氣田污泥處理工藝研究

任越飛 ，王少華 ，任秋潔 ，張萬茂 ，張瀟瀟 ，朱翠萍

（1.西安石油大學，陜西西安 710065；2.中國石油長慶油田分公司第三采氣廠，內蒙古烏審旗 017300）

氣田污泥處理工藝研究

任越飛1，2，王少華2，任秋潔2，張萬茂2，張瀟瀟2，朱翠萍2

（1.西安石油大學，陜西西安 710065；2.中國石油長慶油田分公司第三采氣廠，內蒙古烏審旗 017300）

在天然氣凈化處理生產過程中產生大量污泥，污泥量大含水率高，污泥處理問題一直是蘇里格氣田發展中一大瓶頸。本文針對蘇里格氣田污泥的性質及特點，綜合了國內外目前成熟污泥處理工藝，同時結合氣田的實際情況，提出污泥處理工藝，推進清潔生產。

氣田；污泥；處理工藝

1 蘇里格氣田污泥處理現狀

1.1 污泥來源

天然氣開采作業過程中產生的污泥，即在天然氣試氣壓裂作業過程中，使用部分壓裂液，后期天然氣生產過程中，攜帶至下游，與水、沙、泥混合形成油泥。

1.2 污泥處置

目前污泥處理方式是委托有危險廢物處置資質單位進行外運處置。實際生產中，共外運處置污泥量大，轉移處置費用高。經分析其原因是污泥含水率高。

2 污泥處理工藝研究

為了從源頭上解決含油污泥給氣田生產運行帶來的負面影響，按照“減量化、無害化、資源化”的污泥處理原則，結合含油污泥含水率高、體積龐大、靜置脫水效果差、加之成分復雜、處理難度高等因素[1，2]。考慮優先降低污泥含水率來實現減量化，減輕無害化處理設備的負荷，降低成本。減量化后的污泥再進行無害化處理，廢渣交至當地固廢中心處理。解決思路（見圖1）。

圖1 解決思路圖

2.1 污泥性質特點

2.1.1 污泥含水率分析 含油污泥一般由油包水以及懸浮固體組成，體積巨大，靠靜置脫水效果差，加之污泥成分受污水水質、處理工藝、加藥劑等因素影響，處理難度高。污泥含水率的降低，將會減少污泥的體積，有利于減輕后續處理設備的負荷，同時降低成本。外運污泥含水率均在95%左右（見表1）。

表1 污泥含水率及狀態

2.1.2 污泥組分分析 氣田污泥成分復雜，既含有大量泥沙，油泥絮狀體，還有投加的各種藥劑及形成的絮狀體、設備及管道腐蝕產物和垢物等成分，靜置后分為四層，頂部一層為含油浮泥，第二層為污油，第三層為清水，第四層為泥沙，每一層之間間隙模糊。通過對污泥的組分進行分析，污泥性質呈現三高一低的特點：含水率較高、含油率高、有機物含量高、含固率低（見表2）。

表2 污泥的組成分析結果

3 污泥減量化處理研究

3.1 減量化工藝選擇

常用的污泥減量化脫水處理工藝有濃縮脫水、干化過濾、濾布過濾、機械脫水等，其中機械脫水又包括真空過濾、壓力過濾、滾壓過濾、離心過濾幾種方式（見表 3）。

由表3各種常用污泥脫水方式的對比可知，自然干化是最簡單易行的脫水方式，無需專業技術人員操作，無需加藥等污泥調質過程，僅需要一定的晾曬場地即可，操作簡單，維護工作量小，且投資、運行成本低，尤其適用于干旱、土地資源充裕的蘇里格地區。所以污泥減量化處理工藝選擇干化過濾技術。

3.2 自然干化技術

3.2.1 400 m3技術 400 m3污泥干化池，規格尺寸為40 m×8 m×1.8 m。工藝（見圖2）。

（1）頂部蒸發。在干化池的頂部配套刮渣機，不定期清理表面油泥層，避免油層阻礙水分蒸發，有效提高污泥干化池的利用率及干化效率，縮短干化周期（見圖3）。

（2）底部濾水。干化池底部采用三層濾層組合工藝結構，依次分步對油泥進行濾水處理。具體工藝為“粗砂+土工布+過濾磚”，粗砂是將污水中污泥、大顆粒物質隔離至粗砂表面；土工布是將粗砂與過濾磚隔離，防止沙子堵塞過濾磚；過濾磚采用樹脂濾料板，用于過濾污泥中的污水（見圖4）。

（3）側面濾水。在干化池的四個側面設置1、2道過濾墻（見圖5），每道均勻分布8個1.2 m×0.8 m的過水洞（40目的過濾網），過濾網設計為可提升單塊插入式，方便清洗維護。這樣增大污泥干化池的濾水面積，加快污泥中污水的過濾速度，縮短污泥干化周期。

（4）預計效果。污泥干化池在正常運行情況下，處理廠內清運來含水率約98%的污泥，在5 d～10 d內污泥含水率可降至83%，污泥體積減少至原污泥的12%，干化效果明顯，實現污泥減量化（見圖6）。

