污油净化处理技术进展

李海华，王大寿，葛永睿，沈鹏飞，姚飞，黄华

污油净化处理技术进展

李海华1，王大寿1，葛永睿1，沈鹏飞2，姚飞2，黄华2

（1. 中海油惠州石化有限公司，广东 惠州 516086；2. 湖南长岭石化科技开发有限公司，湖南 岳阳 414012）

石油开采、储运和加工过程中会产生大量的污油，由于性质复杂，含有大量的化学药剂、水、黏土及无机盐等杂质，污油很难进行回炼。首先介绍了污油的性质特点、净化处理难点，以及当前油田和炼厂污油的处理方式。概括了污油现有的净化处理方法，包括热沉降、离心分离、超声波、过滤、氧化和生物法等，并分析了各种方法的优缺点。另外，基于污油原料复杂的性质，指出了污油净化处理技术的发展趋势。

污油；净化处理；传统技术；发展趋势

近年来，随着原油的持续开采，油品逐渐劣质化，造成开采和炼制过程中产生大量的污油[1-2]。油田中采油井口酸化作业可以达到增加原油开采量的目的，但在开采过程中会产生大量乳化严重的返排液[3]，另外，油田生产水系统运行过程中会刮下一定量的重质油浮渣。返排液和重质油浮渣当作污油，集中回收进罐或入舱[2,4]。原油输送到炼厂原油储罐沉降后，原油中水、固渣和一部分重组分等会沉于罐底。经多次原油转运、沉降后，原油储罐需进行清罐，形成清罐污油[5]。原油加工过程中，一部分油品物料中含有大量细小悬浮颗粒，沉降分离后不能将其除去，造成部分油品不能正常炼制，只能长期存储于罐中适时掺炼，这部分物料通常也被当作污油处理[6]。另外，污水处理厂经格栅回收的污油，以及气浮净化过程中形成的浮渣，通常也会作为污油收集进罐[7-8]。

目前，油田中污油的处理方法主要是将污油收集，通过热沉降回收上层好油，掺到较好原油中一起外输，逐步实现污油的减量化，但不能彻底处理污油。另外，沉降后的下层污油性质更差，更难以处理，而且掺加了污油后的外送原油，品质可能会受其影响[9]。由于污油中水和固体杂质较多，油品性质差，不能直接回炼，炼厂主要通过掺炼常减压和延迟焦化装置，对污油进行回炼处理。然而，污油通过常减压掺炼，会造成电脱盐装置运行波动，电流升高，电场不稳，甚至跳闸等，还会使外排切水带油严重，污水处理过程中产生更多的污油[10]。如果污油通过焦化装置回炼，虽然能实现污油的减量化，但在装置放空塔中易发生管线冲刷腐蚀，不利于装置的长周期平稳运行[11-12]。

另外，若污油产出量高于回炼量时，上下游各套装置的安全、稳定运行受到极大威胁，尤其是给污水处理厂的正常运行带来巨大压力。因此，无论是油田还是炼厂，如何高效、彻底地解决污油去向问题，是保障装置正常、平稳运行的关键环节。

1 污油性质特点

污油成分复杂，且来源不同的污油成分也有一定的差异，通常污油主要由石油烃类、水、金属无机盐、细砂和黏土矿物等组成[1,13]。另外，污油中还含有大量的化学药剂，包括在采油过程中加入的杀菌剂、阻垢剂和缓蚀剂，采出液进船舱或储罐前为提高油水分离效率加入的破乳剂，污水处理过程中加入的有机和无机絮凝剂等[14-16]。这些化学药剂最终大部分会流向污油中，这也是污油乳化严重、性质复杂的主要原因。特别是一些无机盐的存在，如金属硫酸盐、胶态硫化亚铁粉粒、二氧化硅和铝硅酸盐等，是导致污油难以净化处理的重要因素[17]。

2 污油净化处理难点

污油净化处理主要是脱除污油中的水和固渣，然而污油重组分胶质、沥青质含量高，重组分与悬浮固渣共同作用下，污油乳化严重，难以破乳发生油水分离[18]。另外，油田和炼厂在收集污油时，为避免占用更多的储罐，降低运行成本，通常会将各来源的污油集中存储。由于污油掺炼量较小，大部分物料只能长时间放置沉降。这种处理方式造成了污油性质变得更加复杂，不同罐位污油性质差别巨大，使处理难度进一步放大。基于此，污油净化处理技术已不仅仅是指传统意义上乳化严重老化油的破乳，还应兼具高水含量和悬浮物含油黑水的净化处理，高固含量低油分含油污泥的净化除油，以及含有大量悬浮颗粒油品的脱固、脱杂等。不同炼厂对污油净化处理的标准也不同，通常为水和固渣质量分数均≤5%，即可与原油或其他油品进行掺炼[11-12, 19]。

