CN100453482C - 含油泥砂分离净化的工艺方法及设备 - Google Patents

Abstract

一种利用物理、化学及超声波综合净化的含油泥砂分离净化的工艺方法及设备，先通过泥浆泵将油泥浆从油泥坑送入均混加热池，均混加热池中的油泥砂在一定温度经搅拌下加入一定量的破乳氧化剂，然后再加入一定量的有机阳离子表面活性剂，均混后泵入一级除砂器除砂，除砂后的油泥混合物泵入超声波反应釜中除油，分离后的原油通过超声波反应釜上部的出油口排出，分离的泥砂通过反应釜下部的出口排出；然后再将剩余的油泥混合物泵入二级除砂器及二级超声波反应釜除砂及除油；将剩余的油泥混合物再泵入净化罐中，加入适量的净水絮凝剂进行净化，净化温度为30-40℃，符合达标的水排放或回用，泥砂达标排放，回填。

Description

含油泥砂分离净化的工艺方法及设备

技术领域

本发明涉及含油泥砂的净化处理技术领域，具体地说是一种利用物理、化学及超声波综合净化处理的含油泥砂分离净化的工艺方法及设备。利用此工艺方法及设备经处理后的废油泥砂即可形成四种达标产物，既油、泥、砂、水。

背景技术

众所周知，随着我国现代化建设的不断深入，能源的需求量将会越来越大。石油资源相对我国来说属比较匮乏的国家，相当一部分靠进口。由于我国的油田开采比较落后，其中对于在开采过程中所产生的油田废油泥(其中占有10-30％的原油)的处理方法多采用填埋的方法，另外，还有些采油厂干脆弃于定点的坑中，既使填埋的坑大多数油坑的油过一段时间也都浮到了地表和渗于地下。这样的油泥坑在油田的采油区很多很多，由于这些油泥坑的存在对环境产生了严重的影响、破坏了生态环境、占用了大片农民土地。更严重的是污染地下水资源、地表水资源对人类和地表生物的健康和生存造成威胁，而且还浪费了大量的石油资源。尤为重要的油泥、水逐步向地层深度渗透，在某油田地区发生了对居民饮用水的污染，给人体健康已经造成严重损害。因此，很有必要发明一种将油田采油厂在开采过程中所产生的废油泥进行分离净化的工艺技术，从而将产生的废油泥随时进行净化处理。

油泥产生主要有四条渠道：

一是：勘探钻井过程中发生的落地油，泥浆和油水。

二是：采油进在后期产油生产中已含有大量的水和泥沙。

三是：储油罐底积累的底泥中，含有不同比例的石油。

四是：输油过程中管道泄漏于泥土中。

油田经过几十年开采，把这些油泥视作废弃物和暂时法处理的垃圾，堆放于人造大池坑中和自然洼地里。

油泥中油质，由于数年及至于数十年，暴露于大气中，日晒风蚀，轻质油组份已挥发，剩之为重质油和沥青质与土、沙等深深的融合成为人们常通称之为的老化油泥，已难处理。

就一些油池而论，已存在数十年，里面存放有采稠油污水，清罐的罐底泥，以及落地油连带泥沙混合体，一起注入大坑中。

油泥特性：

外观：油浸于泥土中，整体为黑色膏状

比重：≥1，约为1.5--1.8(沉于水中)

含油率：通常在20~30％范围。

环境温度：零下30℃-零上30℃。

主要化学成份：沙与土，石油类，还有大量的阳离子Na⁺，K⁺，Ca⁺，Mg²⁺，Fe²⁺等、阴离子Cl^-，SO₄ ^2-，CO₃ ^2-，HCO₃ ^-等以及还有一些重金属离子。

石油质密度：--0.92

石油质凝点：--42℃

石油熔流点：-70℃

另外还含有：较多的有机物质和玻璃瓶、塑料袋、树枝杂草等生活垃圾及其它固体废弃物。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用物理、化学及超声波综合净化处理的含油泥砂分离净化的工艺方法及设备。

