污油凈化處理技術(shù)進展

李海華，王大壽，葛永睿，沈鵬飛，姚飛，黃華

污油凈化處理技術(shù)進展

李海華1，王大壽1，葛永睿1，沈鵬飛2，姚飛2，黃華2

（1. 中海油惠州石化有限公司，廣東 惠州 516086；2. 湖南長嶺石化科技開發(fā)有限公司，湖南 岳陽 414012）

石油開采、儲運和加工過程中會產(chǎn)生大量的污油，由于性質(zhì)復雜，含有大量的化學藥劑、水、黏土及無機鹽等雜質(zhì)，污油很難進行回煉。首先介紹了污油的性質(zhì)特點、凈化處理難點，以及當前油田和煉廠污油的處理方式。概括了污油現(xiàn)有的凈化處理方法，包括熱沉降、離心分離、超聲波、過濾、氧化和生物法等，并分析了各種方法的優(yōu)缺點。另外，基于污油原料復雜的性質(zhì)，指出了污油凈化處理技術(shù)的發(fā)展趨勢。

污油；凈化處理；傳統(tǒng)技術(shù)；發(fā)展趨勢

近年來，隨著原油的持續(xù)開采，油品逐漸劣質(zhì)化，造成開采和煉制過程中產(chǎn)生大量的污油[1-2]。油田中采油井口酸化作業(yè)可以達到增加原油開采量的目的，但在開采過程中會產(chǎn)生大量乳化嚴重的返排液[3]，另外，油田生產(chǎn)水系統(tǒng)運行過程中會刮下一定量的重質(zhì)油浮渣。返排液和重質(zhì)油浮渣當作污油，集中回收進罐或入艙[2,4]。原油輸送到煉廠原油儲罐沉降后，原油中水、固渣和一部分重組分等會沉于罐底。經(jīng)多次原油轉(zhuǎn)運、沉降后，原油儲罐需進行清罐，形成清罐污油[5]。原油加工過程中，一部分油品物料中含有大量細小懸浮顆粒，沉降分離后不能將其除去，造成部分油品不能正常煉制，只能長期存儲于罐中適時摻煉，這部分物料通常也被當作污油處理[6]。另外，污水處理廠經(jīng)格柵回收的污油，以及氣浮凈化過程中形成的浮渣，通常也會作為污油收集進罐[7-8]。

目前，油田中污油的處理方法主要是將污油收集，通過熱沉降回收上層好油，摻到較好原油中一起外輸，逐步實現(xiàn)污油的減量化，但不能徹底處理污油。另外，沉降后的下層污油性質(zhì)更差，更難以處理，而且摻加了污油后的外送原油，品質(zhì)可能會受其影響[9]。由于污油中水和固體雜質(zhì)較多，油品性質(zhì)差，不能直接回煉，煉廠主要通過摻煉常減壓和延遲焦化裝置，對污油進行回煉處理。然而，污油通過常減壓摻煉，會造成電脫鹽裝置運行波動，電流升高，電場不穩(wěn)，甚至跳閘等，還會使外排切水帶油嚴重，污水處理過程中產(chǎn)生更多的污油[10]。如果污油通過焦化裝置回煉，雖然能實現(xiàn)污油的減量化，但在裝置放空塔中易發(fā)生管線沖刷腐蝕，不利于裝置的長周期平穩(wěn)運行[11-12]。

另外，若污油產(chǎn)出量高于回煉量時，上下游各套裝置的安全、穩(wěn)定運行受到極大威脅，尤其是給污水處理廠的正常運行帶來巨大壓力。因此，無論是油田還是煉廠，如何高效、徹底地解決污油去向問題，是保障裝置正常、平穩(wěn)運行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

1 污油性質(zhì)特點

污油成分復雜，且來源不同的污油成分也有一定的差異，通常污油主要由石油烴類、水、金屬無機鹽、細砂和黏土礦物等組成[1,13]。另外，污油中還含有大量的化學藥劑，包括在采油過程中加入的殺菌劑、阻垢劑和緩蝕劑，采出液進船艙或儲罐前為提高油水分離效率加入的破乳劑，污水處理過程中加入的有機和無機絮凝劑等[14-16]。這些化學藥劑最終大部分會流向污油中，這也是污油乳化嚴重、性質(zhì)復雜的主要原因。特別是一些無機鹽的存在，如金屬硫酸鹽、膠態(tài)硫化亞鐵粉粒、二氧化硅和鋁硅酸鹽等，是導致污油難以凈化處理的重要因素[17]。