3 污油净化处理技术

由于污油中水和固渣的存在，限制了污油外输或回炼加工量，因此对污油净化处理，脱除其中的水和固渣是解决污油去向问题的前提和关键。目前，针对乳化较为严重的污油，净化处理技术主要有热沉降、离心分离、过滤以及超声波等。

3.1 热沉降法

热沉降法是将污油和破乳剂一同输送至船舱或储罐，加热60~80 ℃条件下保温，通过破乳剂降低油水界面薄膜的表面张力，破坏污油中乳状液的稳定性，经自然沉降发生油水分离[20-22]。该方法可适用于较大规模污油的净化处理，特别适用在油田或炼厂倒罐过程中。污油热沉降过程中，破乳剂是影响油水分离效果的主要因素。选择合适的破乳剂可使污油较快发生油水分离，实现破乳脱水净化处理的目的。

热沉降法具有工艺简单、成本低、见效快等优点，同时也存在一些不足。首先，受制于破乳剂破乳效果，热沉降法不能将污油全部进行油水分离，而剩下的顽固污油更加难以处理；其次，破乳剂使用不当会增强污油乳化，变为乳化剂而加剧污油处理难度；另外，破乳剂价格昂贵，污油处理费用较高[21]。

3.2 离心分离法

离心分离法是通过离心机，快速、高效将污油中的水和固渣脱除的技术[23-24]。工业上主要利用卧螺离心机脱除污油中的固渣，滤液通过油水分离后获得合格污油。近年来兴起的三相离心机可通过强大离心力作用下，将不同比重的介质在离心机内分层并在相应出口排出，实现油-水-固三相分离[25]。用于污油净化处理的离心机见图1。

图1 用于污油净化处理的离心机

目前，离心分离法已经成为污油净化处理过程中重要的环节，运行效率高，分离效果明显，但仍存在一些问题。例如，由于污油中胶质和沥青质含量较高，很容易粘附于离心机转鼓，导致离心机分离效率降低，甚至发生堵塞现象；污油性质经常发生变化，离心机须及时调整运行参数以维持出料正常；另外，由于离心机运行过程中转速较高，污油性质较差，导致离心机转轴负荷压力较大，易发生故障而停机，从而影响正常的工业生产。

3.3 超声波法

超声波法是基于超声波作用机理，促进性质不同的流体介质发生移动，使污油中的水粒子不断向波腹或波节运动，发生碰撞并逐渐聚结生成直径较大的水滴[6, 26-27]。 重力作用下，水滴聚集发生沉降和油水分离，从而达到污油净化的目的。超声波法净化处理污油同样要与破乳剂联合使用，可以进一步提高污油的脱水效率。

超声波对化学破乳脱水有较明显的促进作用，同等条件下（如相同的破乳剂种类、用量和相同温度等），污油脱水率可提高2~3倍，相比较热沉降法具有显著优势。不过超声波法净化处理污油的缺点是声强过大，辐照时间过长，该过程可能会造成污油的二次乳化，操作条件不易掌控。

3.4 过滤法

过滤法是采用多孔装置对污油进行过滤，以脱除污油中的固渣和悬浮物，采用专门滤料还可以直接实现油水分离，实现污油的净化回收。最为常见的过滤器通常用来过滤污油中较大固体，作为净化处理的第一道工序，同时也起到保护后续设备，避免经常发生堵塞的作用。对于一些含有大量悬浮颗粒油品的脱固、脱杂处理的过滤装置，通常采用逐级精密过滤的流程。经过多级过滤后的污油中的各类杂质被滤除，达到净化处理效果[28]。污油精密过滤流程见图2。

图2 污油精密过滤流程图

污油通过过滤法净化处理具有成本低、耗能小以及污油净化彻底等优点，不过存在的最大问题是过滤床容易发生堵塞，不易清理，只能通过反冲洗方法或拆卸清洗。因此，过滤法不适用于固含量较高、黏稠、较大规模的污油净化。

