油田含油污泥脱水技术现状及发展

周勇魏伟吴高峰朱建华张珂

（1.中国石油集团工程设计有限责任公司北京分公司 北京 100085）

（2.中国石油大学（北京）化学工程学院）

引言

含油污泥是在石油的开采、集输及炼制加工过程中产生的一类具有资源回收利用价值的危险废弃物。在我国石油石化行业中，含油污泥产量大，处理难，重质油含量高，而且产量还呈逐年上升趋势。因此，含油污泥越来越受到石油石化企业的重视。根据含油污泥的形成不同，一般将其分为石油化工行业（主要是炼油厂）含油污泥和油田含油污泥。炼油厂产生的含油污泥主要由油罐底泥和污水处理厂的“三泥”组成。据统计，这部分含油污泥在我国的年产量约为30万吨；油田含油污泥包括油田开发过程中产生的落地含油污泥、联合站生产运行中产生罐底含油污泥及污水站运行中产生的含油污泥。据统计，我国年产油田含油污泥近300万吨，仅大庆、胜利、辽河三大油田每年产出的含油污泥就达200万吨以上。炼厂产生的含油污泥主要为“三泥”，分别是隔油池底泥、溶气浮选浮渣及原油罐底泥，其中以浮选池浮渣的产量最大，约占“三泥”总量的80%以上，由于其固含量较低、水含量较高，因而体积庞大。这些含油污泥组成差别很大，通常含油量及含水量所占比例的变化范围较广。油田集输过程中也会产生含油污泥，主要是储存在储罐中的原油，其中的沙粒、机械杂质、重金属盐类及沥青质等组分在罐底沉积，形成罐底含油污泥。油田开发过程中产生的落地含油污泥是在石油开采、传输过程中被带到地面上并渗入地面土壤而形成的。原油开采过程中产生的含油污泥还包括采油污水处理过程产生的含油污泥，该种含油污泥含油量高、黏度大、颗粒细，这些特点造成其脱水十分困难。

一、含油污泥的脱水处理现状与进展

随着含油污泥处理技术的不断发展，国内外研究人员对含油污泥脱水技术的研究和开发也取得了实质性的进展。目前，针对含油污泥特性已开发出一些脱水效果较好的脱水技术，这些脱水技术主要包括：调质脱水技术、微波脱水技术、超声波脱水技术、过热蒸汽喷射脱水技术以及油炸置换脱水技术。

1.调质脱水技术

含油污泥一般由水、油以及固体悬浮物组成，其中的固体颗粒是水合物，细小而带电，而且固体颗粒表面附着油和水，使其无法再聚集。同时，固体颗粒表面所带同种电荷的排斥作用，阻碍颗粒之间的聚合，进而使含油污泥形成一种充分乳化且非常稳定的胶体悬浊液，使含油污泥的脱水和浓缩比较困难。因此，要实现固、油、水三相的完全分离，就必须采取经济有效的方法破坏含油污泥的稳定状态，进而达到液相与固相的分离及油滴之间的聚合的目的。而含油污泥的调质就是通过某种手段调整固体颗粒群之间的排列状况以及破坏胶体悬浊液的稳定性质，使其实现固、油、水的三相分离的目的，以提高机械脱水性能、改善脱水效果[7]。含油污泥的调质是一种提高脱水效率的预处理过程，可针对含油污泥特性有效改善其脱水性能。

2.微波脱水技术

微波加热技术是通过改变物质内介质离子的迁移及偶极子的转动，加剧介质分子的热运动，使相邻分子之间产生剧烈的摩擦作用，从而使分子获得能量，达到使物体升温的目的。近年来，已将微波当作一种能源，应用到其他的一些领域，如加热、干燥物体以及激发等离子体等。

微波加热技术有三个特点：（1）瞬时性，即加热比较快，由于热量是从物质内部产生，因此不存在热量从物质表面传递至内部的过程，从而使加热效率提高，加热时间缩短，其干燥用时只需传统加热时间的1/100～1/10即可完成；（2）选择性，即不同的受热物体由于其介质具有不同的性质，使其在微波场中受热时会有很大的差别；（3）穿透性，即微波的穿透性很强，能够穿透介质内部。

3.超声波脱水技术

2004年12月于国内公开的实用新型专利C N 2663040将添加破乳剂的含油污泥用泵送入反应釜中，并利用旋转分离法以实现油、水、固的分离，其间利用超声作用以加强三相的分离；专利C N 1868931依次向加热后的含油污泥中加入破乳剂、阳离子表面活性剂，混合均匀后用泵将泥浆送入超声波反应釜中除油，余下的泥浆经二级超声除油和二级除砂，最后经过净化罐净化除水，最终达到油、水、固的分离。该工艺处理过程复杂，成本高。目前有不需添加任何试剂的超声处理含油污泥工艺，不仅操作简单、成本低、易于实施，而且不会产生二次污染。

