、渣，其中渣作為水泥磚制作原料。

（4）流態(tài)或半流態(tài)油泥采用三相分離工藝，得到油、水、泥，其中油作為燃料或煉油原料，水處理后循環(huán)使用，泥要干燥后，熱解。

油泥處理是多學(xué)科交叉領(lǐng)域，本文仍需從以下方面完善：

（1）油泥的三相分離的數(shù)學(xué)模型建立，油泥破乳的微觀結(jié)構(gòu)分析。

（2）油泥三相分離、干燥、熱解實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)累積、分析。

（3）油泥處理設(shè)備研制。

（4）油泥行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)重缺失，需要相關(guān)管理部門、企業(yè)、高校科研院所共同起草，引領(lǐng)行業(yè)健康發(fā)展。

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