论文-含油泥砂处理工艺方案设计

论文-含油泥砂处理工艺方案设计内容摘要：

放射性核素等难降解的有毒有害物质。 因此，无论是从环境 保护还是从回收能源的角度考虑，都应该对含油污泥进行无害清洁化处理。 第 3章 含油泥砂处理工艺方案研究进展 6 第 3章 含油泥砂 处理工艺方案研究进展 含油泥砂的来源不同，组成成分不同，含油量高低不同，其处理方法也不一样。 现在，比较热门的几种处理方法有：热水洗法、热化学法、离心处理法、溶剂萃取法、生物法（包括地耕法、堆肥法、生物反应器法）、热处理法（包括焚烧法、热解法、焦化法）、填埋法、固化处理法、电动力学处理法、超声波法等。 每种处理方法都有各自的优缺点，下面就分别介绍一下这几种处理方法的运用及各自的优缺点。 含油泥砂处理方 法 热水洗法 含油 泥砂 经长时间放置其表面原油已陈化成膜 ， 很难把油直接洗涤下来 ， 需先经过表面预处理。 通过加入预处理剂 （ 表面活性剂 ） 使其表面的油活化 ， 再通过加入筛选的含表面活性剂的热溶液反复洗涤 ， 经离心后 实现 油 、砂 分离。 含油泥砂的热水洗技术主要是通过在热水中 加入一定量的碱（ NaOH 或 Na2CO3）以及少量的表面活性剂（改变含油泥砂表面的润湿性，使得砂粒表面更加亲水）反复对和含油泥砂进行冲洗处理，然后再利用气浮设施实施固液分离。 该方法是美国环保局处理含油泥砂优先采用的方法，目前主要用于落地污泥的处理。 通过实验研究发现， 一般洗涤温度应该控制在 70℃ ，固液比在 1： 2 左右最为适宜，洗涤时间 20min。 在此条件下含油泥砂的洗油效率最高，能将含油量为 30%落地油泥洗至残油率 1%以下 [3]。 洗液中 NaOH 或者 Na2 CO 3 量的多少对于最终的洗油效率有很大的影响。 沥青质原油从含油泥砂中分离出来后会浮到碱液中，而泥砂会沉到罐底。 新疆油田 [4]通过跟踪检索国内外油泥治理的最新科研成果 ， 从理论可行的角度上初步筛选了一部分可能的助溶剂类化学品， 并对其进行大量的复配实验研究。 针对取自油田不同区域的污泥试样，经过反复试验评价，取得初步成果。 并于 2020 年在九区建成 l套规模为 25m3 /d 的热洗处理装置一直运行至今 ， 对含油量为 32%的落地油 (含大量的粘土和砂等 )，采用热 水 洗涤工艺可将油泥中的油、水、 砂 三相分离，回收其大部分油品，实现资源化。 经热化学洗涤可回收泥中 85%左右的原油，但处理后剩余干泥的含油量一般 3%~5%左右，高于《农用污泥中污染物控制标准》 (GB4284— 1984)的含油标准 (3000 mg/kg)。 该法适用于含油量较高、乳化较轻的落地原油和油砂的回收处理工艺中的预处理，管理简单，运行成本相对较低。 第 3章 含油泥砂处理工艺方案研究进展 7 热水洗法工艺流程图如下图 31 所示： 冲洗处理含油泥砂碱表面活性剂固液分离温度： 70 ℃时间： 20 min罐底泥砂碱液原油 图 31 热水洗法工艺流程图 优点：操作简单，洗油效率高；无需大型设备，所用原料普通，因此成本小（碱可用廉价的无机碱或者洗衣粉）。 缺点：对于含油量较 低 的 含油泥砂 处理效果不好 ，可能对环境产生二次污染。 热化学法 含油污泥由于含有泥砂 、 原油 、 各种化学处理剂、污水等多种复杂成分 ， 形成了稳定胶态体系 ， 外观为固态或半液态。 