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油田含油污水处理现状及综合利用技术

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油田 含油 污水处理 现状 综合利用 技术
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28 石油规划设计 第 1 6 卷第 4 期 科 技 * 党 伟,男, 1962 年生,高级工程师。 1983 年毕业于西南石油学院油田化学专业,现在中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院地面所工作。通信地址:北京市海淀区学院路 31 号中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院地面所, 100083 党 伟 * 羊东明 中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院 中国石油化工股份有限公司西北局 党 伟等 . 油田含油污水处理现状及综合利用技术 . 石油规划设计, 2005 , 16 ( 4 ): 28 ~ 30 摘 要 对各种多余污水处理技术的特点和适用范围进行了分析。根据部分油田的供水现状、污水性质和废热利用职权现状,提出了利用天然气发电机或锅炉产生的大量高温废气 , 将多余污水加热蒸发并冷凝成工农业生产用水的汽、液、固三相流的技术。介绍了采用该项技术的关键工艺及新型蒸发器的工艺原理、流程,并对照传统的污水回 灌技术对其进行了经济分析和评价。 关键词 油气田 污水处理 生物 软化 水冻 蒸发 工艺技术 流程 分析 经济评价 油田多余含油污水处理技术的发展,国内外各油田经历了从排放 — 自然蒸发 — 回灌 — 生化处理 —综合利用的发展历程。开发出了多种多余污水处理技术,特别是对多余含油污水蒸发处理综合利用技术,本文将作重点介绍。 国内外含油污水处理技术 除在国内油田已普遍采用的污水回灌处理技术,国内外还有多种污水处理技术。 1 污水生化处理技术 从 20 世纪 90 年代起,我国部分油田开始进行生物污水处理技 术工程化应用和试验研究。胜利、大港油田进行了生物接触氧化加污泥回流处理技术,粉煤灰吸附加生物氧化塘技术的工程应用,取得了好的成效。河南油田、冀东油田开展了厌氧、好氧的 A/O 新型处理工艺技术的现场小试,取得了初步成效。目前矿化度小于 10 000 的含油污水生物处理技术已基本成熟,处理后的污水达到国家污水外排标准,但不能达到生活用水水质标准。 生物法处理含油污水的优点是:处理成本低,工艺设施简单,日常维修费用低。缺点是:一次投资较高,约 1 000 元 /m 3 ;油田企业对生物处理技术的运行管理经验不足;对含油 污水盐含量和氯离子含量要求较高,排放地点受当地水体影响大。 2 污水软化回用技术 该技术是将污水通过一系列的气浮过滤净化后,投加 及阳离子聚合物进行化学反应;沉淀、过滤后再进入一级、二级弱酸离子交换器,使污水硬度由 50 降到 ,悬浮物及含油均达到锅炉用水水质标准。 该项技术具有可将污水综合利用,节约清水资源,减少污水外排的优点;缺点是处理工艺比较复杂,处理成本较高。 3 冰冻法 冻 - 融 / 蒸发技术通过对污水进行冷冻和解冻,分离出溶解固体、金属和化学物质。净化后的水,可以重新使用。 处理过程为当环境温度低于 0 ℃时,将水喷洒在冷冻板上,总溶解固体( 浓度高的盐水从冰上分离出来。当环境温度上升至 0 ℃以上时,冷冻板上的冰融化成净化水。在夏季,蓄水池自然蒸发取代冷冻处理过程。 例如, 阿莫科公 司在圣胡安盆地有 水经该设施处理后, 度由 11 600 油田含油污水处理现状 及 综合 利用技术 科 技 石油规划设计 2005 年 7 月 29 降至 200 ~ 1 500 ,降低 92% 。此外,有机物质和金属含量也明显下降。据美国能源部估计水处理和处置成本为 0. 25 ~ 0. 6 美元 / 桶,而新墨西哥州目前的处置费约 1 美元 / 桶 。 4 把油田采出水处理成灌溉和饮用水技术 美国加利福尼亚的 田研发了一种新工艺。