气田污泥处理工艺研究

2017-11-30任越飞王少华任秋洁张万茂张潇潇朱翠萍

石油化工应用 2017年11期

关键词：油泥含油处理工艺

任越飞，王少华，任秋洁，张万茂，张潇潇，朱翠萍

（1.西安石油大学，陕西西安 710065；2.中国石油长庆油田分公司第三采气厂，内蒙古乌审旗 017300）

气田污泥处理工艺研究

任越飞1，2，王少华2，任秋洁2，张万茂2，张潇潇2，朱翠萍2

（1.西安石油大学，陕西西安 710065；2.中国石油长庆油田分公司第三采气厂，内蒙古乌审旗 017300）

在天然气净化处理生产过程中产生大量污泥，污泥量大含水率高，污泥处理问题一直是苏里格气田发展中一大瓶颈。本文针对苏里格气田污泥的性质及特点，综合了国内外目前成熟污泥处理工艺，同时结合气田的实际情况，提出污泥处理工艺，推进清洁生产。

气田；污泥；处理工艺

1 苏里格气田污泥处理现状

1.1 污泥来源

天然气开采作业过程中产生的污泥，即在天然气试气压裂作业过程中，使用部分压裂液，后期天然气生产过程中，携带至下游，与水、沙、泥混合形成油泥。

1.2 污泥处置

目前污泥处理方式是委托有危险废物处置资质单位进行外运处置。实际生产中，共外运处置污泥量大，转移处置费用高。经分析其原因是污泥含水率高。

2 污泥处理工艺研究

为了从源头上解决含油污泥给气田生产运行带来的负面影响，按照“减量化、无害化、资源化”的污泥处理原则，结合含油污泥含水率高、体积庞大、静置脱水效果差、加之成分复杂、处理难度高等因素[1，2]。考虑优先降低污泥含水率来实现减量化，减轻无害化处理设备的负荷，降低成本。减量化后的污泥再进行无害化处理，废渣交至当地固废中心处理。解决思路（见图1）。

图1 解决思路图

2.1 污泥性质特点

2.1.1 污泥含水率分析含油污泥一般由油包水以及悬浮固体组成，体积巨大，靠静置脱水效果差，加之污泥成分受污水水质、处理工艺、加药剂等因素影响，处理难度高。污泥含水率的降低，将会减少污泥的体积，有利于减轻后续处理设备的负荷，同时降低成本。外运污泥含水率均在95%左右（见表1）。

表1 污泥含水率及状态

2.1.2 污泥组分分析气田污泥成分复杂，既含有大量泥沙，油泥絮状体，还有投加的各种药剂及形成的絮状体、设备及管道腐蚀产物和垢物等成分，静置后分为四层，顶部一层为含油浮泥，第二层为污油，第三层为清水，第四层为泥沙，每一层之间间隙模糊。通过对污泥的组分进行分析，污泥性质呈现三高一低的特点：含水率较高、含油率高、有机物含量高、含固率低（见表2）。

表2 污泥的组成分析结果

3 污泥减量化处理研究

3.1 减量化工艺选择

常用的污泥减量化脱水处理工艺有浓缩脱水、干化过滤、滤布过滤、机械脱水等，其中机械脱水又包括真空过滤、压力过滤、滚压过滤、离心过滤几种方式（见表 3）。

由表3各种常用污泥脱水方式的对比可知，自然干化是最简单易行的脱水方式，无需专业技术人员操作，无需加药等污泥调质过程，仅需要一定的晾晒场地即可，操作简单，维护工作量小，且投资、运行成本低，尤其适用于干旱、土地资源充裕的苏里格地区。所以污泥减量化处理工艺选择干化过滤技术。

3.2 自然干化技术

3.2.1 400 m3技术 400 m3污泥干化池，规格尺寸为40 m×8 m×1.8 m。工艺（见图2）。

（1）顶部蒸发。在干化池的顶部配套刮渣机，不定期清理表面油泥层，避免油层阻碍水分蒸发，有效提高污泥干化池的利用率及干化效率，缩短干化周期（见图3）。

（2）底部滤水。干化池底部采用三层滤层组合工艺结构，依次分步对油泥进行滤水处理。具体工艺为“粗砂+土工布+过滤砖”，粗砂是将污水中污泥、大颗粒物质隔离至粗砂表面；土工布是将粗砂与过滤砖隔离，防止沙子堵塞过滤砖；过滤砖采用树脂滤料板，用于过滤污泥中的污水（见图4）。

