含油污泥工程化处理工艺技术研究

2018-02-01齐加胜黄欣欣

石油化工应用 2018年1期

齐加胜，黄欣欣

（1.南京理工大学紫金学院微波热解研究所，江苏南京 210023；2.甘肃新鑫能源工程有限公司，甘肃庆阳 745000）

含油污泥是油田开发，油品储运及油品炼制加工过程中产生的主要污染物之一，含油污泥成分复杂，含有大量老化原油、沥青质、胶质、石蜡、悬浮固体以及各种酸性、腐烛性药剂，具有难降解、有毒、有害等特点，含油污泥直接堆放在自然环境中，会造成土壤、植被和水体等生态系统的污染。在我国，2008年8月制定并施行的《国家危险废物名录》中明确规定石油开采和炼制过程中产生的油泥为危险废物（HW08）。油田含油污泥体积庞大，成为国内外亟待解决的一大难题[1]。

1 含油污泥主要处理工艺技术

1.1 溶剂萃取处理工艺

含油污泥萃取分离技术是利用“相似相溶”原理，将有机溶剂按一定比例加入油泥中，提取油泥中的油相组分，溶剂与油的混合物通过蒸馏法分离[2]。萃取分离是一种简单、高效的油泥资源化回收利用的最终处置技术，分离过程相对耗时短。但萃取分离需要应用大量的溶剂，处理成本高，环境影响大。油泥品种的多样性、复杂性，需要研制不同的有机溶剂进行萃取，特别在大规模应用方面，无法形成工程化。

1.2 破乳处理工艺

破乳主要是利用试剂或外力，降低油水之间的界面张力，将大的油水公共体分隔成小的油水公共体，分隔的越小，界面膜破裂的越彻底，水和油就会分离开来，从而实现油水分离。主要方法有化学方法破乳、超声破乳、微波破乳等，其中化学破乳法是国内应用较成熟的工艺方法之一[3]。但这些方法不能将油泥中油水分离后，油、水、泥三相达标使用。甚至很多情况下，无法实现破乳效果，主要原因是油泥中添加剂太复杂，在油包水的外围形成稳定的弹性结构体，使试剂或外力无法进入油包水。

1.3 含油污泥调质-机械分离技术

调质、脱水是含油污泥处理系统必不可少的环节。高含水量的含油污泥不能直接进行机械脱水操作，必须先进行调质，通过调质-机械分离，使含油污泥实现油-水-泥的三相分离[4]。调质-机械分离技术是一种比较成熟的含油污泥处理技术，油的回收率较高，由于不同地区含油污泥的成分不同，药剂需要和脱水机械相适应，同时要优化药剂的种类、投加数量及脱水机械的运行参数。该技术的处理速度较快，对于含油量较高的含油污泥处理效果较好，但是当油泥含油量较少时，离心分离经济效益不佳。

1.4 焚烧处理工艺

焚烧处理工艺是热处理工艺的一种常用方式。焚烧前含油污泥须经过污泥调制和脱水预处理，在投加絮凝剂的作用下，经搅拌、重力沉降后，分层切水，浓缩预处理后的污泥，再经设备脱水、干燥等工艺，将泥饼送至焚烧炉进行焚烧[5]。

该工艺的优点是污泥经焚烧后，能去除多种有害物，处理比较安全，减少了对环境的危害，废物减容效果好；缺点是焚烧过程中会产生二次污染，释放的热能大都没有回收利用。

1.5 热解处理工艺

热解处理技术是指含油污泥在绝氧的条件下加热到一定温度，使烃类物质在复杂的水合和裂化反应中分离出来，并冷凝回收轻质烃，固液分离后回收重质烃的过程。该工艺对含油污泥处理的比较彻底，油回收率高，处理后的污泥含油可达3‰以下可直接填埋或作为建材原料，已经在壳牌、BP等大石油公司成功应用[6]。

该工艺对油泥的含油率和含水率要求较高，特别是含水率，一般含水率高于40%，直接热解效率很低。含油率大于10%，油气冷凝系统非常庞大复杂，热解效率较低。

1.6 填埋处理工艺

含油污泥安全填埋是利用不具有渗透性的厚黏土层、人造内衬将油泥与空气、水体隔离开来，在安全填埋的底层还设置有渗滤液收集系统，达到油泥与环境生态系统最大限度的隔绝[7]。

虽然填埋法处理油泥成本低，但填埋法仍然无法避免渗滤液污染地面及地下水的可能，还会占用大量土地。填埋法无法资源化利用油泥，当含油污泥无法进行其他方式处置时，才考虑使用填埋法，为了保证填埋的安全性，油泥常需脱水。

1.7 固化处理工艺

固化技术是在含油污泥中加入固化剂，使其发生一些稳定的不可逆的物理化学反应，固化其中的部分水分和有毒物质，以便堆放储存和后续处理。理想的固化产物应该具有良好的机械性能和抗浸透、抗浸出、抗干湿、抗冻抗融等特性[8]。