该工艺包括气浮、净化、软化、过滤、反渗析和水恢复,把悬浮固体含量约 6 900 、二氧化硅含量 250 、可溶油含量 170 、硼含量20 ~ 30 ,并含有 H 2 S 的污水,处理成灌溉和饮用水。 主要工艺过程:经过气浮装置除去分散油的水进入熟石灰装置,清除二氧化硅,并加入适量的凝结剂使水质净化,加入酸使 p H 值下降;再进入浮石过滤器进一步清除残余油滴和悬浮固体;然后通过两个串联的沸石软水器 和一个弱酸软化器来软化水质;软化水进入两个串联的过滤器进一步处理后,进入反渗析装置( ;经反渗析的水经除硼,得到符合灌溉的水;经过加氧、加钙和镁处理后,得到符合标准的饮用水。 按 7 950 m 3 / d 水处理厂计算:建设投资 700 ~ 900万美元。处理每桶水的化学剂成本为 3 ~ 5 美分;如果加上电费和更换膜等费用约为 6 ~ 8 美分;如果不需要除硼工艺则成本更低。 含油污水蒸发处理 综合利用技术探讨 1 含油污水蒸发处理综合利用可行性 污水蒸发处理的主要成本是燃料的消耗,根据目前各油田均有大 量的加热炉和燃气发电设备,其燃烧产生的大量高温废气全部排到大气中,不仅造 成热能的浪费而且对环境也造成污染。如塔河油田现有 13 然气发电机 4 台,单台天然气发电机排出烟气量为 k g/h ,排出的烟气温度达到 488 ℃。油田多余含油污水温度为 70 ℃, 4 台发电机排出的废热,每天可蒸发污水约 t 。如果采用多效蒸发工艺则可回收和节约大量热能,处理的污水量还将增加。对于有条件的油田,采用该技术经济上应是可行的。 2 污水加热蒸发处理技术 由于污水含有大量的盐类和成垢离子,当加热蒸发处理达到沸腾时 ,盐及垢大量析出,一部分盐及垢快速附着在蒸发装置壁面上形成晶垢层。此垢层在蒸发过程中将不断增厚,导致传热降低,以致热量难以传递,必须停产检修。如何解决含盐水蒸发设备中的结垢问题,近年来在精制盐及其它化工食品行业采取了汽、液、固三相流新型蒸发工艺技术,取得了较好的效果。因此,在多余污水蒸发处理中借鉴汽、液、固三相流新型蒸发工艺是可行的,工艺流程见图 1 。 3 三相流新型蒸发工艺流程污水处理过程 ( 1 )多余污水首先进入反应水罐并加入药剂,沉淀出污水中存在的钙、镁、碳酸根、硫酸根等成垢离子,使之形成对环境无害的碳 酸钙、碳酸镁、硫酸钙、硫酸镁。 ( 2 )余下的纯盐水由泵提升进入余热换热器,利用蒸发出的蒸汽热量使污水升温后再进入蒸发器。 ( 3 )在蒸发器内,由天然气发电机排出的高温废气对污水进行加热,使之沸腾蒸发。高温废气换热后排入大气,浓缩后的污水循环蒸发,最后得到工业盐氯化钠和氯化钾。 ( 4 )蒸发器排出的高温蒸汽进入余热换热器,利用蒸汽的热量使污水温度得到进一步提高,蒸汽温度得到下降。 ( 5 )降温后的蒸汽进入冷凝器进行冷却,得到的清洁淡水进入净化水罐用于生活和生产。 4 汽、液、固三相流蒸发器的工作原理 惰性粒子流化 床蒸发器即汽、液、固三相流蒸发器是将流态化技术应用于蒸发过程而开发出的一种新型蒸发设备。它是以加热管内的惰性粒子作为流化介质,使其与液态或汽液混合态的工质形成多相流,改善流体的流动状态,从而强化传热。根据粒子的流化形式不同,可将其分为非循环型流化床蒸发器和循环型流化床蒸发器两种形式。循环型流化床蒸发器根据粒子的流化循环方式,又分为内循环型流化床蒸发器和外循环型流化床蒸发器两种形式。由于加入了惰性固体粒子,强化了传热,降低蒸 发 装 置 净 化 水 罐 污水预 热装置 蒸汽冷凝装置 反应水罐 降温废气 高温废气 预热后污水 蒸汽 排盐口 加碱 排出碳酸 钙 污水提升泵 图 1 污水蒸发工艺示意 30 石油规划设计 第 1 6 卷第 4 期 科 技 了盐垢在设备内壁的结垢趋势。该设备不仅在传热及防、除垢方面有较强的优势,而且具有生产能力强、设备利用率高和操作稳定等优点。 5 汽、液、固三相流技术与装备的关键技术 汽、液、固三相流技术与装备的主要关键技术是选择与确定惰性固体粒子的种类、尺寸、形状、浓度和最佳流化速度,确保惰性固体粒子不流失,且不增加设备用电功率。在保证惰性固体粒子在管束中分布均匀、磨损小;防止污水中原油对惰性固体粒子的黏附;防止设备腐 蚀及确定系统运行参数和设备结构的最优化值范围等方面,还须进一步研究。 6 经济效益分析 利用高温废气的热量蒸发处理多余污水工艺与回灌处理工艺相比有较明显的经济效益。