本发明的目的是这样实现的：其方法为：先通过泥浆泵将油泥浆从油泥坑送入均混加热池，均混加热池中的油泥砂在温度为60-80℃、经搅拌下加入破乳氧化剂稀硫酸、硫酸亚铁或硫酸铁，其用量占含原油量的4-10％，当反应5-30分钟后，再加入有机阳离子表面活性剂，加入量占含原油量的4-10％，当反应5-30分钟后泵入一级除砂器除砂；经一级除砂后的油泥混合物泵入超声波反应釜中除油，分离后的原油通过超声波反应釜上部的出油口排出，分离的泥砂通过反应釜下部的出口排出；然后再将剩余的油泥混合物泵入二级除砂器进行再除砂及二级超声波反应釜再除油；将二次除砂及除油后剩余的油泥混合物再泵入净化罐中，加入适量的净水絮凝剂进行净化，净化温度为30-40℃，符合达标的水排放或回用，泥砂达标排放，回填。

本发明所指的破乳氧化剂的稀硫酸其浓度为3-10％。

本发明所指的有机阳离子表面活性剂为油酸钠、硬脂酸钠或十二烷基苯磺酸钠。

本发明所指的净水絮凝剂为：高分子阳离子型聚合氯化铝、聚合硫酸铁或聚丙酰氨。

本发明的含油泥砂分离净化装置，它包括带进料口、出料口及人孔的反应釜：其特征是：在反应釜的侧壁上设置有一油泥混合物进料口，其中进料口与反应釜外圆壁的切线方向呈30-60度，在反应釜的顶部设置有排油口，在反应釜的底部设置有排砂口，在反应釜侧壁的下部还设置有一油泥混合物出料口；在反应釜进料管道上或反应釜内壁上还设置有一超声波换能器除油装置。

本发明包括：设置在反应釜进料口管道的超声波换能器除油装置为多边形筒体结构，在多边形筒体结构外壁上均匀分布换能器，该除油装置的功率总合为2-20KW。

本发明还包括：设置在反应釜内壁上的超声波换能器除油装置是均匀分布的，其除油装置的功率总合为4-40KW。

本发明的分离净化机理：

(1)加热均混

稠油、超稠油在常温状态下呈固状物形式存在。处理时与水混于一体，加温至溶混状态时，投入药剂AB，药剂AB的作用是可使乳化了的油水大分子聚合体施反向乳化，破坏掉油包水型和水包油型的分子间视合力，以及电引力，为下一步实施分离作业打下基础。

(2)强力剪切

该项油泥沙分离技术，是针对各个油田不同油质特性而研制，主要由强力反应分离器组成。经药剂破乳了的油、水、泥沙混合体，在反应器中受机械冲击力作用，继续强化破乳反应，并依据它们各自比重的不同在旋流分离器中依层分离。分离器是针对油、泥沙、水三相物质的不同个性而设计。其结构的特殊性保证了油、泥沙、水的相位分离。

(3)超声波振荡破乳、除油

在加热均混、机械搅拌旋流分离基础上，仍有一些溶解于水中油质，仍然紧密地结合成水合分子；另外，由于油与泥沙多年浸渍，相互渗透也牢固地结合在一起。而且这些油泥沙团多年曝露于大气中，风吹雨淋、阳光照射使得油品中轻组份已经挥发殆尽，剩之较多的沥青质、胶质粘附于沙粒表面和孔隙中，非常难以剥离，只有在超声波辐射下，打断离子间化学键和其它力键使得油砂分离。

超声波在水介质中产生强力振荡，从而发生三种效应

·空化效应

由于水介质中存在有微量气体，在超声波作用下，产生无数的的微空化核。核内是被绝热压缩的气体，在被压缩终了的瞬间，核内产生高温、高压。一资料表明；可产生50~500Mpa压强、1600℃~~5000℃高温，这样的环境中核内有机物被氧化降解；不同物质结合力被破坏，油被从泥沙体中剥离出来。

·自由基效应

水混液中由于氧气的存在，在高温高压核破裂的瞬间，产生了强大的冲击力，分子间相互作用国遭到破坏，形成子大量的自由基(OH)，这种自由基是强氧化剂与溶液混合体中各种物质发生氧化还原反应从而破坏了油与泥沙的粘附力而脱落。而在空化核破裂瞬间又会产生强大的冲击波轰击泥沙，从而导至泥沙表面粘附的油脂类物质脱落。