超声波作为一种新型的含油污泥预处理技术，由于具有空化作用及局部发热特性，能很好的改善含油污泥的脱水性能。相关研究表明利用低强度、短时间的超声波处理含油污泥可使其含水量降至85%以下，同时絮凝剂的用量也可以减少25%～50%。由于超声波功率较大，若处理时间太长，则可能导致含油污泥的内部结构发生变化，增加含油污泥的黏度，使含油污泥脱水性能变差。由此可见，利用超声波技术处理含油污泥时，其对含油污泥的影响是有利也有弊的。因此，综合两方面的因素，调整工艺参数以达到最好的含油污泥脱水除油效果，是超声波处理含油污泥的关键技术。通过正交实验确定超声波处理含油污泥的适宜操作条件为：功率50 W，频率40 k Hz，温度50℃，超声作用时间20 min。目前，超声波技术用于含油污泥除油的研究还相对较少，仅停留在实验室研究阶段。

4.过热蒸汽喷射脱水技术

过热蒸汽喷射处理含油污泥技术是采用500℃的过热蒸汽，经过高速喷嘴使其以2马赫的速度喷入干燥槽中，蒸汽在干燥槽中与含油污泥颗粒发生碰撞，在高速及高温过热蒸汽的冲击作用下，将含油污泥中的石油和水分蒸发出来，再经冷凝后实现油、水的分离，石油可直接回收，经处理后的废渣中石油含量很少，废渣中油含量最低可达0.08%，水含量亦可降至10%以下。

采用过热蒸汽喷射技术处理含油污泥时不需要提供额外的动力，仅用纯物理方法就可以实现含油污泥中油-水-固的分离和资源化利用。处理过程中所需的能量都是从高速的过热蒸汽中获得，不会产生二次污染问题。通过过热蒸汽和含油污泥颗粒碰撞及快速的热交换，使含油污泥在瞬间实现固液分离，水分快速蒸发。此过程充分保证了石油的原有性质，不会造成石油的热裂解，更不会生成胶质、沥青质等重质组分，含油污泥中的原油完全可以回收再利用。而含油污泥中的重金属、油砂等固体可通过旋风分离器进行分离回收；气态的石油和水蒸汽经冷凝器液化后分离回收。

目前，过热蒸汽喷射脱水技术仍处于开发中试阶段，开发出来的装置处理能力较小，而且受到含油污泥中含水量的影响。含水量越高，消耗的过热蒸汽量越大，装置处理能力就越小。因此，该技术还不能大规模地应用到工业生产中。

5.油炸置换脱水技术

油炸置换脱水技术是将油加热到200℃左右，随后将含油污泥放入其中，由于油温远高于水的正常沸点，含油污泥表面的水分会快速汽化，汽化后的水分将留下空隙，包围在含油污泥外部的热油由于浓度差的驱动通过孔道扩散至含油污泥中原来水分所占据的位置；由于含油污泥中含水量较高导热性较好，故可较快地使含油污泥内部温度升高并达到或超过水的正常沸点，使含油污泥内部的水分蒸发，同时外部的热油扩散进入含油污泥的内部空隙，从而实现对含油污泥中水分的置换脱除，达到降低含油污泥含水量的目的。

对污泥油炸置换脱水技术的最新研究报道始于2005年，由S i l v a等[53]研究人员进行实验研究，将城市污泥加入到温度为190～215℃的热油中进行油炸脱水处理，最终将污泥中的含水量降至5%以下，其热值升至24 MJ/kg。实验结果表明，污泥中的水大部分被热油置换，污泥的热值大幅度提高。

结论

从资源利用和环境保护的角度出发，含油污泥是具有一定经济价值的资源，充分利用含油污泥中的烃类物质，开发低能耗的含油污泥脱水、脱油工艺，已成为石油石化企业关注的焦点。目前，含油污泥脱水预处理技术进步很大，从理论研究到工业化应用，国内外专家学者都作了比较深入的探索与开发。尤其是油炸置换脱水，可以用废油作为油炸介质，既降低脱水成本又充分利用了废油资源，而且脱水效率高。因此，该技术可以作为一种新型的含油污泥脱水技术加以推广应用。

[1]尚朝辉,隋清国,冷强等.含油污泥调剖技术研究与应用.江汉石油学院学报,2002,24（3）:66-67.

[2]李丹梅,王艳霞,余庆中等.含油污泥调剖技术的研究与应用.石油钻采工艺,2003,25（3）:74-76.