哈薩克斯坦油泥成分分析及處理方案探討

劉平趙洲

（北京航天試驗技術(shù)研究所，北京100074）

0 引言

油泥即含油污泥，是在石油開采、運輸、煉制及含油污水處理過程中產(chǎn)生的含油固體廢物。污泥一般含油率在10%～50%，含水率在40%～90%。含油污泥中含有大量的苯系物、酚類、蒽、芘等有惡臭的有毒物質(zhì)，若不加以處理直接排放，不但會占用大量耕地，而且對周圍土壤、水體、空氣都將造成污染。污泥中還含有大量的病原菌、寄生蟲（卵），銅、鋅、鉻、汞等重金屬，鹽類以及多氯聯(lián)苯、二惡英、放射性核素等難降解的有毒有害物質(zhì)。目前，油泥已經(jīng)被國家列為危險廢物[1]。

哈薩克斯坦是中國鄰國，隨著我國“一帶一路”計劃的實施，兩國各種合作項目日益增多。在此過程中，我們了解到哈薩克斯坦油泥污染的環(huán)境問題逐漸嚴(yán)峻，成為當(dāng)?shù)匕l(fā)展一大難題。項目組成立后，立即赴該國實地考察取樣，進(jìn)行成分分析，以便找到合適的工藝進(jìn)行處理。

1 取樣及組分分析

本次共收集哈薩克斯坦6組落地原油樣品，分別位于烏津、油湖區(qū)域，為保證樣品的代表性，取樣點位于油塊中心、油泥交界、含油污泥、污染土壤等處[2]。通過幾個典型的污油堆積區(qū)的實地考察與取樣，共得到6種樣品，分別標(biāo)號為烏津、SOD、落地油湖、9號、1號、10號。對這6種樣品進(jìn)行了常規(guī)分析，分析項目包括常規(guī)油砂混合物的固相含量、含水量、含油量，結(jié)果如表1所示。

表1 落地原油常規(guī)分析

分析統(tǒng)計表明，由于堆積時間比較長，落地原油含水率低于18%，油水處于乳化狀態(tài)。落地原油形成泥砂含油率為12%～95%，平均含油率不低于50%。

另外，對落地原油進(jìn)行了組分分析，測定烷烴、非烴、芳烴、瀝青質(zhì)含量。組分分析表明，飽和烴含量介于50%～70%，芳烴10%～20%，非烴含量近于15%，瀝青質(zhì)含量小于l0%，屬于高蠟質(zhì)原油。

2 工藝路線確定

根據(jù)組分分析，可以清楚地了解到該油泥的處理沒有現(xiàn)成的方案可供借鑒。為此，項目組特意開發(fā)出了蒸汽噴射干化工藝方案，并為此建立了中試裝置。

該裝置大體如下：單套設(shè)備占地19 m×9 m，設(shè)備布置緊湊，具有工藝流程圖（圖1）中所需要的主體設(shè)備，保證占地最小的情況下能滿足使用要求，并進(jìn)行了合理的平面布置，在有限空間范圍內(nèi)極大地優(yōu)化了各設(shè)備的性能，保證了工藝指標(biāo)的實現(xiàn)[3]。

工藝：采用成熟的蒸汽噴射干化+除塵及油水分離工藝，其原理如圖1所示。采用過熱超聲速蒸汽瞬間干化擊碎油泥，完成油氣蒸發(fā)和污泥脫水后，進(jìn)入一、二級除塵系統(tǒng)完成油泥粉塵的分離，再經(jīng)過初冷和油水分離器完成高質(zhì)量原油的回收。

根據(jù)中試，該系統(tǒng)從工藝角度看解決了現(xiàn)階段存在的兩個問題：

一是旋風(fēng)分離器效率的問題，主要考慮到粉塵的物性、內(nèi)腔溫度、氧氣濃度（含量）以及旋風(fēng)氣密性等直接的關(guān)系?，F(xiàn)階段旋風(fēng)分離器分離效率在70%左右，如果單級分離難以滿足工藝需求，因此設(shè)計多級旋風(fēng)分離系統(tǒng)，對粉塵與油滴進(jìn)行分離。試驗顯示，兩級或者兩級以上的旋風(fēng)分離系統(tǒng)分離效率能達(dá)到95%以上，基本滿足系統(tǒng)對于除塵的需求。這一問題的解決具有非常現(xiàn)實的意義，從干化上來說，只有成功地把粉塵從油氣中分離出來，才實現(xiàn)了工藝的核心，是這一系統(tǒng)功能實現(xiàn)的關(guān)鍵。

二是油水分離器實際分離效率的問題，現(xiàn)階段要想基本實現(xiàn)油水的有效分離，必須在油水分離容易結(jié)垢方面給出解決方案。若長期運行結(jié)垢勢必破壞系統(tǒng)整體平衡，導(dǎo)致油水分離器的實際使用出現(xiàn)困難，最終在三相平衡分離上失敗。為此，我們重新對油水分離器進(jìn)行了改造，包括換熱系統(tǒng)、油路系統(tǒng)材料與結(jié)構(gòu)及其密閉性能等。試驗顯示，改造后油水分離器能夠滿足本套工藝的需求。