2 污油凈化處理難點

污油凈化處理主要是脫除污油中的水和固渣，然而污油重組分膠質(zhì)、瀝青質(zhì)含量高，重組分與懸浮固渣共同作用下，污油乳化嚴重，難以破乳發(fā)生油水分離[18]。另外，油田和煉廠在收集污油時，為避免占用更多的儲罐，降低運行成本，通常會將各來源的污油集中存儲。由于污油摻煉量較小，大部分物料只能長時間放置沉降。這種處理方式造成了污油性質(zhì)變得更加復雜，不同罐位污油性質(zhì)差別巨大，使處理難度進一步放大。基于此，污油凈化處理技術(shù)已不僅僅是指傳統(tǒng)意義上乳化嚴重老化油的破乳，還應兼具高水含量和懸浮物含油黑水的凈化處理，高固含量低油分含油污泥的凈化除油，以及含有大量懸浮顆粒油品的脫固、脫雜等。不同煉廠對污油凈化處理的標準也不同，通常為水和固渣質(zhì)量分數(shù)均≤5%，即可與原油或其他油品進行摻煉[11-12, 19]。

3 污油凈化處理技術(shù)

由于污油中水和固渣的存在，限制了污油外輸或回煉加工量，因此對污油凈化處理，脫除其中的水和固渣是解決污油去向問題的前提和關(guān)鍵。目前，針對乳化較為嚴重的污油，凈化處理技術(shù)主要有熱沉降、離心分離、過濾以及超聲波等。

3.1 熱沉降法

熱沉降法是將污油和破乳劑一同輸送至船艙或儲罐，加熱60~80 ℃條件下保溫，通過破乳劑降低油水界面薄膜的表面張力，破壞污油中乳狀液的穩(wěn)定性，經(jīng)自然沉降發(fā)生油水分離[20-22]。該方法可適用于較大規(guī)模污油的凈化處理，特別適用在油田或煉廠倒罐過程中。污油熱沉降過程中，破乳劑是影響油水分離效果的主要因素。選擇合適的破乳劑可使污油較快發(fā)生油水分離，實現(xiàn)破乳脫水凈化處理的目的。

熱沉降法具有工藝簡單、成本低、見效快等優(yōu)點，同時也存在一些不足。首先，受制于破乳劑破乳效果，熱沉降法不能將污油全部進行油水分離，而剩下的頑固污油更加難以處理；其次，破乳劑使用不當會增強污油乳化，變?yōu)槿榛瘎┒觿∥塾吞幚黼y度；另外，破乳劑價格昂貴，污油處理費用較高[21]。

3.2 離心分離法

離心分離法是通過離心機，快速、高效將污油中的水和固渣脫除的技術(shù)[23-24]。工業(yè)上主要利用臥螺離心機脫除污油中的固渣，濾液通過油水分離后獲得合格污油。近年來興起的三相離心機可通過強大離心力作用下，將不同比重的介質(zhì)在離心機內(nèi)分層并在相應出口排出，實現(xiàn)油-水-固三相分離[25]。用于污油凈化處理的離心機見圖1。

圖1 用于污油凈化處理的離心機

目前，離心分離法已經(jīng)成為污油凈化處理過程中重要的環(huán)節(jié)，運行效率高，分離效果明顯，但仍存在一些問題。例如，由于污油中膠質(zhì)和瀝青質(zhì)含量較高，很容易粘附于離心機轉(zhuǎn)鼓，導致離心機分離效率降低，甚至發(fā)生堵塞現(xiàn)象；污油性質(zhì)經(jīng)常發(fā)生變化，離心機須及時調(diào)整運行參數(shù)以維持出料正常；另外，由于離心機運行過程中轉(zhuǎn)速較高，污油性質(zhì)較差，導致離心機轉(zhuǎn)軸負荷壓力較大，易發(fā)生故障而停機，從而影響正常的工業(yè)生產(chǎn)。

