油田水热法处理高含水油污泥装置研究及应用

李轩宇，刘波

（中国石油集团渤海石油装备制造有限公司辽河热采机械制造分公司，辽宁 盘锦 124209）

1 前言

油田高含水油污泥是指含油污水储存和处理过程中产生、未经脱水处理、含水率高达85%以上的油污泥，其成分极为复杂，其性质表现为油水密度差小、黏度大、比阻高、稳定性强，难过滤、难破乳、难脱稳。高含水油污泥处理技术虽得到了快速发展，但脱水效果差仍是油泥处理处置的瓶颈，而解决油污泥脱水的关键在于调质脱稳。目前，油污泥调质脱稳方法主要有氧化、破乳、絮凝、微乳化及萃取等，上述方法均能实现调质脱稳，但萃取、破乳和微乳化法药剂消耗量大，氧化法选择性差且有一定安全风险，絮凝法则不能有效回收油，几种方法组合虽能实现脱稳和回收油，但工艺流程复杂、投资大、运行成本高。

水热法高含水油污泥处理技术是指在一定温度、压力条件下，密闭加热并闪蒸，实现油污泥絮体破解脱稳和矿物油回收的调质脱稳技术，已广泛用于污泥脱水预处理，在油污泥脱水预处理方面也开展了实验研究，且取得了较好效果。

2 工艺流程及原理

含油污泥卸入流化罐预热，预热后输送到反应装置内，同时药液进入反应装置，蒸汽加热，反应装置反应完全后，物料被压入闪蒸罐，水蒸气冷却成水与不凝气分离，不凝气体被吸收。物料经过冷却后进入脱水设备进行脱水处理，脱水后物料进入干化机进行低温干化处理，最终实现出泥含水率≤30%。

实验装置由十个主要单元：加热单元、水热单元、脱水单元、干化单元、尾气处理单元、自控单元、监控单元、水冷却单元、供配电单元和附属单元组成。

（1）加热单元：自来水经过软化处理后进入蒸汽发生器输出高温高压蒸汽，为装置提供热源并可实现设备清洁吹扫功能。

（2）水热单元：是指在一定的温度和压力下，将污泥在密闭的容器中加热，使污泥絮体发生一系列物理化学变化的预处理过程，水热处理后利于后续脱水处理。

（3）脱水单元：污泥脱水过程实际上是污泥的悬浮粒子群和水的相对运动，本项目采用机械法脱水以实现经水热处理高含水油泥脱除游离水。

（4）干化单元：在密闭干化仓内吹入低温干燥空气与污泥对流，通过湿度交换原理将污泥中的水分带出。湿空气经除湿烘干后循环使用。利用热泵原理回收水分凝结潜热用于加热干燥空气。干化单元将高含水油泥脱水至≤30%。

（5）尾气处理单元：油污泥高温热水解过程中可能会产生恶臭味热解气，同时，有机物中的易挥发组分在高温环境下会挥发出来，主要以氢气、一氧化碳、甲烷和低组分烃类等有机可燃气体为主，需对该气体进行有效处理，方可排放。本项目拟采用吸附技术处理，对废气中的有机组分去除效果较好，工艺简单。

图1 油田水热法处理高含水油污泥装置流程图

3 研究装置概况

主要包含主体撬块（流化罐、反应装置、吸附罐及仪表管路）、离心干化撬块、油水分离撬块及控制设备。

4 自动控制系统

自动控制系统以PLC为控制核心，通过采集现场温度、压力、流量、物位参数，转换为电流信号传入PLC系统，PLC通过逻辑编程实现对系统的温度、压力的调节控制；确保系统按预定设计方案实现逻辑启停、报警及联锁保护功能。

5 研究内容

5.1 装置运行参数优化

装置主要运行参数包括油泥加量、反应温度、停留时间、干燥能耗等，由于设备处理能力与停留时间相互关联，试验主要考查处理温度、停留时间、加热功率等参数的组合。

另外，分析废水、废气等指标，综合评价装置性能。

5.2 装置物料的适应性考察

实验现场能够获得多种物料的处理效果，选择两种典型物料污水站油泥、联合站油泥，实验优化不同油泥的最佳处理条件，获取最佳处理条件下的排渣含油率、含水率，不凝气产率、设备能耗等。

5.3 验证两种工艺可行性

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

6 取样化验分析

本实验研究对污泥含油率、含水率进行取样分析。对不凝气成分分析需将不凝气用取样袋收集，送外单位检测分析。实验过程中实验数据需详细记录，待实验完毕后做系统分析。

取样：取样口，取样时间/频率，取样器材计划。

检测分析：样品名称，分析项目，分析方法名称，分析器材计划。

送检：样品名称，数量，分析项目。

7 检测分析项目与方法

分别对油泥样品、污水、污油进行基本性质的检测，以便于调整工艺参数优化工况条件，对含水油泥处理装置处理效果作出评价。

表1 样品检测指标与方法

8 各种运行工况的综合性效果：

8.1 处理前后油污泥形态对比

高含水油污泥经过水热处理后液化非常显著，由无流动性的膏状变为流动性强的液态，静置至常温后呈油-水-泥三相分离状态，黏度大幅降低，并有一定量不凝气产生；进一步脱水处理后，有大量水脱除，残余固相呈灰色块状。

图2

8.2 处理前后SEM分析油泥形态变化

高含水油污泥处理前疏松，粗糙多孔且孔大，而水热处理后絮体结构破碎，水析出，轻质油挥发，油泥经过挤压脱水处理后变得致密紧凑，孔变少变小，140℃和160℃区别不大，但180℃时虽仍平滑，但凹凸不平且孔变大变多，可能是部分重质组分发生了热水解，油泥表面由光滑变得稍粗糙。

8.3 油的回收率及轻质化率

经过水热处理后，胶质和沥青质均有去除，沥青质轻质化显著，减少了72%，胶质和沥青质合计去除了38%，可能是油泥中胶质和沥青质部分发生热水解致含量大幅降低，破坏了油泥的稳定性，利于后续脱水和干化处理。

8.4 与直接干化对比能耗

油污泥水热处理后，再采用低温干化处理，与直接热干化能耗对比，可节能40%。