热化学法 的 具体原理是通过向含 油污泥中加入一定比例的热水及化学药剂 ， 通过高速搅拌的破碎作用以及化学药剂和臭氧溶解气协同的乳化及氧化作用 ， 把原油从泥砂表面洗涤剥离下来 ， 达到清洗目的 ， 然后再经过破乳、絮凝、气浮、沉降、旋流等工艺和相关设备将污泥分离成油、水、泥砂三相。 原油回收进储罐 ； 清洗水循环利用 ； 泥砂排出 ， 经自然脱水后用于修路或回填场地。 清洗过程是一个可逆过程，分散和悬浮于水溶液中的原油也有可能从水中重新沉积于污泥表面。 因此，一种优良的清洗剂应具有两种基本作用，一是降低原油与污泥表面的结合力，具有使原油脱离污泥的能力；二是具有防止原油再沉 积的能力。 具体工艺流程见图 32： 杂物清除含油泥砂粉碎清洗 固液分离 油水砂分离干化场泥砂脱水污水污水原油储罐污水加热化学药剂 油品 图 32 热化学法工艺流程图 第 3章 含油泥砂处理工艺方案研究进展 8 含油污泥首先进入杂物清除器 ， 将其中的杂物拣出 ； 分拣后的含油污泥与热水和化学药剂等按一定比例连续加入清洗器中 ， 通过控制泥砂和水的加入速度来控制清洗时间 ， 利用高速搅拌、热水、药剂等的物理化学作用 ， 把原油从泥砂表面洗涤剥离下来 ；清洗后的油砂水混合物进入液固分离器中 ， 泥砂定时在液固分离器底端排出后进入干化场脱水 ， 上部的油、水及少量泥砂进入三相分离器中进行油水砂三相的进一步分离 ； 进一步分离后的油相进入原油储罐 ， 水相经过旋流分离除砂后 ， 再经加热炉加热 到清洗温度后进入清洗器循环使用 ， 少量泥砂在油水砂分离器底部定期排出进入干化场脱水。 大庆油田 [5]利用该法处理含油泥砂收到了良好的效果，经过实践生产得出如下结论： （ 1） 含油污泥化学清洗的最佳工艺参数为 ： 温度 70℃ ~ 80℃ ， 清洗时间 20~ 25min，加药浓度 300~400ppm， 油泥与水的比例 1： 9— 1： 10。 增加臭氧气浮工艺可以将泥砂含油量降低 1%以上。 室内实验和工业化装置检测取得的数据基本一致。 （ 2） 该化学清洗处理技术实现了连续工业生产 ， 处理后泥砂含油率降至 4%以下 ，原油回收率达 90%以上 ， 较 好地解决了大庆油田含油污泥的污染问题 ， 取得了很好的经济效益。 优点：处理效果较好，处理后的含油泥砂含油量很低。 缺点：热处理装置价格昂贵，处理费用较高，处理过程易产生二次污染。 离心处理法 该方法是通过在含油泥砂中加入一定量的水以及一定比例的有机高分子絮凝剂或者无机混凝剂，在增温的措施下实施原油的回收。 该技术的一般操作流程为：待处理的含油泥砂 —— 加水稀释搅拌 —— 加温匀化 —— 加试剂（混凝剂或者絮凝剂 ） —— 离心分离 —— 污泥固化填埋。 在离心分离过程中，离心转速越高，离心时间越长，污泥的含水率就越低；温 度越高，油泥匀化越好，污泥的分离效果就越好。 温度、试剂类型是决定含油泥砂分离好坏的关键因素。 药剂的效果受含油泥砂的性能影响很大，油乳化越严重，处理效果越差，温度越高，处理效果越好。 不过，对于含油量较小的含油泥砂，用离心法回收原油成本太高。 按照目前的技术水平及油价，黄松芝等人 [6]经过计算，认为只有当含油量大于 20%的时候，含油泥砂用离心处理法才有经济价值。 