3.3 超聲波法

超聲波法是基于超聲波作用機理，促進性質(zhì)不同的流體介質(zhì)發(fā)生移動，使污油中的水粒子不斷向波腹或波節(jié)運動，發(fā)生碰撞并逐漸聚結(jié)生成直徑較大的水滴[6, 26-27]。 重力作用下，水滴聚集發(fā)生沉降和油水分離，從而達到污油凈化的目的。超聲波法凈化處理污油同樣要與破乳劑聯(lián)合使用，可以進一步提高污油的脫水效率。

超聲波對化學破乳脫水有較明顯的促進作用，同等條件下（如相同的破乳劑種類、用量和相同溫度等），污油脫水率可提高2~3倍，相比較熱沉降法具有顯著優(yōu)勢。不過超聲波法凈化處理污油的缺點是聲強過大，輻照時間過長，該過程可能會造成污油的二次乳化，操作條件不易掌控。

3.4 過濾法

過濾法是采用多孔裝置對污油進行過濾，以脫除污油中的固渣和懸浮物，采用專門濾料還可以直接實現(xiàn)油水分離，實現(xiàn)污油的凈化回收。最為常見的過濾器通常用來過濾污油中較大固體，作為凈化處理的第一道工序，同時也起到保護后續(xù)設(shè)備，避免經(jīng)常發(fā)生堵塞的作用。對于一些含有大量懸浮顆粒油品的脫固、脫雜處理的過濾裝置，通常采用逐級精密過濾的流程。經(jīng)過多級過濾后的污油中的各類雜質(zhì)被濾除，達到凈化處理效果[28]。污油精密過濾流程見圖2。

圖2 污油精密過濾流程圖

污油通過過濾法凈化處理具有成本低、耗能小以及污油凈化徹底等優(yōu)點，不過存在的最大問題是過濾床容易發(fā)生堵塞，不易清理，只能通過反沖洗方法或拆卸清洗。因此，過濾法不適用于固含量較高、黏稠、較大規(guī)模的污油凈化。

4 污油凈化處理發(fā)展趨勢

鑒于污油原料性質(zhì)復雜，油田或煉廠對于凈化后物料要求的提高，以及國際油價波動等不可預知因素的影響下，污油凈化處理技術(shù)逐漸向處理全面、快速、高效、可移動的集約化方向發(fā)展。在該發(fā)展方向的指引下，污油凈化處理設(shè)備必須具備組合式、集成式和撬裝式等特點。

4.1 組合式

由于污油性質(zhì)復雜多變，任何單獨技術(shù)方法很難應對，因此各種污油凈化技術(shù)進行組合是發(fā)展的一大趨勢。例如，中海油某煉廠污水處理場為處理重劣質(zhì)污油和電脫鹽黑水，采用過濾、離心分離和膜強化傳質(zhì)技術(shù)組合工藝（見圖3），處理后污油水和固渣質(zhì)量分數(shù)均小于5%，各項指標滿足常減壓裝置摻煉要求[29]。

圖3 中海油某煉廠污油凈化處理組合工藝流程

該組合工藝中，膜強化傳質(zhì)技術(shù)是一種新型傳質(zhì)技術(shù)，該技術(shù)是以纖維液膜接觸器和高效油水分離器為核心，結(jié)合配套使用相關(guān)助劑，油相在膜接觸器內(nèi)與注水充分接觸、傳質(zhì)，打破污油中穩(wěn)定存在的油-水兩相（或油-水-固三相）“包裹”結(jié)構(gòu)和相互作用力。油中固體雜質(zhì)分散到水相中，和水一并被纖維絲捕獲。含固液膜沿著纖維絲運動，不斷聚結(jié)形成較大液滴后，重力作用下脫落，在油水分離器中沉降，完成油水分離以及固體雜質(zhì)的脫除。

4.2 集成式

為適應新時代油田和煉化企業(yè)的環(huán)保要求，污油凈化處理技術(shù)不僅僅是污油的脫水、脫固凈化處理，通常還包含污油凈化處理過程中產(chǎn)生廢水、廢氣和廢渣等的集成處理技術(shù)。例如，中海油某煉廠罐區(qū)須對清罐污油進行凈化處理，由于罐區(qū)沒有尾氣吸收管線和污水處理裝置，為使各輸出物料達標，建立了一套包含污油、廢水和廢氣凈化處理的工業(yè)裝置[5]。