·传质效应

超声波振荡的结果，使得混合液内部发生了强力振荡并波及到泥沙体的每一隙中，于是保证了混合液中每个颗粒、每个分子集团、每个有隙间都受了均匀的辐射的作用。

超声波分离器保证了油、泥沙与油脂类物质的分离

(4)净化分离

油泥沙水混合液，在被加热、均混、化学破乳、机械设备强化分离，以及超声波降解降粘、剥离和清洗应综合作用结果，这个不相容的三相混合体，在后续的功能性分离器中，净化分离，从而实现了油、泥沙、水三相物质的分离效果。

油净化分离器，由于他的特殊结构，保证了分离出的油的纯净性。

水净化分离器更起到水、油两路畅通的分离的效果。

泥沙则因自己的特性排出于混合体外，流入泥沙干化池中，还于大自然。

本发明由于将无法处理的废油泥通过一定的方法，使之达到油砂分离、油泥分离，从根本上实现了净化地表水、净化土地、改善环境，彻底解决废油泥处理难题。使其变废为宝，造福于人民。本发明采用固定式、车载式均可具有灵活、方便、投资少，运行成本低，治理效果达标。通过在油田现场处理实践，取得良好的效益，该技术的推广将会产生很好的社会影响。

下面将结合附图对本发明作进一步详细说明。

附图说明

图1是本发明的工艺流程示意简图。

图2是本发明的一种超声波除油反应釜结构示意图

图3是本发明的另一种超声波除油反应釜结构示意图

图4是本发明的净化罐结构结构示意简图

下面将通过实例对发明作进一步详细说明，但下述的实例仅仅是本发明其中的例子而已，并不代表本发明所限定的权利保护范围，本发明的权利保护范围以权利要求书为准。

具体实施方式

例1

由图1所示，先通过泥浆泵将油泥浆混合物100千克从油泥坑送入均混加热池1，均混加热池1中的油泥砂在温度为60-80℃、经搅拌下加入破乳氧化剂稀硫酸，其用量占油泥浆混合物中含原油量的7-9％，当反应20分钟后，再加入有机阳离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠水溶液，加入量占含原油量的6-8％，当反应20分钟后通过泥浆泵2泵入均混反应分离器3，时间为2-5分钟；然后直接进入一级除砂器4除砂，经一级除砂后的油泥混合物泵入超声波反应釜5中除油；

超声波反应釜5(图2所示)中包括进料口504、出料口505及人孔，超声波反应釜的油泥混合物进料口504设置在该反应釜的侧壁上，其中进料口与反应釜外圆壁的切线方向呈30-60度，在反应釜的顶部设置有出油口502，在反应釜的底部设置有排砂口503，在反应釜侧壁的下部还设置有一油泥混合物出料口505，在反应釜内壁上还均匀分布有超声波换能器除油装置506，该除油装置的功率总合为4-40KW；另外图中的507为超声波换能器电源。

经超声波反应釜5分离后的原油通过超声波反应釜上部的出油口502排出，分离的泥砂通过反应釜下部的排砂口503排出；然后再将剩余的油泥混合物泵入二级除砂器6进行再除砂及二级超声波反应釜7再除油(该结构与前述的反应釜5的结构可以相同、也可不同)，其中不同的结构，如图3所示，在反应釜7的侧壁上设置有一油泥混合物进料口704，其中进料口与反应釜外圆壁的切线方向呈30-60度，在反应釜的顶部设置有排油口702，在反应釜的底部设置有排砂口703，在反应釜侧壁的下部还设置有一油泥混合物出料口705；在反应釜进料管道上还设置有一超声波换能器除油装置706。该超声波换能器除油装置为多边形筒体结构，在多边形筒体结构外壁上均匀分布换能器，该除油装置的功率总合为2-20KW。

将二次除砂及除油后剩余的油泥混合物再泵入净化罐8中，加入质量浓度10％的聚丙酰氨1公升净水絮凝剂进行净化，净化温度为30-40℃，由上二级超声波除油反应釜出口排出的混合液进入一级净化罐的入口8-2，其中的油由排油口8-1排出，净化的水由排出口8-3进入下一级净化罐的入口8-5，净化后达标的水10由排出口8-6排出，部分泥由下排泥口8-4排出符合达标的水排放或回用；符合达标排放要求的泥砂经泥砂收集槽9排放，回填。