离心处理法工艺流程图如下图 33 所示： 第 3章 含油泥砂处理工艺方案研究进展 9 稀释搅拌含油泥砂水加温匀化 离心分离絮凝剂泥砂 油 + 水填埋处理 图 33 离心处理法工艺流程图 优点：处理速度较快，对于含油量较高的含油泥砂处理效果较好。 缺点：不适于含油 量较小的含油泥砂，用离心法回收原油成本太高，没有经济价值。 溶剂萃取法 含油泥砂有机溶剂萃取法主要是利用物质的“相似相溶原理”来实现油砂沥青的回收。 利用有机溶剂萃取含油泥砂中的原油，然后进行蒸馏以达到分离的目的。 这种方法是用有机溶剂与含油泥砂相接触，将溶解的沥青油与石英砂分离，萃取剂可以循环使用。 在此工艺中，来自油田污水处理系统的含油污泥，经过浮选处理后，污泥可被分为三部分 ： 回收水、尾泥、浮渣。 处理后回收水中的悬浮物含量得到降低，其中的有机物含量很低，可回收到污水处理系统进行重新利用；尾泥主要由 大颗粒的无机物质组成，其中有机物含量很低，可以压滤成饼后做填埋处理；分离出来的浮渣则集中了绝大部分的原油、有机物以及大部分的轻质悬浮物，另外还有部分水。 浮渣接着进入萃取装置中进行处理，萃取分离出可直接利用的原油及有机物，而余下的泥水则返回到浮选装置继续处理。 溶剂萃取工艺中的超临界流体萃取技术 ， 是去除含油污泥中的油和其它有机物的有效手段。 超临界流体溶剂有丙烷、三乙胺、重整油和临界液态 CO2 等 [7]。 为了降低成本 ，美国开发了溶剂萃取 — 氧化处理含油污泥的专利技 术 [8]： 第一步萃取采用粘度低、碳原子少 (最 佳 2~4)的丙烯、环丙烷、丁烷等轻质烃为溶剂 ； 萃取后残留泥中仍含一些聚核芳烃等有机物 ， 需用相对分子质量较高的烃进行第二步萃取 ， 而该专利技术则用湿法氧化工艺代替。 氧化剂用空气、氧气和硝酸盐等 (HNO3 最佳 )， 污泥中保持一定水份 ， 以促进氧化反应。 在温度 200~375℃ 、 压力 的条件下 ， 经一段时间后 ， 有机物被氧化为 CO2 和 H2 O， 残渣可符合直接填埋的要求。 浮选是一种有效的固液分离方法 ， 特别对于那些密度小于水的颗粒 ， 以及非常细小的颗粒 ， 更具有特别的优越性。 浮选过程实质上是一个气 — 固吸附与固 — 液分离的综合过程。 在这个过程中 ， 微小气泡与在水中呈悬浮状态的颗粒相粘附 ， 形成水 — 气 — 固三第 3章 含油泥砂处理工艺方案研究进展 10 相混和体系 ， 颗粒粘附上气泡后 ， 其密度小于水而产生上浮作用 ， 从而使呈悬浮状的污染物质得以从水中分离出去 ， 形成浮渣。 这部分物质大都为无机物 ； 另一部分为密度接近或小于水的小颗粒物质 ， 这其中包含了绝大部分的污油 ， 是污染控制和资源回收的对象。 浮选可以很好的完成这两部分的分离。 浮选工艺的关键在于 气体分散器的设计 ， 确保气泡的最佳尺寸和分布均匀。 气体分散器是采用专门设计的喷射 ， 为气体进入液相提供了最有效的质量传递 ， 从而最大程度地分离了污泥中的杂质和污油。 从浮选装量出来的浮渣 ， 经污泥泵加压后进入萃取器 ， 同时 ， 萃取剂也经加压后进入其中 ， 两种流体在萃取器中混合传质并分离为两相 ： 一相为萃余的泥、水相 ， 它们返回到浮选装置再处理 ； 另一相为萃取出的污油溶于萃取剂中的溶液 ， 它们接着进入分离罐 ， 在分离罐中 ， 经一个减压过程萃取剂以气态形式分离出来 ， 经冷却成为液体收集于萃取剂瓶中循环使用 ， 在冷却过程中其热量也可作能源储 备。 