（3）侧面滤水。在干化池的四个侧面设置1、2道过滤墙（见图5），每道均匀分布8个1.2 m×0.8 m的过水洞（40目的过滤网），过滤网设计为可提升单块插入式，方便清洗维护。这样增大污泥干化池的滤水面积，加快污泥中污水的过滤速度，缩短污泥干化周期。

（4）预计效果。污泥干化池在正常运行情况下，处理厂内清运来含水率约98%的污泥，在5 d～10 d内污泥含水率可降至83%，污泥体积减少至原污泥的12%，干化效果明显，实现污泥减量化（见图6）。

表3 常用污泥脱水方法及效果和特点对比

图2 污泥干化池工艺

图3 刮渣机

图4 底部过滤层

图5 侧面过滤墙

图6 污泥干化历时效果图

4 污泥无害化处理研究

4.1 无害化工艺选择

目前含油污泥的无害化处理主要技术有：生物处理、固化处理、焚烧处理、溶剂萃取、热处理等（见表4）。

4.1.1 预处理技术含油污泥减量化后含水率83%，不符合热解装置含水率≤45%的进料条件，故热解前需通过机械分离实现进一步脱水减容或分离。但含油污泥一般都是稳定的悬浮乳状液体系，在机械分离前还需进行调质、筛分等处理将油水泥破乳分相，再进入三相分离罐沉降分离。经调质处理后的均质液态油泥进入高速离心机实现三相分离，然后进行热解技术处理。经机械离心分离后污泥含水率可降至40%左右，体积大大减小，为热解处理带来极大的便利。

4.2 热解技术

4.2.1 热解技术原理经螺旋式进出料密封方式，将油泥推入连续绝氧热解装置，通过特定的螺旋叶片，使内部物料在被推进的过程中得到充分的搅拌，可以实现物料的均匀热解,通过冷凝过滤系统收集油品的一种技术。热解析装置主要由干燥蒸馏单元、热解析单元、油水分离单元、废渣处理单元、空冷单元和控制单元共同组成。

表4 常用污泥无害化技术处理对比

4.2.2 设备指标（1）设计标准处理油泥能力2 m3/h；（2）上料器物料含水≤45%，不含其他大块固废；（3）采取强热快速加热方式，干燥蒸馏段温度达到205℃，热解温度510℃，可根据物料控制温度；热解器内停留时间 30 min，升温速度 40 ℃/min～55 ℃/min；（4）设备电器全防爆设计；（5）设备连接密封无泄漏，微负压运行；（6）人机界面自动化控制（PLC+PC）；（7）具有温度、压力、含氧量自动检测及报警系统。

4.2.3 工艺流程及说明（1）原料油泥密封进入预热器，与净化油气换热，回收油气热量并被预热后；（2）预热后油泥进入干燥蒸馏器被烟气加热到205℃，绝大部分液相被变成气相，固相进入热解器；（3）热解器内的油泥被加热到510℃，油被完全裂解成油气，固渣密封排出；（4）净化油气进入预热器，回收冷凝热，然后进入空冷器，空冷器冷却油气至常温，尽量回收凝析油，不凝气去燃烧器做燃料，冷凝液去油水分离器，污水送去烟气处理单元；（5）装置烟气被回收热量后进入烟气净化塔，与喷淋液逆向接触，其中的SO2、NOX、粉尘被液体吸收下来，净化烟气直接外排（见图7）。

5 预期效果

按污泥年平均产量5 000 m3计算，减量后体积为1 667 m3，机械离心预处理后体积降至357 m3。按照预处理后污泥量357 m3计算，每天处理量10 m3，连续运行36 d可处置完所有污泥，固体废渣产量250 m3，根据设备出料指标，固废的有机质含量2%～4%，易溶盐含量0.2%，液限50%等指标满足JTG D30 2004《公路路基设计规范》对含油污泥经处置后，作为公路路基土方：有机质含量≤5%；易溶盐含量≤0.3%；液限≤50%的技术指标，所以固废可直接用作公路路基填方。