含油污水旋流除油技術(shù)

1．技術(shù)開發(fā)背景

隨著國內(nèi)油田大都進(jìn)入二次開采的末期和三次開采階段，原油乳化?重質(zhì)化日趨嚴(yán)重。一方面，隨著三次采油技術(shù)的被逐漸應(yīng)用，采出液多為水包油乳狀液或水包油與油包水交替出現(xiàn)的復(fù)雜乳狀液，采油過程中大量注聚物、化學(xué)助劑的加入，使得原油脫鹽、切水難度大大增加；另一方面，國內(nèi)原油加工量的不斷提高，進(jìn)口原油，特別是中東等高含硫重質(zhì)原油的摻煉比例持續(xù)增加，進(jìn)一步加劇了國內(nèi)煉油企業(yè)原油重質(zhì)化?劣質(zhì)化的趨勢?

原油的重質(zhì)化和劣質(zhì)化特別是乳化問題，嚴(yán)重影響著煉廠的安全平穩(wěn)生產(chǎn)，造成含油—蒸餾裝置操作難度越來越大，尤其是含油切水帶油問題益發(fā)突出。含油切水帶油問題已成為國內(nèi)煉油企業(yè)所面臨的迄待解決的一大難題，含油裝置污水已成為煉油企業(yè)污水、污油的主要來源之一。近年來，國內(nèi)幾乎所有的煉油企業(yè)都出現(xiàn)了含油裝置切水嚴(yán)重帶油問題，所帶來的直接后果就是大大增加了煉油廠重污油量、裝置加工損失增加、污水污油處理難度增加，污油回?zé)拰?dǎo)致煉油裝置操作不穩(wěn)，而相應(yīng)的環(huán)保問題也日益凸現(xiàn)。

國內(nèi)煉油企業(yè)污水處理一般仍采用“老三套”技術(shù)， 即“沉降、隔油—浮選—生化”。該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是造價較低；缺點(diǎn)是占地面積大，油水分離效果差，對污水中溶解油、乳化油和分散油不能有效去除。隨著重質(zhì)、劣質(zhì)原油摻煉比例不斷提高、含油污水乳化程度加劇，該設(shè)施已不能滿足清潔生產(chǎn)要求。

因此在環(huán)保要求越來越高和原油價格居高不下的情況下，開展含油裝置含油污水綜合處置技術(shù)研究，開發(fā)新型污油、污水處理裝備，可以有效回收利用原油資源、降低裝置加工損失和實(shí)現(xiàn)裝置污水的達(dá)標(biāo)排放，減輕含油污水對后續(xù)污水處理廠的沖擊和二次污染，經(jīng)濟(jì)效益和社會效益將十分顯著?

2  旋流分離技術(shù)簡介

旋流分離技術(shù)被普遍認(rèn)為是一種高效節(jié)能分離技術(shù)，其關(guān)鍵部分是旋流分離器，簡稱旋流器。旋流器可用于液-液、固-液、氣-液／液-氣、液-液-固、液-液-氣等非均相混合物的澄清、增濃或切水、分級、洗滌等等分離過程。旋流分離器結(jié)構(gòu)簡單，沒有運(yùn)動部件，制造成本低，工作可靠，維護(hù)費(fèi)用低，能耗少，所占空間小，效率高，應(yīng)用廣，無污染。推廣旋流分離技術(shù)對增效節(jié)能、減少環(huán)境污染、提高社會經(jīng)濟(jì)效益具有重大的意義。

旋流分離技術(shù)的技術(shù)特點(diǎn)可概括如下：

① 結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)備緊湊、占地面積?。?/p>

② 成本低（包括制造成本、維護(hù)費(fèi)用、能耗方面）；

③ 安裝方便（旋流器可任意角度安裝）；

④ 操作簡單、工作可靠、維修方便；

⑤ 分離效率高、自動化程度強(qiáng)（可連續(xù)性操作、易清洗、易于實(shí)現(xiàn)自動化）；

⑥ 適應(yīng)性好、用途廣，生產(chǎn)及調(diào)節(jié)范圍寬（并聯(lián)可增加生產(chǎn)能力，串聯(lián)可提高產(chǎn)品質(zhì)量，操作溫度及壓力不受限制）。

旋流分離技術(shù)作為一種高效節(jié)能型分離技術(shù)，主要可分離液固、液液（如油和水體系）、氣液、氣液固多相體系，其應(yīng)用范圍極為廣泛。與其它除油技術(shù)相比，旋流除油技術(shù)具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、除油效率高、無運(yùn)動部件、使用壽命長、流程密閉無污染等優(yōu)點(diǎn)。

表1中列出了在石油化工領(lǐng)域中的典型應(yīng)用。

3. 含油污水油水分離需要考慮的幾個物性參數(shù)

從含油含油污水含油形態(tài)分析來看，重力沉降難以對含油污水含油進(jìn)行有效分離，因此必須采用更為有效的旋流分離方法。含油污水的性質(zhì)對旋流器性能的影響包括油滴粒徑分布、污水粘度和溫度、油水密度差等因素。