表3 常用污泥脫水方法及效果和特點對比

圖2 污泥干化池工藝

圖3 刮渣機

圖4 底部過濾層

圖5 側面過濾墻

圖6 污泥干化歷時效果圖

4 污泥無害化處理研究

4.1 無害化工藝選擇

目前含油污泥的無害化處理主要技術有：生物處理、固化處理、焚燒處理、溶劑萃取、熱處理等（見表4）。

4.1.1 預處理技術 含油污泥減量化后含水率83%，不符合熱解裝置含水率≤45%的進料條件，故熱解前需通過機械分離實現進一步脫水減容或分離。但含油污泥一般都是穩定的懸浮乳狀液體系，在機械分離前還需進行調質、篩分等處理將油水泥破乳分相，再進入三相分離罐沉降分離。經調質處理后的均質液態油泥進入高速離心機實現三相分離，然后進行熱解技術處理。經機械離心分離后污泥含水率可降至40%左右，體積大大減小，為熱解處理帶來極大的便利。

4.2 熱解技術

4.2.1 熱解技術原理 經螺旋式進出料密封方式，將油泥推入連續絕氧熱解裝置，通過特定的螺旋葉片，使內部物料在被推進的過程中得到充分的攪拌，可以實現物料的均勻熱解,通過冷凝過濾系統收集油品的一種技術。熱解析裝置主要由干燥蒸餾單元、熱解析單元、油水分離單元、廢渣處理單元、空冷單元和控制單元共同組成。

表4 常用污泥無害化技術處理對比

4.2.2 設備指標 （1）設計標準處理油泥能力2 m3/h；（2）上料器物料含水≤45%，不含其他大塊固廢；（3）采取強熱快速加熱方式，干燥蒸餾段溫度達到205℃，熱解溫度510℃，可根據物料控制溫度；熱解器內停留時間 30 min，升溫速度 40 ℃/min～55 ℃/min；（4）設備電器全防爆設計；（5）設備連接密封無泄漏，微負壓運行；（6）人機界面自動化控制（PLC+PC）；（7）具有溫度、壓力、含氧量自動檢測及報警系統。

4.2.3 工藝流程及說明 （1）原料油泥密封進入預熱器，與凈化油氣換熱，回收油氣熱量并被預熱后；（2）預熱后油泥進入干燥蒸餾器被煙氣加熱到205℃，絕大部分液相被變成氣相，固相進入熱解器；（3）熱解器內的油泥被加熱到510℃，油被完全裂解成油氣，固渣密封排出；（4）凈化油氣進入預熱器，回收冷凝熱，然后進入空冷器，空冷器冷卻油氣至常溫，盡量回收凝析油，不凝氣去燃燒器做燃料，冷凝液去油水分離器，污水送去煙氣處理單元；（5）裝置煙氣被回收熱量后進入煙氣凈化塔，與噴淋液逆向接觸，其中的SO2、NOX、粉塵被液體吸收下來，凈化煙氣直接外排（見圖7）。

5 預期效果

按污泥年平均產量5 000 m3計算，減量后體積為1 667 m3，機械離心預處理后體積降至357 m3。按照預處理后污泥量357 m3計算，每天處理量10 m3，連續運行36 d可處置完所有污泥，固體廢渣產量250 m3，根據設備出料指標，固廢的有機質含量2%～4%，易溶鹽含量0.2%，液限50%等指標滿足JTG D30 2004《公路路基設計規范》對含油污泥經處置后，作為公路路基土方：有機質含量≤5%；易溶鹽含量≤0.3%；液限≤50%的技術指標，所以固廢可直接用作公路路基填方。

圖7 工藝流程圖

熱解設備投資470萬元，配套建設費200萬元，1個月運行費30萬元。預計3年方可收回投資。

6 結論

（1）干化過濾工藝是污泥減量化處理最經濟、有效方式，具有處理量大、工藝簡單的特點。將含水率95%污泥降至85%，污泥體積減少至原來的30%。

（2）熱解析技術是污泥無害化處理的有效方式，在高溫絕氧條件下熱解，煙氣可直接達標排放，重金屬全部固化，固廢量降到182 m3，且指標滿足JTG D30 2004《公路路基設計規范》的要求，可直接用作公路路基填方。

［1］孫先長.含油污泥處理技術現狀與展望［J］.中國資源綜合利用，2009，27（9）：17-19.

［2］呂雪峰.含油污泥處理現狀及新型工藝探討［J］.環境保護與循環經濟，2013，（1）：56-58.

TE992.3

A

1673-5285（2017）11-0069-05

10.3969/j.issn.1673-5285.2017.11.017

2017-10-09

任越飛，男（1984-），油氣田開發工程師，2006年畢業于西安石油大學油氣儲運工程專業，現從事天然氣開采、處理及集輸運行等技術管理工作，郵箱：ryf1_cq@petrochina.com.cn。