水泥固化是目前最成熟的固化技术，为了实现油泥资源化使用，进行固化前，将油泥中含油率降至3‰以下，制成水泥砖，用于油田及相关区域建设。

2 油泥危废处理中心处理方案

油泥危废处理中心，即有危险废物处理资质的单位，专业从事油泥的无害化、资源化、工程化处理企业。以年处理量达5×104t以上的规模企业为例，介绍油泥处理工艺方案。

油泥来源有很多种，如石化厂、采油厂等，这些企业送到油泥危废处理中心的油泥都是经过破乳、三相分离等传统处理后，含油率低于20%无法处理的油泥。根据油泥的含水率，将含水率低于40%的油泥，称为固态油泥，主要来源为落地泥，采用热解处理。将含水率高于40%的油泥，称为流态或半流态油泥，主要来源为清罐泥，采用破乳、三相分离、干燥、热解复合工艺处理。处理后油泥分为三相，油、水、泥，其中油为渣油作为燃料或炼油原料；水中含有部分油、泥，需要进一步处理，合格后循环使用；泥作为水泥砖原料，制砖用于油区或相关区域。

2.1 固态油泥处理工艺

固态油泥采用热解工艺处理，主要涉及原料、工艺和设备。油泥热解有两种方式，一种是间歇式热解，一种是连续式热解。间歇式热解设备处理工艺是进料、热解、冷却、出渣，优点是设备稳定可靠、对物料要求不严格，如大颗粒黏性油泥、杂物（含油泥鞋子、编织袋），缺点是能耗大、周期长、性价比低。连续式热解设备处理工艺是连续进料、热解、尾渣冷却、连续出渣，优点是设备稳定可靠、处理量达到3 t/h、能耗低，缺点是物料颗粒度小于20 mm，设备一次投资大。两者有很好的互补性，是油泥危废处理中心必备设备。

固态油泥连续热解包括破碎筛分、热解、冷凝、尾渣处理、尾气处理（见图1）。

油泥连续热解前进行预处理，包括挑选大颗粒杂物、破碎，目的是保证油泥的均匀进料。首先挑选出大颗粒杂物，如鞋子、树根等，采用旋转分筛设备和人工辅助，得到颗粒度小于20 mm的油泥颗粒。通过螺旋输送至热解设备，平铺在输送带上，逐步加热至600℃，实现水分挥发、表面吸附小分子轻烃脱除、矿物油挥发、矿物油重质组分热解，通过冷凝系统冷凝实现油、水回收，其中不可凝气体作为燃料二次燃烧，产生的气体进行脱硫脱硝处理，达到危险废物焚烧污染排放标准-GB18484-2001合格排放。

油泥热解完成后，产生尾渣，温度高达500℃，含C量很高，遇氧易燃，需要进行无氧冷却处理，将温度降至常温，作为建材原料，制水泥砖，用在油区或相关区域。

2.2 流态或半流态油泥处理工艺

图1 固态油泥热解工艺图

流态或半流态油泥含水率高于40%，不能直接进行热解，一般进行破乳、三相分离、烘干，得到固态油泥，进行热解，如2.1所述。根据油泥特性，特别是含油率，油泥危废处理中心得到了油泥含油率一般小于20%，含水率40%～80%，含固率10%～40%，其中油主要为乳化油，需要多次破乳分离，得到的渣油中含有大量聚合物，油品经济价值很低，破乳分离的目的是将渣油尽可能的从油泥中分离出来，实现油泥的减量化。破乳分层、三相分离后得到水，一般含有大量的絮凝剂、添加剂，成分复杂，不能直接回用，需要进行除油、除尘、中和等处理。破乳后的油泥，经过三相分离后得到的泥中，含油率一般低于5%，含水率75%～85%，经过烘干，得到含水率低于40%油泥，进入热解。

流态或半流态油泥三相分离包括加热分层、破乳、三相分离、干燥处理（见图2）。

该工艺过程中，破乳分层难度很大，破乳本质就是油、水、泥在破乳剂作用下发生物化反应，打破原有分子集团，分别独立运动，并和周围的同类属性物质聚集在一起，形成新的分子集团，即实现三相分离。其中分子原有集团的打破和分子独立运动需要外界提供动力，如离心力、微波、超声波、电磁场等，每个分子集团都有自己的固有界面力，因此不同的油泥组织结构，提供的破乳剂、力不一样，需要更深入的研究。

图2 流态或半流态油泥三相分离处理工艺图

油泥危废处理中心得到的油中，轻质油、重质油含量小于30%，而且没有独立分开，其中含蜡、沥青、聚合物、灰尘、水，热值在15 MJ/kg左右，作为低热值燃料，为破乳提供能量，同时严格按照危险废物焚烧污染排放标准-GB18484-2001处理即实现油泥资源化使用。如果得到油品质量较好，可以直接送往炼油厂。

油泥危废处理中心得到的水，成分复杂，传统的污水处理，隔油-混凝气浮-生化-过滤，难以去除水中油、悬浮物，建议首先采用膜过滤，剔出其中油、大颗粒悬浮物等，然后进行上述污水处理，实现水循环使用。其中剔出的浓度较高的油、悬浮物、水，含有较低热值，作为燃料处理。

油泥危废处理中心得到的泥，干燥后，进行热解。油泥干燥需要在密闭容器中进行，挥发出来的气体，经过冷凝，生成油水混合物。其中不可凝气体，送往燃烧室作为燃料，同时油泥黏性大，需要有降黏措施，防止黏壁，保证设备正常运行。

流态或半流态油泥处理的核心是实现油、水、泥三相分离，并分别处理，实现油、水、泥的减量化、无害化、资源化、工程化处理。