油田含油污泥脫水技術現狀及發展

周勇魏偉吳高峰朱建華張珂

（1.中國石油集團工程設計有限責任公司北京分公司 北京 100085）

（2.中國石油大學（北京）化學工程學院）

引言

含油污泥是在石油的開采、集輸及煉制加工過程中產生的一類具有資源回收利用價值的危險廢棄物。在我國石油石化行業中，含油污泥產量大，處理難，重質油含量高，而且產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的重視。根據含油污泥的形成不同，一般將其分為石油化工行業（主要是煉油廠）含油污泥和油田含油污泥。煉油廠產生的含油污泥主要由油罐底泥和污水處理廠的“三泥”組成。據統計，這部分含油污泥在我國的年產量約為30萬噸；油田含油污泥包括油田開發過程中產生的落地含油污泥、聯合站生產運行中產生罐底含油污泥及污水站運行中產生的含油污泥。據統計，我國年產油田含油污泥近300萬噸，僅大慶、勝利、遼河三大油田每年產出的含油污泥就達200萬噸以上。煉廠產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產生含油污泥，主要是儲存在儲罐中的原油，其中的沙粒、機械雜質、重金屬鹽類及瀝青質等組分在罐底沉積，形成罐底含油污泥。油田開發過程中產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。原油開采過程中產生的含油污泥還包括采油污水處理過程產生的含油污泥，該種含油污泥含油量高、黏度大、顆粒細，這些特點造成其脫水十分困難。

一、含油污泥的脫水處理現狀與進展

隨著含油污泥處理技術的不斷發展，國內外研究人員對含油污泥脫水技術的研究和開發也取得了實質性的進展。目前，針對含油污泥特性已開發出一些脫水效果較好的脫水技術，這些脫水技術主要包括：調質脫水技術、微波脫水技術、超聲波脫水技術、過熱蒸汽噴射脫水技術以及油炸置換脫水技術。

1.調質脫水技術

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，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，進而使含油污泥形成一種充分乳化且非常穩定的膠體懸濁液，使含油污泥的脫水和濃縮比較困難。因此，要實現固、油、水三相的完全分離，就必須采取經濟有效的方法破壞含油污泥的穩定狀態，進而達到液相與固相的分離及油滴之間的聚合的目的。而含油污泥的調質就是通過某種手段調整固體顆粒群之間的排列狀況以及破壞膠體懸濁液的穩定性質，使其實現固、油、水的三相分離的目的，以提高機械脫水性能、改善脫水效果[7]。含油污泥的調質是一種提高脫水效率的預處理過程，可針對含油污泥特性有效改善其脫水性能。

2.微波脫水技術

微波加熱技術是通過改變物質內介質離子的遷移及偶極子的轉動，加劇介質分子的熱運動，使相鄰分子之間產生劇烈的摩擦作用，從而使分子獲得能量，達到使物體升溫的目的。近年來，已將微波當作一種能源，應用到其他的一些領域，如加熱、干燥物體以及激發等離子體等。

微波加熱技術有三個特點：（1）瞬時性，即加熱比較快，由于熱量是從物質內部產生，因此不存在熱量從物質表面傳遞至內部的過程，從而使加熱效率提高，加熱時間縮短，其干燥用時只需傳統加熱時間的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具有不同的性質，使其在微波場中受熱時會有很大的差別；（3）穿透性，即微波的穿透性很強，能夠穿透介質內部。

3.超聲波脫水技術

2004年12月于國內公開的實用新型專利C N 2663040將添加破乳劑的含油污泥用泵送入反應釜中，并利用旋轉分離法以實現油、水、固的分離，其間利用超聲作用以加強三相的分離；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釜中除油，余下的泥漿經二級超聲除油和二級除砂，最后經過凈化罐凈化除水，最終達到油、水、固的分離。該工藝處理過程復雜，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、易于實施，而且不會產生二次污染。

超聲波作為一種新型的含油污泥預處理技術，由于具有空化作用及局部發熱特性，能很好的改善含油污泥的脫水性能。相關研究表明利用低強度、短時間的超聲波處理含油污泥可使其含水量降至85%以下，同時絮凝劑的用量也可以減少25%～50%。由于超聲波功率較大，若處理時間太長，則可能導致含油污泥的內部結構發生變化，增加含油污泥的黏度，使含油污泥脫水性能變差。由此可見，利用超聲波技術處理含油污泥時，其對含油污泥的影響是有利也有弊的。因此，綜合兩方面的因素，調整工藝參數以達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鍵技術。通過正交實驗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℃，超聲作用時間20 min。目前，超聲波技術用于含油污泥除油的研究還相對較少，僅停留在實驗室研究階段。

4.過熱蒸汽噴射脫水技術

過熱蒸汽噴射處理含油污泥技術是采用500℃的過熱蒸汽，經過高速噴嘴使其以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出來，再經冷凝后實現油、水的分離，石油可直接回收，經處理后的廢渣中石油含量很少，廢渣中油含量最低可達0.08%，水含量亦可降至10%以下。

采用過熱蒸汽噴射技術處理含油污泥時不需要提供額外的動力，僅用純物理方法就可以實現含油污泥中油-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，不會產生二次污染問題。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現固液分離，水分快速蒸發。此過程充分保證了石油的原有性質，不會造成石油的熱裂解，更不會生成膠質、瀝青質等重質組分，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分離器進行分離回收；氣態的石油和水蒸汽經冷凝器液化后分離回收。

目前，過熱蒸汽噴射脫水技術仍處于開發中試階段，開發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，該技術還不能大規模地應用到工業生產中。

5.油炸置換脫水技術

油炸置換脫水技術是將油加熱到200℃左右，隨后將含油污泥放入其中，由于油溫遠高于水的正常沸點，含油污泥表面的水分會快速汽化，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動通過孔道擴散至含油污泥中原來水分所占據的位置；由于含油污泥中含水量較高導熱性較好，故可較快地使含油污泥內部溫度升高并達到或超過水的正常沸點，使含油污泥內部的水分蒸發，同時外部的熱油擴散進入含油污泥的內部空隙，從而實現對含油污泥中水分的置換脫除，達到降低含油污泥含水量的目的。

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

結論

從資源利用和環境保護的角度出發，含油污泥是具有一定經濟價值的資源，充分利用含油污泥中的烴類物質，開發低能耗的含油污泥脫水、脫油工藝，已成為石油石化企業關注的焦點。目前，含油污泥脫水預處理技術進步很大，從理論研究到工業化應用，國內外專家學者都作了比較深入的探索與開發。尤其是油炸置換脫水，可以用廢油作為油炸介質，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，該技術可以作為一種新型的含油污泥脫水技術加以推廣應用。

[1]尚朝輝,隋清國,冷強等.含油污泥調剖技術研究與應用.江漢石油學院學報,2002,24（3）:66-67.

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