集成式工業(yè)裝置適用于現(xiàn)場具有一定空間規(guī)模，各組成單元凈化處理工藝簡單、易操作。而對于一些對場地受限的條件下，還需要對裝置進一步優(yōu)化，實現(xiàn)裝置模塊化、撬裝式可移動化特點。

4.2 撬裝式

油田和煉廠中污油一般存放于現(xiàn)場船艙或罐區(qū)，周邊多余空間有限，而且污油的產(chǎn)生并不是一個連續(xù)穩(wěn)定的過程，凈化處理裝置存在間歇性開停工可能。因此，為降低污油凈化處理成本，提高裝置的適用性和工作效率，撬裝式污油凈化處理技術(shù)發(fā)展迅速，撬裝裝置設(shè)備逐漸被認可[30-31]。例如，中石化某煉廠罐區(qū)存量8 000 m3左右清罐污油，由于無法回煉只能長時間存于罐中，造成罐體腐蝕，帶來安全隱患?？紤]現(xiàn)場空間有限和裝置加工成本，不能構(gòu)建固定式污油凈化處理裝置，最終選用某科技公司的清罐污油凈化處理撬裝裝置。目前，污油凈化處理已近尾聲，裝置運行正常，凈化后污油中水和固渣質(zhì)量分數(shù)均小于2%，外排污水中油質(zhì)量濃度小于200 mg·L-1。

撬裝式裝置具有占用空間小、可移動重復使用以及綜合成本低等優(yōu)點，這就對于凈化技術(shù)的要求更高效，所選設(shè)備體積更小，對于裝置的設(shè)計、管線走向以及操作便捷性上要求更高。因此，撬裝式裝置的構(gòu)建只有基于高效的污油凈化處理技術(shù)以及優(yōu)秀的設(shè)計和空間布局條件下，才能發(fā)揮自身優(yōu)勢。

5 結(jié)束語

污油凈化處理已成為油田或煉廠生產(chǎn)過程中，保障裝置正常運行的重要環(huán)節(jié)。而凈化處理的污油已不僅僅是指乳化嚴重的老化油，還包括高水含量和懸浮物的含油黑水，高固含量低油分含油污泥，以及含大量懸浮顆粒劣質(zhì)油品。為適應各類油品，污油凈化處理技術(shù)由傳統(tǒng)單一的熱沉降、離心和過濾等，逐漸發(fā)展為各種凈化技術(shù)的組合，以及不同物料凈化處理技術(shù)的集成，并向更具適用性的撬裝模式發(fā)展。另外，為進一步提高污油凈化效率，一方面須要對原油開采和煉制過程加強管控，降低污油產(chǎn)生量，并加大污油凈化處理裝置在油田上的應用，在源頭上減少污油的產(chǎn)生；另一方面須開發(fā)功能更全面、快速、高效以及成本更低的污油凈化處理技術(shù)和設(shè)備。

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Research Progress of Purification Processing Techniques of Waste Oil

1,1,1,2,2,2

（1. CNOOC Huizhou Petrochemical Co., Ltd., Huizhou Guangdong 516086, China;2. Hunan Changling Petrochemical S & T Developing Co., Ltd., Yueyang Hunan 414012, China）

A large amount of waste oil is always produced in the process of crude oil exploitation,storage,transportation and processing. Due to the complex property of waste oil, which contains a large number of impurities such as chemicals,water,clay and inorganic salt, it is difficult to recyclewaste oil. In this paper, the characteristics of waste oil were introduced, as well as the difficulties of purification and the treatment methods in oil fields and refineries. The existing purification methods of waste oil were summarized, including thermal sedimentation, centrifugal separation, ultrasonic, filtration, oxidation and biological methods, and the advantages and disadvantages of various methods were analyzed. In addition, based on the complex characteristics of waste oil, the development trendof waste oil purification technology was pointed out.

Waste oil; Purification; Traditional technologies; Development trend

2020-04-26

李海華（1983-），男，工程師，廣東省惠州市人，2013年畢業(yè)于華中科技大學土木工程專業(yè)，研究方向：環(huán)境保護。

X741

A

1004-0935（2020）09-1124-04