以处理 1 000 m 3 /d 污水量为基准进行分析。 ( 1 )采用污水回灌处理方式效益分析 如每口回灌井注水 500 m 3 /d ,回灌井深 1 900 口注水井。其初期投资:钻井费用 684 万元;回灌井井下管柱及射孔费用 230 万元;地面管线部分费用 50 万元;合计约为 964 万元。 由于各油田所选择的回灌地层容量不同,以平均可容纳 7 年的污水回灌量计算, 7 年后必须重新寻找注水层位并新建设回灌井等配套设施。按 14年的污水处理年限估算,最终污水回灌井需要将近约 2 000 万元的建设投资。 污水回灌处理必须使用耗电量较高的高压注水泵,加上各种维修 、人工、设备折旧等成本各油田注水成本基本在 6 ~ 10 元 /m 3(主要是各油田因地层注水压力不同所导致的电耗和设备折旧有较大差别)。以注水成本 6 元 / m 3 计,年运行费用约为 219万元 / a 。 ( 2 )采用蒸发处理多余污水工艺经济效益分析 蒸发处理工艺主要利用高温废气的热量达到处理污水的目的,本身消耗能量极少(主要是少量的电力)。不仅可节约污水回灌的所有费用,而且可回收 1 000 m 3 /d 清水代替地下水。 投资费用约 1 000 万元;运行费用:折旧按 14年计每年费用约 71 万元 /a ,其它(工资、维修、电费等) 50 万元 / a ,共 计约 121 万元 /a ;蒸发工艺产生清水 1 000 m 3 /d ,元 / a 。 如果考虑把污水含有的盐进行回收分离用于工业用盐,则经济效益会更加明显。 ( 3 )社会及环境效益 有效利用了高温废气的热能,净化了烟气保护了大气环境;有效利用不可使用的污水,节约大量清水资源,对干旱沙漠地区节水有重要意义。避免了污水回灌造成的能源浪费和不断寻找新回灌井及井下作业等费用的增加。 建 议 一是油田多余污水处理在技术和外部环境允许的条件下,应尽可能优先用于污水回用或回收污水中有益矿物质的综合利 用,以降低运行成本。 二是对矿化度小于 10 000 的含油污水,生化污水处理技术已基本成熟,具有处理成本低、设备运行周期长的优点。对于适合外排的区域,应优先采用生化污水处理技术处理多余污水。 三是利用油田高温废气对多余污水进行蒸发处理制取淡水在经济与技术上是可行的,可有效解决污水出路和淡水资源紧缺问题。同时对东部淡水资源丰富,并对污水排放要求严格的区域,用于处理外排污水也是可行的。 四是建议对高含盐、高腐蚀性污水的蒸发、软化、生化及其它工艺和设备进一步进行研究和优化,开发出适应不同污水特点的新工艺和 新设备。 参 考 文 献 [1] 别如山,李炳熙 . 处理高浓度有机废水流化床焚烧炉 . 锅炉制造, 2002 ( 1 ) [2] 王义春,王瑞君 . 横管降膜蒸发闭循环式太阳能海水淡化装置的研制及性能测试 . 水处理技术, 2002 ( 5 ) [3] 刘姝红 ,王惠仁 . 汽、 液 、 固三相流新技术在 卤水蒸发过程中的工程应用 . 海湖盐与化工, 1999 , 28 ( 4 ) : 12 ~14 [4] 牛立宏,刘振义 . 惰性离子流化床蒸发器及其传热性能的研究 . 医药工程设计, 2003 ( 6 ) 收稿日期: 2004 - 10 - 15 编辑 : 马三佳 50 2005 i’et of of of of is of of In in of is in of et CC is CC to of of of CO be by CC CC in he is a At it is to of of is 4 8 is is of is of in in et of of of be by of of et of of up of in It is of be as of of of of of of of in In of of et is of is of to of of of of of of et of to of of of in is By by or to of in By of is On is to et by to to of in be of a et is in of by of at is a of to of 4 137 102817 243143 F
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