而从分离间中出来的原油 ， 含水率小于 % (体积比 )， 可供炼厂炼油使用。 渣泥的萃取一般是采用多次循环 ， 第一次循环是以烃类化合物作为溶剂 ， 利用丙烷的一次循环将大部分的油移走 ； 第二次循环是利用重溶剂如汽油重整产品来移走芳香烃 ； 第三次循环是使用轻的碳氢物移走剩余的二次循环溶剂 ， 从萃取器出来的含重金属的渣泥被固化处理。 这种分离处理工艺能够解决油田含油污泥的环境污染问题，并为其它有机物含量高的污泥处理提供了一条可借鉴之路，将有机污染物质转变为可利用的资源，从而消除了污染，是油田环境保护的有效措施之一。 但此 方法存在的问题是流程长、工艺复杂、处理费用高，还有待于进一步改进。 目前，该方法适用于理论及实验室阶段。 萃取分离的流程如图 34 所示。 缓冲罐 浮选装置 萃取装置 分离罐 回收油含油泥砂溶剂罐浮渣萃取的泥、水溶液水浮选药剂气体回收水 压滤 填埋 图 34 含油泥砂萃取分离流程图 第 3章 含油泥砂处理工艺方案研究进展 11 优点： 对 油砂的质量要求不高，可以是含油最高的湿油砂，也可以是含量小或者干油砂。 相对于水洗法而言，其适用性更广，而且洗油的效率更高。 缺点： 流程长 ， 工艺复杂 ， 处理费用高。 生物法 （ 1） 地耕法 地耕法常用于处理含油土壤 ， 也可用于处理含油污泥。 采用地耕法处理含油废弃物 ， 一般都要投加肥料以平衡土壤中的 C、 N、 P 比 ， 并调节土壤湿度及 pH 值以优化烃类生物降解条件 ， 要翻耕土壤使之充氧并使烃类在土壤中混合均匀。 该处理法大致作法是 ： 将含油污泥撒在预处理的场地上铺成 10~15cm薄层 ， 用耕犁将其与土壤混合 ， 放置干燥约一周左右 ， 加入肥料 ， 然后用圆盘犁耙入土壤中 ， 靠土壤中的自有微生物把有机物、油分散成终态产物 ： CO2 和水。 美国、英国、荷兰、瑞士等国广泛采用该法。 土地耕作法是一种缓慢处理过程 ， 其主要影响因素是土壤中的氧含量、营养物质、湿度、 PH 值、温度、土壤结构等。 需要深入研究的是开发能够完全降 解含油污泥中各种组分的微生物 ， 设计出一种有助于特殊微生物发挥其预期作用的废物处理系统。 另外 ，对于含多种有害成份的含油污泥 ， 该种方法受到了极大的限制。 地耕法处理含油污泥最大优点在于 ， 它是通过天然过程将石油烃转化为无害的土壤成份的 ， 运行费用低。 但地耕法净化过程缓慢 ， 不适用于冬季较长的地区 ， 且会在农田中产生生物难以降解的烃类 (主要是高分子蜡及沥青质 )。 胜利油田 [9]应用地耕工艺处理油泥，经 90 天的处理后， 饱和烃 80%被降解， 芳烃60%被降解，剩余物质大部分是胶质和沥青质。 该方法缺点是冬季效果不明显、占地面积大 ，培养 时间长， 对湿度、温度等要求严格。 优点： 通过天然过程将石油烃转化为无害的 土壤成份 ， 运行费用低。 缺点： 净化过程缓慢 ， 不适用于冬季较长的地区 ； 油资源也没有得到回收利用 ；并 且会在农田中产生生物难以降解的烃类。 （ 2） 堆肥法 堆肥法是将含油废弃物与适当的材料相混合并成堆放置 ， 使天然微生物降解石油烃类的过程。