延长气田甲醇污水预处理工艺优选与设计

刘翔

摘 要：随着国内低产低压气田的开发，气田甲醇污水处理站的技术优选和成本优化受到普遍关注，但由于这类气田实施年限较短，至今尚无形成典型的甲醇污水处理技术模式。本文介绍了我院承担的首座延长甲醇污水厂的工艺优化与选择，将污水预处理工艺分为除油和除悬浮物两个方面进行研究，并在研究基础上对污水预处理各构筑物进行了相应设计。

关键词：延长气田；含油含醇污水；污水预处理；工艺原理

1 前言

1.1 项目简介

延长气田延气2井区和延128井区天然气开发污水处理厂地处陕北高原南部黄土高原丘陵沟壑区，位于陕西省延安市延长县黑家堡镇境内。该污水处理厂与延长气田延气2井LNG厂合建，污水处理厂的甲醇污水主要来源为各集气站的甲醇污水。

根据延长气田开发现状和以后的发展，甲醇污水处理厂一期污水处理规模是150m3/d。甲醇污水处理总体工艺流程如图1所示。

甲醇污水经过收集后，通过甲醇污水预处理，甲醇再生处理，最后通过污水处理，达到地层回注需要注水水质要求（含油量不高于3mg/L、悬浮物含量不高于10mg/L），供气田循环使用。

1.2 甲醇污水预处理的重要性

由于延长气井产出水水质总体呈现高浊度、高矿化度、高腐蚀性、高含铁量、低pH值的“四高一低”的特点，甲醇污水预处理流程的处理效果直接影响甲醇再生流程的生产效率，对整个流程的稳定运行和成本控制起着决定性作用。

2 甲醇污水预处理工艺研究

国内外污水预处理工艺流程，针对不同水质特点，大致可分为重力式收油、沉降、过滤，压力式聚结沉降分离、过滤，浮选式除油净化、过滤3种基本处理流程。

2.1 甲醇污水预处理流程的选择

（1）由于延长气井产出水水质“四高一低”的特点，同时甲醇具有较强的挥发性和毒性，因此主要处理流程确定选择密闭的压力式流程，处理设备选择压力式除油器。因污水水质预计为含油3930mg/L，含悬浮物为1570mg/L，一座压力式除油器无法较好地完成同时除油、除悬浮物的目标，所以选择用两座压力式除油器串联的方式，实现一次、二次收油，并在二次压力除油器内完成混凝沉降的反应。

（2）污水由罐车每天从集气站拉运进污水厂，所以选用200m3罐作为污水接收罐，在起到缓冲罐作用的同时，依靠罐体内部的收油装置以及重力沉降，对污水进行初步处理。

（3）温度对污水的除油及絮凝沉降效果影响较大，温度越高，除油及絮凝沉降效果越好。延长污水厂地处陕北，冬季温度经常在-10℃以下，污水在输送途中损失热量，进入压力除油器时无法达到理想的反应温度。因此，在一次压力除油器之前设置一座甲醇污水管壳式换热器，可将污水加热到25℃左右，为后续污水处理效果提供保障。

（4）为保证污水预处理流程的稳定出水，还应设置污水原料罐一座。按照150m3/d的污水量，7d的储存量，选用1000 m?加高甲醇污水罐（有效容积1070m?）。内部结构基本与污水接收罐一致。

综合以上选择，污水厂与处理流程确认如图2所示。

集气站车载来水首先进入200m?甲醇污水接收罐进行初步的油水分离和污泥沉降；之后出水经换热器加热依次进入一、二次压力除油器进一步除油、除悬浮物；二次压力除油器出水进入1000m?加高甲醇污水罐，由该罐向甲醇再生区提供稳定出水；最后污水进入与甲醇再生装置配套的一级核桃壳过滤器及二级精细过滤器，出水水质达到含油量不高于10mg/L、悬浮物含量不高于5mg/L，满足进甲醇再生塔的进水条件。