⑴ 溫度

溫度升高，一方面液體介質(zhì)粘度會下降，有利于油水分離；但另一方面溫度升高，油滴的粘度下降，表面張力減小，油滴的變形和破碎的可能性加大，使油水分離變得更加困難。溫度過低，原油增加。一般認(rèn)為液液分離中，分散相油滴的動力粘度超過30mPa·s時，油水分離會變得較為困難。原油與水的分離實(shí)驗(yàn)表明，含油污水介質(zhì)在50~70℃時，對旋流器的分離性能沒有顯著影響。

含油含油污水一般控制在50℃，根據(jù)操作情況，可以做適當(dāng)調(diào)整。

⑵ 油水密度差

油水旋流分離是依靠油水之間的密度差，利用污水在旋流管內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力場將油滴從水中分離出來。油水兩相密度差越大，分離越是容易；密度差越小，分離越難。一般而言，旋流分離技術(shù)適用于兩相密度差>50kg/m3的分離情況。

含油切水溫度在50℃左右，在此溫度條件下，油水兩相的平均密度差Δρ>100 kg/m3，滿足旋流分離的兩相密度差條件。

⑶ 粘度

此處粘度條件主要指得是（油水混合）污水的平均粘度。粘度的大小直接決定了旋流器的分離性能和阻力降。

從實(shí)際情況來看，含油污水在50℃狀態(tài)下動力粘度<1mPa.s，低于20℃下清水粘度，對于旋流分離來說處于一個比較有利的粘度范圍。

4．工業(yè)應(yīng)用條件

⑴常減壓裝置含油切水操作（提供）參數(shù)

①     切水量：最大35t/h，平均25 t/h，最小10 t/h。

②     切水溫度：70℃～90℃。

③     含油量：最大10000mg/l，正常350 mg/l，最小30 mg/l。

④     原料油密度：0.9288～0.8585g/cm3。

⑤     切水壓力：冷卻器前1.0MPa，冷卻器后0.6MPa。

⑵ 污水旋流分離工業(yè)試驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)指標(biāo)

①  進(jìn)料壓力：1.0MPa

②  處理能力：3.5 t/h

③  切水溫度：70℃～90℃。

④  進(jìn)料含油：<10000mg/l

⑤  總壓降（排水）<0.4 MPa

⑥  凈化水含油：<400ppm

⑦  凈化水外排：3.22 t/h；回罐污油（含水）：0.28 t/h

4.1工業(yè)應(yīng)用流程

考慮到含油裝置污水含油濃度波動幅度較大，為確保試驗(yàn)過程中分離后外排凈化水達(dá)到裝置排放標(biāo)準(zhǔn)，試驗(yàn)流程為兩級串聯(lián)處理，也可進(jìn)行單級處理。圖3、圖4分別為單級、兩級串聯(lián)試驗(yàn)方案流程簡圖和現(xiàn)場實(shí)際安裝照片。

4.2  工業(yè)應(yīng)用結(jié)論

⑴ 分析結(jié)果達(dá)到了原設(shè)計(jì)指標(biāo)，分離效率高于原估算值。

⑵ 在進(jìn)液含油濃度變化范圍比較大的情況下，所設(shè)計(jì)新型軸流式旋流器具有很好的適應(yīng)性，操作彈性較大。

⑶ 根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果估算：

① 在旋流分離器入口含油濃度<5000 ppm，旋流凈化后外排水中濃度可以控制在200ppm以下，滿足裝置外排要求。

② 在含油切水正常情況下，切水含油濃度穩(wěn)定在350~500ppm時，旋流凈化后外排水中含油濃度可以降低至50 ppm。

5 .含油污水旋流除油技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用

根據(jù)工業(yè)試驗(yàn)結(jié)果及實(shí)際工藝技術(shù)要求，含油污水旋流除油裝置設(shè)計(jì)中需要重點(diǎn)解決三個問題：

（1）壓降要小，防止因系統(tǒng)憋壓而影響含油罐操作；

（2）切水含油濃度范圍較寬，幾百到數(shù)千、甚至幾萬ppm；

（3）含油且切水量變化較大，分離器必須能夠?qū)崿F(xiàn)寬流量操作。

實(shí)際工業(yè)應(yīng)用中充分考慮了軸流式旋流器的高效率、低壓降、操作彈性大的特點(diǎn)，采用了兩級旋流分離方案，無泵操作，流程方案簡圖如圖7所示。

5.1 含油污水旋流除油技術(shù)工業(yè)應(yīng)用結(jié)論

工業(yè)應(yīng)用結(jié)果表明，由于所開發(fā)的含油污水旋流除油技術(shù)采用了新型高效軸流式旋流管，切水旋流除油裝置具有以下顯著特點(diǎn)：

⑴ 在除油裝置入口含油濃度<5000 ppm，旋流凈化后外排水中濃度可以控制在200ppm以下，滿足裝置外排要求。

⑵ 國內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)了原油含油裝置含油切水的除油裝置化處理工藝技術(shù)，成套裝置分離效果好、壓降低、自動化程度高、操作彈性大、適應(yīng)性好。

⑶ 工業(yè)應(yīng)用結(jié)果證明，對于自主開發(fā)的含油切水旋流分離技術(shù)，在不增加能耗、不添加任何化學(xué)藥劑的情況下實(shí)現(xiàn)了含油裝置含油污水的就地處理和達(dá)標(biāo)排放，實(shí)現(xiàn)污油的就地回收，有效的減少裝置加工損失，降低污水處理廠的負(fù)荷、處理成本和二次污染，經(jīng)濟(jì)效益和社會效益十分顯著