例2：实验室实验方法、步骤、结果

地点：大庆市泰康县

单位：大庆利民环保工程有限公司

设备：<1>化验室设备

<2>超声波设备一台(1kw)

<3>药剂若干

步骤：

1、取大庆某采油厂油泥坑中的油泥100mg，含油未验。放入1000ml的玻璃容器中，加400ml的水溶液，加除油破乳氧化剂稀硫酸10ml，其浓度为10％，表面活性剂十二烷基苯磺酸钠水溶液10ml，根据各地油泥砂含油量不同，药剂和用量均可调整。用玻璃棒搅拌同时加温至70度，反应时间为10分钟。

2、将上浮的油水混合物倒出，剩余的泥砂、水和玻璃容器一起放入超声波设备中辐射10分钟。

3、将超声波处理后的物料搅拌后放置20分钟；

4、将阳离子净水剂聚合氯化铝、聚合硫酸铁10ml溶液加入泥和水的混合物中搅拌，并将底部剩余的泥砂烘干后称重。其它工艺步骤与实例1相同。

化验结果：

1》油冷凝后取出称重为10mg。

2》泥砂烘干后称重为85mg。

3》水验含油0.01g。

4》水中的细泥沉淀后烘干称重为3mg。

例3：中型试验方法、步骤、结果

地点：大庆市泰康县

单位：大庆利民环保工程有限公司

设备：(1)不锈钢中试设备一套

(2)超声波设备二台(3kw)

(3)药剂若干其中有：无机混凝剂低分子(硫酸铁、氢氧化钠)。有机混凝剂表面活性剂阳离子(油酸钠)、聚丙稀酰氨。

方法步骤：

1、大庆一采油厂油泥坑中的油泥50Kg，含油20％。放入反应器中，加入100Kg的水溶液，加硫酸、硫酸铁、表面活性剂十二烷基苯磺酸钠水溶液各1000ml，根据各地油泥砂含油量不同，药剂和用量均可调整。搅拌同时加温至70度，反应时间为10分钟。

2、将反应器中的物料用泥降泵送入除砂器除砂。调节溢流阀可控制除砂量。

3、物料从除砂器溢流口进入超声波除油装置，超声波辐射10分钟。由设备中部加入热水将上部的油顶出，油进入收油箱，泥砂快速沉降到低部，由低部排出，中间的泥水进入下一级。

4、超声波除油后的泥水送入净化器，在进口处加入净水剂：聚丙稀酰氨。搅拌沉降10分钟后进入下级净化器。

5、末级净化器净化后的清水由设备的中部流出。

6、将全过程采留的水样、油样、砂样进行化验。其它工艺步骤与实例1相同。

化验结果：

1)油在玻璃容器中24小时沉降后低部的水排出剩余的油为10mL。

2)泥砂烘干后称重为30kg。

3)水验含油0.01g。

4)水中的细泥沉淀后烘干称重为10mg。

5)泥砂经化验测含油为0.05mg。

结论：1)分离出的油为上等油

2)泥、砂、水完全符合国家排放标准。

例4：

地点：大庆市泰康县

设备：本专利技术成套设备一套

时间：2005-9-06——9-08

实施单位：大庆利民环保工程有限公司

协助单位：大庆市泰康县土地资源局

协助单位：大庆油田环保局

设备运行试验具体方法、步骤如下：

1、流程第一道工序：均混加热池；取实验用料10T(油泥浆)，用蒸汽炉将原料加热到70度。其中油泥1T、水9T，油泥中含油10％，水为清水。在均混加热池中搅拌的同时加入药剂即除油剂(硫酸铁、硫酸)、表面活性剂反应时间为20分钟。