2.2 除油工艺研究

除油工艺的构筑物为甲醇污水接收罐，一、二次压力除油器以及加高甲醇污水罐。其中一、二次压力除油器为主要处理单元。

（1）隔氧收油装置的应用。罐车拉运的污水经卸车泵进入甲醇污水接收罐（200m3），在该罐含油污水在22 h的有效停留时间内进行自然沉降，油水初步分离，凝析油浮于水表面。考虑到甲醇的挥发性较强，罐内设置隔氧收油装置一套。隔氧收油装置的工作原理是，通过安装浮筒使浮盘漂浮在液面上，浮盘上的传感器反馈信息给罐外的控制柜，由控制柜控制浮盘收油口收油。同时，浮盘周围有一圈密封胶囊，与罐内壁紧密接触保持密封。此装置特点是除了有浮船式收油装置的作用，还能保证密闭隔氧。经过接收罐的初步除油，出水污油含量从来水的3930mg/L降低到600mg/L以下。

加高甲醇污水罐（1000m3）与接收罐内部结构基本一致，同样设置隔氧收油装置。主要作用是为后面甲醇再生工艺提供稳定出水。

（2）压力除油器的串联使用。污水从污水接收罐稳定出水之后通过换热器加热进入压力除油器。压力除油器是根据粗粒化原理及浅池理论研制而成的一种新型油水分离器，采用新型粗粒化聚油、斜管沉降为一体，能同时实现油水分离和固液分离的高精度含油污水处理。压力除油器罐体由3个部分组成：油水分离区、排油排泥区、出水区。油水分离区设有斜管组件，油水进行斜管分离，分离污油从容器上部收油管排出；排油排泥区设有斜管组件，泥水进行斜管分离，沉降污泥则通过排泥阀定时排放；污水完成油水分离后，经出水格栅从排水口排出。

在除油过程中，一次压力除油器用于去除绝大部分污油；而在一次压力除油器出水管位置，通过管道混合器加入混凝剂、絮凝剂以及复合碱剂，在二次压力除油器中形成污泥沉淀，经排泥管排出。同时二次压力除油器进行二次除油，进一步降低水中污油含量，使出水含油量小于30mg/L。虽然一、二次压力除油器结构完全一致，但是分工不同。总的来说，就是“先除油，后除泥”的思路。

2.3 除悬浮物工艺研究

二次压力除油器、核桃壳过滤器与精细过滤器是除悬浮物的主要处理单元。其余构筑物均通过自然沉降，由构筑物底部排泥管将污泥排出。

由于延长气田污水的特点，所以在一次压力除油器出水管即二次压力除油器进水管处添加复合碱剂、絮凝剂和混凝剂。

通过参考大牛地气田甲醇污水的加药实验结果，我们可以得知：

（1）混凝剂为聚合铝，加量30mg/L左右即可达到要求，沉淀后悬浮物含量小于20mg/L，悬浮粒子粒径均小于2um（透光率达到85%以上），处理温度高于15℃。

（2）阳离子聚丙烯酰胺（PAM）与聚合铝（PAC）复配具有很好的絮凝效果，PAC与PAM复配的沉淀物密实，可压缩性小，沉淀物体积比单独加PAC时沉淀物体积小。加药顺序：先加PAM，再加PAC，加药时间间隔大于10s。

（3）当水温高于15℃时，甲醇含量对絮凝效果影响不大。

综合药剂处理效果和成本两方面考虑，选用PAC作为混凝剂，另选PAM作为絮凝剂，与PAC复配使用。投加量为PAC40mg/L，PAM10mg/L，连续投加。

核桃壳过滤器与精细过滤器作为污水预处理的最后环节，主要通过物理吸附作用去除悬浮物和污油，经过两级过滤器之后，水质达到悬浮物含量不高于5mg/L、含油量不高于10mg/L，满足甲醇再生塔的进水条件。

3 认识与总结

（1）含醇污水预处理系统对气田污水的处理起到了重要的作用，预处理效果不好将严重影响到下游工艺的正常运行。

（2）甲醇污水预处理压力式流程是已经成熟的污水处理技术。近年来浮选式流程发展迅速，值得我们的关注，为以后的设计工作提供参考。

参考文献

[1]张振云.含醇污水预处理系统改造效果评价[J].石油化工应用，2010，29（6）：87-89.

[2]焦卫华.大牛地气田含甲醇污水预处理工艺改造效果分析[J].内蒙古石油化工，2011，（16）：39-41.

（作者单位：中石化石油工程设计有限公司）