油田水熱法處理高含水油污泥裝置研究及應用

李軒宇，劉波

（中國石油集團渤海石油裝備制造有限公司遼河熱采機械制造分公司，遼寧 盤錦 124209）

1 前言

油田高含水油污泥是指含油污水儲存和處理過程中產生、未經脫水處理、含水率高達85%以上的油污泥，其成分極為復雜，其性質表現為油水密度差小、黏度大、比阻高、穩定性強，難過濾、難破乳、難脫穩。高含水油污泥處理技術雖得到了快速發展，但脫水效果差仍是油泥處理處置的瓶頸，而解決油污泥脫水的關鍵在于調質脫穩。目前，油污泥調質脫穩方法主要有氧化、破乳、絮凝、微乳化及萃取等，上述方法均能實現調質脫穩，但萃取、破乳和微乳化法藥劑消耗量大，氧化法選擇性差且有一定安全風險，絮凝法則不能有效回收油，幾種方法組合雖能實現脫穩和回收油，但工藝流程復雜、投資大、運行成本高。

水熱法高含水油污泥處理技術是指在一定溫度、壓力條件下，密閉加熱并閃蒸，實現油污泥絮體破解脫穩和礦物油回收的調質脫穩技術，已廣泛用于污泥脫水預處理，在油污泥脫水預處理方面也開展了實驗研究，且取得了較好效果。

2 工藝流程及原理

含油污泥卸入流化罐預熱，預熱后輸送到反應裝置內，同時藥液進入反應裝置，蒸汽加熱，反應裝置反應完全后，物料被壓入閃蒸罐，水蒸氣冷卻成水與不凝氣分離，不凝氣體被吸收。物料經過冷卻后進入脫水設備進行脫水處理，脫水后物料進入干化機進行低溫干化處理，最終實現出泥含水率≤30%。

實驗裝置由十個主要單元：加熱單元、水熱單元、脫水單元、干化單元、尾氣處理單元、自控單元、監控單元、水冷卻單元、供配電單元和附屬單元組成。

（1）加熱單元：自來水經過軟化處理后進入蒸汽發生器輸出高溫高壓蒸汽，為裝置提供熱源并可實現設備清潔吹掃功能。

（2）水熱單元：是指在一定的溫度和壓力下，將污泥在密閉的容器中加熱，使污泥絮體發生一系列物理化學變化的預處理過程，水熱處理后利于后續脫水處理。

（3）脫水單元：污泥脫水過程實際上是污泥的懸浮粒子群和水的相對運動，本項目采用機械法脫水以實現經水熱處理高含水油泥脫除游離水。

（4）干化單元：在密閉干化倉內吹入低溫干燥空氣與污泥對流，通過濕度交換原理將污泥中的水分帶出。濕空氣經除濕烘干后循環使用。利用熱泵原理回收水分凝結潛熱用于加熱干燥空氣。干化單元將高含水油泥脫水至≤30%。

（5）尾氣處理單元：油污泥高溫熱水解過程中可能會產生惡臭味熱解氣，同時，有機物中的易揮發組分在高溫環境下會揮發出來，主要以氫氣、一氧化碳、甲烷和低組分烴類等有機可燃氣體為主，需對該氣體進行有效處理，方可排放。本項目擬采用吸附技術處理，對廢氣中的有機組分去除效果較好，工藝簡單。

圖1 油田水熱法處理高含水油污泥裝置流程圖

3 研究裝置概況

主要包含主體撬塊（流化罐、反應裝置、吸附罐及儀表管路）、離心干化撬塊、油水分離撬塊及控制設備。

4 自動控制系統

自動控制系統以PLC為控制核心，通過采集現場溫度、壓力、流量、物位參數，轉換為電流信號傳入PLC系統，PLC通過邏輯編程實現對系統的溫度、壓力的調節控制；確保系統按預定設計方案實現邏輯啟停、報警及聯鎖保護功能。

5 研究內容

5.1 裝置運行參數優化

裝置主要運行參數包括油泥加量、反應溫度、停留時間、干燥能耗等，由于設備處理能力與停留時間相互關聯，試驗主要考查處理溫度、停留時間、加熱功率等參數的組合。

另外，分析廢水、廢氣等指標，綜合評價裝置性能。

5.2 裝置物料的適應性考察

實驗現場能夠獲得多種物料的處理效果，選擇兩種典型物料污水站油泥、聯合站油泥，實驗優化不同油泥的最佳處理條件，獲取最佳處理條件下的排渣含油率、含水率，不凝氣產率、設備能耗等。

5.3 驗證兩種工藝可行性

（1）高含油油泥（含油率≥3%）：熱水解-離心-干化。（2）低含油油泥（含油率＜3%）：離心-干化。

6 取樣化驗分析

本實驗研究對污泥含油率、含水率進行取樣分析。對不凝氣成分分析需將不凝氣用取樣袋收集，送外單位檢測分析。實驗過程中實驗數據需詳細記錄，待實驗完畢后做系統分析。

取樣：取樣口，取樣時間/頻率，取樣器材計劃。

檢測分析：樣品名稱，分析項目，分析方法名稱，分析器材計劃。

送檢：樣品名稱，數量，分析項目。

7 檢測分析項目與方法

分別對油泥樣品、污水、污油進行基本性質的檢測，以便于調整工藝參數優化工況條件，對含水油泥處理裝置處理效果作出評價。

表1 樣品檢測指標與方法

8 各種運行工況的綜合性效果：

8.1 處理前后油污泥形態對比

高含水油污泥經過水熱處理后液化非常顯著，由無流動性的膏狀變為流動性強的液態，靜置至常溫后呈油-水-泥三相分離狀態，黏度大幅降低，并有一定量不凝氣產生；進一步脫水處理后，有大量水脫除，殘余固相呈灰色塊狀。

圖2

8.2 處理前后SEM分析油泥形態變化

高含水油污泥處理前疏松，粗糙多孔且孔大，而水熱處理后絮體結構破碎，水析出，輕質油揮發，油泥經過擠壓脫水處理后變得致密緊湊，孔變少變小，140℃和160℃區別不大，但180℃時雖仍平滑，但凹凸不平且孔變大變多，可能是部分重質組分發生了熱水解，油泥表面由光滑變得稍粗糙。

8.3 油的回收率及輕質化率

經過水熱處理后，膠質和瀝青質均有去除，瀝青質輕質化顯著，減少了72%，膠質和瀝青質合計去除了38%，可能是油泥中膠質和瀝青質部分發生熱水解致含量大幅降低，破壞了油泥的穩定性，利于后續脫水和干化處理。

8.4 與直接干化對比能耗

油污泥水熱處理后，再采用低溫干化處理，與直接熱干化能耗對比，可節能40%。