2、流程第二道工序：一级除砂；将均混加热池中的10T原料用泥浆泵(流量30立方/小时)提升送入一级除砂器，经调节进出口阀门大颗粒砂排出，取砂样500g。

3、流程第三道工序：一级超声波除油；物料在压力做用下进入一级超声波除油反应釜，经调节出口阀门使油从上出油口流出进入储油槽。

4、流程第四道工序：二级除砂；用管道泥浆泵将原料从超声波除油反应釜底出口送入二级除砂器，经调节进出口阀门使大量的砂从底部排出。取砂样500g。

5、流程第五道工序：二级超声波除油；物料在压力做用下进入二级超声波除油反应釜，经调节出口阀门使油从上出油口流出进入储油槽。

6、流程第六道工序：一级净化；物料从二级超声波除油反应釜出口进入一级净化罐，进口设在罐体中部，同时加入净水剂(高分子聚合氯化铝)，大量的絮状物沉淀物和泥浆有底部排入干泥槽。设备上部安装出油装置和出油口，油从出油口流出进入储油槽，净水上部出流出进入下一级。

7、流程第七道工序：二级净化；二级净化罐的入口设在罐的上部，出油口设在上部并有除油装置，净水出口设在罐体的中部。底出口排出部分泥浆排入干泥槽。取砂样500mg。

对储油槽中的油保温24小时自然沉降。

对实验中取的砂样和水样进行化验。

(注：对于工艺步骤与实例1相同。)

化验结果：

1)一级出砂样品含油0.05g。

2)二级出砂样品含油0.03g。

3)油经12小时沉降后验含水为10％，收油10公斤。

4)水样化验含油0.01％

利用中试设备分别使用无机混凝剂低分子(硫酸、硫酸铁、)，有机混凝剂、表面活性剂阳离子(油酸钠、硬脂酸钠、十二烷基苯磺酸钠)不同药剂试验，结果都很好，油得到了回收，水和砂都符合国家排放标准。

Claims (8)

1、一种利用物理、化学及超声波综合净化处理的含油泥砂分离净化的工艺方法，其方法为：先通过泥浆泵将油泥浆从油泥坑送入均混加热池，均混加热池中的油泥砂在温度为60-80℃、经搅拌下加入破乳氧化剂稀硫酸、硫酸亚铁或硫酸铁，其用量占原油量的4-10％，当反应5-30分钟后，再加入有机阳离子表面活性剂，加入量占原油量的4-10％，当反应5-30分钟后泵入一级除砂器除砂；经一级除砂后的油泥混合物泵入超声波反应釜中除油，分离后的原油通过超声波反应釜上部的出油口排出，分离的泥砂通过反应釜下部的出口排出；然后再将剩余的油泥混合物泵入二级除砂器进行再除砂及二级超声波反应釜再除油；将二次除砂及除油后剩余的油泥混合物再泵入净化罐中，加入适量的净水絮凝剂进行净化，净化温度为30-40℃，符合达标的水排放或回用，泥砂达标排放，回填。

2、根据权利要求1所述的含油泥砂分离净化的工艺方法，其特征是：破乳氧化剂的稀硫酸其浓度为3-10％。

3、根据权利要求1所述的含油泥砂分离净化的工艺方法，其特征是：有机阳离子表面活性剂为油酸钠、硬脂酸钠或十二烷基苯磺酸钠。

4、根据权利要求1所述的含油泥砂分离净化的工艺方法，其特征是：净水絮凝剂为：高分子阳离子型聚合氯化铝、聚合硫酸铁或聚丙酰氨。

5、根据权利要求1所述的含油泥砂分离净化的工艺方法，其特征是：在均混加热池与除砂器之间还设置有一均混反应分离器。

6、一种利用超声波综合净化处理的含油泥砂分离净化装置，该分离净化装置是带有进料口、出料口及人孔的反应釜：其特征是：在反应釜的侧壁上设置有一油泥混合物进料口，其中进料口与反应釜外圆壁的切线方向呈30-60度，在反应釜的顶部设置有排油口，在反应釜的底部设置有排砂口，在反应釜侧壁的下部还设置有一油泥混合物出料口；在反应釜进料管道上或反应釜内壁上还设置有一超声波换能器除油装置。

7、根据权利要求6所述的含油泥砂分离净化装置，其特征是：设置在反应釜进料口管道的超声波换能器除油装置为多边形筒体结构，在多边形筒体结构外壁上均匀分布换能器，该除油装置的功率总合为2-20KW。

8、根据权利要求6所述的含油泥砂分离净化装置，其特征是：设置在反应釜内壁上的超声波换能器除油装置是均匀分布的，其除油装置的功率总合为4-40KW。

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