油田含油污泥減量及無害處理技術研究
技術支持
隨著油氣田的不斷開發(fā)，油田廢棄污染物產(chǎn)生量隨之增加，其主要包括：鉆井作業(yè)產(chǎn)生的巖屑、廢棄泥漿等固體廢棄物；鉆試修井產(chǎn)生的含油污水；油氣管線刺漏、大罐清淤、隔油池清淤等產(chǎn)生的污油污泥。廢棄物中含有大量的石油類、硫化物、苯系物、酚類、蒽、芘等有毒有害物質(zhì)，某些具有致癌、致畸、致突變作用。其中的石油類組分揮發(fā)，使油田區(qū)域空氣環(huán)境總烴濃度超標；散落和堆放的含油污泥等污染地表水甚至地下水，使得水中的COD和石油類超標，同時加速土壤鹽堿化。油田廢棄污染物已被 列入危險廢棄物名錄（HW08、HW09），作為危險廢棄物進行管理，如不及時處理，將會會生產(chǎn)區(qū)域周邊環(huán)境造成不同程度的影響。歷年來含油污泥等廢棄物主要堆放在干化池進行蒸發(fā)固化、摻煤焚燒，隨著部分油田產(chǎn)出污泥中聚合物含量增加，摻煤焚燒難度較大，存在嚴重的環(huán)保隱患，面臨巨大的經(jīng)濟處罰壓力?！吨腥A人民共和國環(huán)境保護法》（2015年1月1日實施）對油田污染物的排放提出了更高的要求，要求油田廢棄物必須進行無害化達標處理。
國內(nèi)外含油污泥減量化處理工藝主要有自然干化法、螺旋壓濾法、箱式壓濾法、滾壓帶式壓濾法和離心機分離法。因各種減量化方法都具有其使用范圍，不具有普遍適用性，通過大量大量實驗確定減量化工藝采用“調(diào)質(zhì)+離心分離”技術，不但減量化效果好，且可大規(guī)?；厥蘸臀勰嘀械脑汀?/span>
無害化處置常規(guī)技術有熱萃取或浸取、LRET技術、固化填埋、微生物法降解、超聲波除油、超熱蒸汽噴射、直接焚燒、熱相分離、熱相干餾+回爐燃燒等技術，其中直接焚燒、熱相分離、“熱相干餾+回爐燃燒”處理含油污泥可以保證處理后固體殘渣和尾氣達到 規(guī)定的各項標準，實現(xiàn)含油污泥的無害化處置。
1 含油污泥的組成
油田含油污泥主要組成見下表：
油泥類型 | 含水率/% | 含油率/% | 含固相率/% |
罐、池底油泥 | 60～80 | 15～30 | 5～17 |
氣浮浮渣 | 95～98 | 0.5～2 | 1.5～4 |
落地油泥 | 15～30 | 1～2 | 70～80 |
主要成分為有機化合物，其它硫和重金屬等主要控制指標各油田有所差別，需根據(jù)處理后的產(chǎn)物確定處理方案。
2 減量化工藝
2.1 工藝確定
對各種減量化設備使用情況分析和實驗室研究發(fā)現(xiàn)，壓濾機這類設備可用于氣浮浮渣等高含水、低含油類油泥的減量，其余高含油油泥常規(guī)減量方法效果均不理想，篩選出“調(diào)質(zhì)+離心分離”工藝，它能夠很好地實現(xiàn)油水泥分離，分離后的產(chǎn)物含水率＜75%、含油率＜3%。
2.2 工藝流程
含油污泥通過提升泵輸送至均質(zhì)攪拌罐（加熱、加藥、加水）進行調(diào)質(zhì)，調(diào)質(zhì)完成后通過一級提升泵提升至二相離心機進行固液分離，液相至油水罐后通過二級提升泵提升至三相離心機，同時在含油污泥物性較好的時候可以直接采用三相離心機處理，分離后污水通過污水回收泵回收至站內(nèi)污水處理系統(tǒng)，污油通過污油回收泵回收至站內(nèi)污油系統(tǒng)，固相通過晾曬場晾曬后進行無害化處置。
