CN111320997A - 一种含油固体洗油系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种含油固体洗油系统及方法。其技术方案是：洗油介质为自来水或海水，溶解洗油系统的下侧连接加热系统，顶部通过管线连接到低温恒温冷却系统，并设有泵送系统和回压系统，低温恒温冷却系统的末端连接油水分离系统，自来水通过加热系统加热到超临界水后泵送到溶解洗油系统，对溶解洗油系统内的含油污泥进行浸泡、溶解、提取含油固体中的油形成油的超临界水溶液，再泵送到低温恒温冷却系统进行降温后送入油水分离系统实现分层分离。本发明的有益效果是：结构简单，处理效果好，不仅可以最大程度回收油，并且没有二次污染，不需要使用有机溶剂，也不需在水中添加化学剂，清洗水可以循环利用，安全、环保、经济、高效。

Description

一种含油固体洗油系统及方法

技术领域

本发明涉及一种危废处理技术及石油环保技术，特别涉及一种含油固体洗油系统及方法。

背景技术

随着人类对石油的需求日益增加、石油工业的不断发展，非常规油气资源的开发广度和深度不断增大，油基钻井液的使用越来越广泛，产生的含油污泥及含油钻屑越来越多。另外，石油在常规开采、集输及炼油过程也会产生各种含油污泥，含油污泥进入地表土壤和水体将会造成严重的污染问题。因此，必须对含油固体物质进行有效的油固分离、将油类物质含量降低到环境可接受的水平后，固体废弃物才能排放到环境中。

含油污泥及钻屑等含油固体属于危废品。对于含油固体的处理，国内外研究者已经开发和应用了多种技术，总体概括为四大类。第一大类为高温焚烧法（1200℃~1500℃）。即先进行含油污泥及钻屑的收集，然后通过特殊的高温焚烧炉焚烧，该焚烧炉需要配备除尘和气体回收装置，否则会对大气产生严重污染。第二大类为低温热解工艺方法。该工艺是通过低温（340℃）加热解吸含油污泥及钻屑中的油类物质，然后将转为气相的油和水在一系列管道内用冷却水冷却成液体，油水分层，再进行油水分离。该工艺存在以下问题：洗涤净化采用氨水，洗涤量大，产生的废水多，后续废水处理复杂，油水分离处理量大。第三大类是溶解洗涤工艺方法。该工艺主要是通过表面活性剂的水溶液或有机溶剂在一定温度和压力下对含油污泥及钻屑进行洗涤，固液分离后再进行油水分离。该工艺会产生大量的废水，消耗大量的有机溶剂，后续的油水分离、废水处理以及废有机溶剂的处理工艺繁琐，运作成本较高。第四大类是微生物处理工艺技术。该技术需要专门培养能够分解油类物质的菌种，并且需要复杂的驯化过程，微生物对油品具有一定的选择性，应用条件较为苛刻，目前尚不成熟，没有进行工业化推广应用。综上所述，除第四类方法还不成熟外，前三大类工艺方法都较为复杂，处理过程会不同程度地消耗较多的材料，而且均会对环境产生二次污染。

水是自然界最普通、极性最强的无机溶剂，根据相似相溶原理，强极性的水不能与弱极性的油相混溶。由物理化学知识可知，随着温度升高，水的极性显著降低。根据水的p-T相图，当达到临界状态（温度374.15℃、压力达到22.1MPa）以后即成为超临界水，其极性变得很弱，类似于有机溶剂，因此能够与油完全互溶成为均相溶液。而当温度和压力降低到低于水的临界温度和临界压力条件，油水极性差别变大，油水不能混溶；由于油水密度差异，油水自然分层。另外，含油固体中的油类物质，当温度超过340℃以后容易发生热解吸，由吸附/束缚态转变为游离态，脱离固体孔隙表面，更容易与高温水、亚临界水、超临界水混溶。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种含油固体洗油系统及方法，解决了现有的含油固体处理系统工艺复杂、材料消耗大的问题及二次污染问题。

本发明提到的一种含油固体洗油系统，其技术方案是：包括泵送系统、加热系统、溶解洗油系统、低温恒温冷却系统、回压系统、油水分离系统六部分，洗油介质为自来水，所述溶解洗油系统的下侧连接加热系统，顶部通过管线连接到低温恒温冷却系统，并设有泵送系统和回压系统，低温恒温冷却系统的末端连接油水分离系统，自来水通过加热系统加热到超临界水后泵送到溶解洗油系统，对溶解洗油系统内的含油污泥进行浸泡、溶解、提取含油固体中的油形成油的超临界水溶液，再泵送到低温恒温冷却系统进行降温后送入油水分离系统实现分层分离。

优选的，上述加热系统采用加热器（2），用于将水加热至超临界水的温度压力条件，最高加热温度 550℃，耐压 50MPa。

优选的，上述低温恒温冷却系统包括冷凝盘管（5）和低温循环水浴（6），用于将溶有油的超临界水溶液冷却至低于临界温度和临界压力，低温循环水浴（6）的温度在-10℃~100℃可调。

优选的，上述回压系统采用回压阀（7）、缓冲容器（8）和手摇泵（9）组成，所述回压阀（7）通过缓冲容器（8）连接手摇泵（9），用于控制高温高压容器内的循环压力，最高工作压力 50MPa，可气体或液体施压。