4 污油净化处理发展趋势

鉴于污油原料性质复杂，油田或炼厂对于净化后物料要求的提高，以及国际油价波动等不可预知因素的影响下，污油净化处理技术逐渐向处理全面、快速、高效、可移动的集约化方向发展。在该发展方向的指引下，污油净化处理设备必须具备组合式、集成式和撬装式等特点。

4.1 组合式

由于污油性质复杂多变，任何单独技术方法很难应对，因此各种污油净化技术进行组合是发展的一大趋势。例如，中海油某炼厂污水处理场为处理重劣质污油和电脱盐黑水，采用过滤、离心分离和膜强化传质技术组合工艺（见图3），处理后污油水和固渣质量分数均小于5%，各项指标满足常减压装置掺炼要求[29]。

图3 中海油某炼厂污油净化处理组合工艺流程

该组合工艺中，膜强化传质技术是一种新型传质技术，该技术是以纤维液膜接触器和高效油水分离器为核心，结合配套使用相关助剂，油相在膜接触器内与注水充分接触、传质，打破污油中稳定存在的油-水两相（或油-水-固三相）“包裹”结构和相互作用力。油中固体杂质分散到水相中，和水一并被纤维丝捕获。含固液膜沿着纤维丝运动，不断聚结形成较大液滴后，重力作用下脱落，在油水分离器中沉降，完成油水分离以及固体杂质的脱除。

4.2 集成式

为适应新时代油田和炼化企业的环保要求，污油净化处理技术不仅仅是污油的脱水、脱固净化处理，通常还包含污油净化处理过程中产生废水、废气和废渣等的集成处理技术。例如，中海油某炼厂罐区须对清罐污油进行净化处理，由于罐区没有尾气吸收管线和污水处理装置，为使各输出物料达标，建立了一套包含污油、废水和废气净化处理的工业装置[5]。

集成式工业装置适用于现场具有一定空间规模，各组成单元净化处理工艺简单、易操作。而对于一些对场地受限的条件下，还需要对装置进一步优化，实现装置模块化、撬装式可移动化特点。

4.2 撬装式

油田和炼厂中污油一般存放于现场船舱或罐区，周边多余空间有限，而且污油的产生并不是一个连续稳定的过程，净化处理装置存在间歇性开停工可能。因此，为降低污油净化处理成本，提高装置的适用性和工作效率，撬装式污油净化处理技术发展迅速，撬装装置设备逐渐被认可[30-31]。例如，中石化某炼厂罐区存量8 000 m3左右清罐污油，由于无法回炼只能长时间存于罐中，造成罐体腐蚀，带来安全隐患。考虑现场空间有限和装置加工成本，不能构建固定式污油净化处理装置，最终选用某科技公司的清罐污油净化处理撬装装置。目前，污油净化处理已近尾声，装置运行正常，净化后污油中水和固渣质量分数均小于2%，外排污水中油质量浓度小于200 mg·L-1。

撬装式装置具有占用空间小、可移动重复使用以及综合成本低等优点，这就对于净化技术的要求更高效，所选设备体积更小，对于装置的设计、管线走向以及操作便捷性上要求更高。因此，撬装式装置的构建只有基于高效的污油净化处理技术以及优秀的设计和空间布局条件下，才能发挥自身优势。

5 结束语

污油净化处理已成为油田或炼厂生产过程中，保障装置正常运行的重要环节。而净化处理的污油已不仅仅是指乳化严重的老化油，还包括高水含量和悬浮物的含油黑水，高固含量低油分含油污泥，以及含大量悬浮颗粒劣质油品。为适应各类油品，污油净化处理技术由传统单一的热沉降、离心和过滤等，逐渐发展为各种净化技术的组合，以及不同物料净化处理技术的集成，并向更具适用性的撬装模式发展。另外，为进一步提高污油净化效率，一方面须要对原油开采和炼制过程加强管控，降低污油产生量，并加大污油净化处理装置在油田上的应用，在源头上减少污油的产生；另一方面须开发功能更全面、快速、高效以及成本更低的污油净化处理技术和设备。

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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

李海华（1983-），男，工程师，广东省惠州市人，2013年毕业于华中科技大学土木工程专业，研究方向：环境保护。

X741

A

1004-0935（2020）09-1124-04