2.3 應用試驗
2016年，該套設備在河南油田某聯(lián)合站進行中試試驗。
2.3.1 含油污泥性質(zhì)
本次試驗取污油池中上部懸浮油層進行處理，其中懸浮油層多為油泥聚合物和水組成，油質(zhì)黏度大，含水率為61.3%，含油率為23.67%，含固相率為15.03%。
2.3.2 現(xiàn)場中試試驗
2016年3月14日，對污油池中上部懸浮油層進行處理，同月15日、17日對工藝參數(shù)、復配藥劑劑量和溫度進行進一步優(yōu)化。
2.3.3 試驗結(jié)果哦
3月14日待系統(tǒng)穩(wěn)定后，每隔0.5h取樣1次，處理效果比較好。從3月15日開始降低加熱溫度至70℃，系統(tǒng)穩(wěn)定后，每隔1h取樣1次，處理效果比較理想，滿足設計指標。3月16日對系統(tǒng)進行清洗保養(yǎng)以及調(diào)試。3月17日開始把加熱溫度降為62℃，處理后砂中含油率控制在2%以內(nèi)；泥砂含水率控制在75%～80%之間，溫度、加藥合適情況下能保持在75%以下；凈化油含水率穩(wěn)定在3.5%以內(nèi)。
2.4 試驗結(jié)論
（1）“調(diào)質(zhì)+離心分離”是適合油田含油污泥減量化的技術。
（2）處理后的含油污泥含水率、含油率低，通過簡單晾曬效果更佳。
（3）回收原油純度較高，基本達到外輸要求。
（4）技術實施后大大降低了后續(xù)無害化處置負擔。
3 無害化工藝
3.1 無害化處理指標
對于無害化處置標準，除了黑龍江省于2010年12月24日發(fā)布的DB 23/T 1413-2010《油田含油污泥綜合利用污染控制標準》和陜西省于2016年5月9日發(fā)布的DB 61/T 1025-2016《含油污泥處置利用控制限值》外，國內(nèi)其余省市均未出臺專門針對石油行業(yè)的含油污泥無害化處理標準，故無害化處置控制指標遵循GB 4284-2018《農(nóng)用污泥污染物控制標準》中的各項標準。
3.2 無害化處理方法
3.2.1 直接焚燒
直接焚燒是指在高溫≥1100℃時，采用天然氣或者煤作為助燃劑，采用回轉(zhuǎn)窯等焚燒技術對含油污泥進行焚燒，含油污泥焚燒的主要處理對象為減量化后的油泥，通過焚燒處理后的油泥石油總烴含量＜3000mg/kg，處理后的產(chǎn)物體積很小。通過檢測，若重金屬不超標，可用于鋪設井場和井場路或者直接外排。
該工藝優(yōu)點：較大程度的減量化、無害化，對原料適應性強。
缺點：能耗高，設備投資高，工藝技術要求高，處理綜合費用高（約合1000元/t）。
3.2.2 熱相分離（TPS）技術
TPS設備采用間接加熱的方式從油泥中分離出水和烴。在整個過程中，燃料燃燒火焰都不會與烴污染物料接觸。燃料氣體的燃燒在燃燒室中進行，燃燒室是包圍在提取管外部的密閉殼體，其對外部環(huán)境絕熱，對內(nèi)部通過提取管鋼制外壁對油泥進行間接加熱。提取管的設計和組成均采用專利技術，確保整個過程不會發(fā)生有害氣體的泄漏并且不會產(chǎn)生新的有害氣體。當燃料氣體采用天然氣時，TPS系統(tǒng)排放的煙氣與大型鍋爐相同。
熱相分離過程包括熱解和冷凝兩個階段。
階段：熱解。含油污泥由料斗給料，通過旋轉(zhuǎn)槳式氣鎖調(diào)節(jié)進入提取管的油泥量，油泥由螺旋輸送機沿著提取管輸送，此過程中被加熱到必要溫度使其中的油相和水相得到蒸發(fā)。