下面詳述該工藝各方面的指標(biāo)及其需求。工藝設(shè)備功能詳解：

（1）過熱爐：過熱爐采用定制。現(xiàn)階段的情況為設(shè)備功能性實現(xiàn)沒有問題，關(guān)鍵在于能效的提高、排煙溫度的控制以及煙氣余熱的利用，經(jīng)過長期的改進(jìn)基本能滿足以上需求?，F(xiàn)階段過熱爐大小火采用分級控制，應(yīng)該有進(jìn)一步提升控制精度的空間，比如采用無極調(diào)速控制等。所以，能效的提高取決于這一階段的工作效果，而且在可預(yù)見的時間能夠使得能效得到切實的提高，從而有效降低噸油泥的處理成本，在工藝模式上就取得領(lǐng)先，這也是這一工藝從產(chǎn)生到成熟地走向市場的關(guān)鍵一步。

圖1 工藝流程圖

（2）螺旋輸送機(jī)：提供油泥相關(guān)的物性參數(shù)，提出新的要求——易于維修、便于出料等，需要對結(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的修改。在中試過程中發(fā)現(xiàn)的油泥不易輸送、油泥堵塞輸送管道等問題，都提前進(jìn)行了考量，并在維修性和工藝穩(wěn)定性上做出了新的修訂，以便更好地自動化管理這些設(shè)備。

（3）處理室：噴嘴是關(guān)鍵部件，需要仿真分析，給出具體的參數(shù)，進(jìn)行二次設(shè)計。尤其是高溫蒸汽噴射時的螺旋角度具有關(guān)鍵性的影響，在模擬仿真中發(fā)現(xiàn)了這個指標(biāo)，對于提高處理室的工作效率具有特別的意義。處理室襯板需要使用新型的表面處理技術(shù)，具體性能需要實際運行檢驗。實際試運行后，進(jìn)行了數(shù)據(jù)的記錄和效果的現(xiàn)場檢驗，可以為后期方案提供支撐。

（4）旋風(fēng)分離器：氣固分離的關(guān)鍵步驟，使用兩大指標(biāo)對其進(jìn)行考核。

一是設(shè)備本身的分離性能。調(diào)研顯示，現(xiàn)階段旋風(fēng)分離器對于5 μm以上的顆粒分離效率一般就在70%左右，對于更小的顆?；緵]有作用。這對后段工藝造成了嚴(yán)重影響（油水分離），需要找到更好的分離手段或者分離設(shè)備，因此采用了多級旋風(fēng)分離系統(tǒng)，分離效率上得到了保證。

與旋風(fēng)分離器相連的料倉是另外一個重要部件，這里的密封性能在多次試驗中受到了質(zhì)疑，質(zhì)疑的主要方向在于氧氣透過干灰層進(jìn)入旋風(fēng)分離器內(nèi)部，會引發(fā)粉塵爆炸的危險。從這點出發(fā)，也會影響甲方對于設(shè)備整體安全級別的界定，如果安全級別定得過高，設(shè)備成本、施工、驗收都存在不可控的風(fēng)險；再考慮到實際建設(shè)空間的狹小，整個項目存在相當(dāng)?shù)慕ㄔO(shè)風(fēng)險。因此考慮了過渡倉的解決方案，能夠很好地規(guī)避一些安全問題。另外，在多次試驗中，料位傳感器的穩(wěn)定性存在多種問題，需要落實廠家提供該種工況下能夠持續(xù)穩(wěn)定運作的傳感器。

（5）油水分離器：油水分離器的主要目標(biāo)是完全實現(xiàn)油水的分離，一是起到冷卻換熱的作用，二是實現(xiàn)油水分離。對于油水分離器內(nèi)產(chǎn)生的污水，短期內(nèi)可以采用排放污水（油）至調(diào)節(jié)池的方案，但長期考慮勢必破壞系統(tǒng)的平衡，導(dǎo)致設(shè)備運作失靈、驗收不通過等多種嚴(yán)重后果。不過，從工藝前段指標(biāo)著手，提高進(jìn)入油水分離器混合氣體的潔凈度，可以延長油水分離器的使用時間。另外，不凝氣的成分及其收集，也需要一并考慮。

3 結(jié)語

油泥的處理一直都是固廢處理的難題，在很多國家都有現(xiàn)實的需求，而無論是國際還是國內(nèi)，都沒有一種很通用的方法來實現(xiàn)這個目標(biāo)，主要原因在于油泥成分的復(fù)雜性以及油泥狀態(tài)的不穩(wěn)定性。因此，結(jié)合哈薩克斯坦油泥的組分分析，我們提出了蒸汽噴射干化處理的工藝方案，并根據(jù)中試結(jié)果進(jìn)行了必要的改進(jìn)與修正，僅供大家參考。