提取管頂部和底部設有一系列的熱電偶，來提供提取管中溫度實時數(shù)據(jù)，并可按設定條件進行自動調(diào)整，以保證提取管內(nèi)的溫度，從而確保油泥中的烴類污染物得到有效的解吸。
第二階段：冷凝。包括對解吸出來的混合氣體的冷卻和冷凝兩個過程。將從提取管中解吸出來的混合蒸汽導入冷凝罐，采用循環(huán)工業(yè)冷卻水進行冷卻和冷凝，經(jīng)過這兩步處理，混合蒸汽被冷凝成水和油的混合液。
在冷凝階段，會有部分輕烴不能被冷凝，稱為不凝氣。該部分氣體含有大量的丙烷、丁烷、甲烷、一氧化碳和過量的氧氣。該部分氣體的量與進料中烴的濃度成正比。不凝氣經(jīng)一系列的脫水、凈化后，作為補充燃料用于物料的加熱，從而減少燃料的需求。
冷凝后的混合液進入油/水分離器，分離出的烴類物質(zhì)泵入儲罐進行儲存，水分則用于冷卻并加濕TPS出料，使處理完的固體物料溫度降到70℃，含水率調(diào)整到10%～15%，以防止物料輸送過程中產(chǎn)生揚塵。
將液體流（包含提取出的烴）導入油/水分離器，然后將分離出的烴過濾并泵入儲罐。
處理后的干泥中總石油烴（TPS）含量＜3000mg/kg，回收的油品雜質(zhì)（BS&W）含量＜1%。
該工藝在國外已成熟應用，能實現(xiàn)連續(xù)平穩(wěn)運行，對原料適應性強；但設備投資高，國內(nèi)暫時無成熟設備，處理綜合費用較高（約合750元/t）。
3.2.3 “熱相干餾+回爐燃燒”工藝
“熱相干餾+回爐燃燒”工藝是將油泥熱相分離，在250～350℃將其中的氣態(tài)物質(zhì)（烴類物質(zhì)）和固態(tài)物質(zhì)（泥砂和固定碳、膠質(zhì)物質(zhì)）分開處理。氣態(tài)物質(zhì)經(jīng)冷凝等過程處理后，其中的可冷凝部分（混合油）回收利用；不能冷凝部分經(jīng)安全裝置進入燃燒器，在燃燒室中充分焚燒（焚燒溫度＞1100℃），經(jīng)煙氣處理系統(tǒng)處理后達標排放；分離后的固態(tài)物質(zhì)經(jīng)輸送系統(tǒng)至燃燒室深度分離，作為泥砂可用于填充井場和井場道路。蒸餾后分離出的水經(jīng)油水分離器分離后用作除塵器循環(huán)水和冷凝器冷凝水，多余部分進入油田水處理系統(tǒng)，從而實現(xiàn)油泥砂的完全無害化處理。處理過程安全，全封閉、無輕烴氣溢入大氣，各項排放完全達標，實現(xiàn)自體循環(huán)，不需借助外系統(tǒng)實現(xiàn)無害化處理。
該工藝通過焚燒的方式實現(xiàn)無害化，焚燒的熱量可為干餾分離提供熱量，對熱能充分利用，減少能耗；對原料適應性較強；設備投資少，處理費用相對較低（約合600元/t）。然而該工藝連續(xù)運行2個月需進行1次維護（1次維護耗時約15天），因維護時間稍長和維護成本相應增加，該工藝應用較少。
4 結(jié)論
（1）油田含油污泥采用“調(diào)質(zhì)+離心分離”工藝處理后固態(tài)產(chǎn)物中含水率＜75%，含油率＜3%，分離原油含水率＜5%，減量化效果較好且實用性較強。
（2）直接焚燒、熱相分離、“熱相干餾+回爐燃燒”三種無害化處理技術均能滿足GB 4284-2018《農(nóng)用污泥中污染物控制標準》中要求的石油類＜3000mg/kg干污泥的指標，其余指標和原料有關，若超標可采用固化等手段進行再處理。