优选的，上述油水分离系统采用油水分离罐（10）、第一气动阀（11）、抽油泵（12）、第二气动阀（13）、抽水泵（14）组成，所述油水分离罐（10）的中部通过第一气动阀（11）和抽油泵（12）连接到油罐（15），油水分离罐（10）的下部通过第二气动阀（13）和抽水泵（14）连接到水罐（4）。

优选的，上述溶解洗油系统采用高温高压容器（1），高温高压容器（1）的内腔装有含油污泥，并设有加热套（23），用于浸泡、溶解、提取含油污泥或岩屑中的油形成油的超临界水溶液，采用的高温高压容器，其耐压40MPa，加热套（23）的最高加热温度为550℃。

优选的，上述高温高压容器（1）的底部的管线上设有第三温度表（25），在高温高压容器（1）的顶部设有四通（18），在四通（18）上设有安全阀（16）和放空阀（17）。

优选的，上述回压阀（7）通过缓冲容器（8）连接手摇泵（9）。

优选的，上述冷凝盘管（5）与回压阀（7）之间设有压力表（19）和第一温度表（20）。

本发明提到的含油固体洗油系统的使用方法，包括以下过程：

（一）泵送系统将清水注入加热系统内，加热系统再将清水加热至超临界状态；

（二）在泵送压力下超临界水注入溶解洗油系统，在溶解洗油系统内超临界水充分浸泡、溶解、提取含油固体中的油形成油的超临界水溶液；

（三）油的超临界水溶液从溶解洗油系统泵出，进入低温恒温冷却系统，冷却至低于超临界温度后通过回压系统进入油水分离系统；

（四）油水分离系统实现油水分离后，油回收，水进入水罐，然后通过泵送系统再进行下一轮的洗油循环，直至没有油被洗出、含油污泥和钻屑中的含油量达到可以排放环境的标准要求。

本发明的有益效果是：本发明的泵送系统将清水注入加热器内，使水达到超临界状态，然后注入溶解洗油系统，在溶解洗油系统中超临界水充分浸泡、溶解、提取含油固体中的油形成油的超临界水溶液，再从溶解洗油系统上部出口管线泵出，进入低温恒温冷却系统，冷却至低于超临界温度后通过回压系统，进入油水分离系统实现油水分离后，油回收，水进入水罐，然后通过泵送系统再进行下一轮的洗油循环，直至没有油被洗出、含油污泥和钻屑中的含油量达到可以排放环境的标准要求；

本发明的结构与工艺流程简单，处理效果好，不仅可以最大程度回收油，并且没有二次污染，不需要使用有机溶剂，也不需在水中添加化学剂，清洗水可以循环利用，安全、环保、经济、高效，可为含油污泥及岩屑的无害化处理、油层岩心的洗油处理和混相驱提高采收率研究提供技术手段。

附图说明

附图1是本发明的结构示意图；

上图中：高温高压容器1、加热器2、平流泵3、水罐4、冷凝盘管5、低温循环水浴6、回压阀7、缓冲容器8、手摇泵9、油水分离罐10、第一气动阀11、抽油泵12、第二气动阀13、抽水泵14、油罐15、安全阀16、放空阀17、四通18、压力表19、第一温度表20、压力表21、三通22、加热套23、第二温度表24、第三温度表25、温度控制器26。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1，参照附图1，本发明提到的一种含油固体洗油系统，包括泵送系统、加热系统、溶解洗油系统、低温恒温冷却系统、回压系统、油水分离系统六部分，洗油介质为自来水，所述溶解洗油系统的下侧连接加热系统，顶部通过管线连接到低温恒温冷却系统，并设有泵送系统和回压系统，低温恒温冷却系统的末端连接油水分离系统，自来水通过加热系统加热到超临界水后泵送到溶解洗油系统，对溶解洗油系统内的含油污泥进行浸泡、溶解、提取含油固体中的油形成油的超临界水溶液，再泵送到低温恒温冷却系统进行降温后送入油水分离系统实现分层分离。

其中，加热系统采用加热器2，用于将水加热至超临界水的温度压力条件，最高加热温度 550℃，耐压 50MPa；上述低温恒温冷却系统包括冷凝盘管5和低温循环水浴6，用于将溶有油的超临界水溶液冷却至低于临界温度和临界压力，低温循环水浴6的温度在-10℃~100℃可调。上述回压系统采用回压阀7、缓冲容器8和手摇泵9组成，所述回压阀7通过缓冲容器8连接手摇泵9，用于控制高温高压容器内的循环压力，最高工作压力 50MPa，可气体或液体施压。

另外，上述油水分离系统采用油水分离罐10、第一气动阀11、抽油泵12、第二气动阀13、抽水泵14组成，所述油水分离罐10的中部通过第一气动阀11和抽油泵12连接到油罐15，油水分离罐10的下部通过第二气动阀13和抽水泵14连接到水罐4。

再者，溶解洗油系统采用高温高压容器1，高温高压容器1的内腔装有含油污泥，并设有加热套23，用于浸泡、溶解、提取含油污泥或岩屑中的油形成油的超临界水溶液，采用的高温高压容器，其耐压40MPa，加热套23的最高加热温度为550℃。

另外，上述高温高压容器1的底部的管线上设有第三温度表25，在高温高压容器1的顶部设有四通18，在四通18上设有安全阀16和放空阀17；上述回压阀7通过缓冲容器8连接手摇泵9；上述冷凝盘管5与回压阀7之间设有压力表19和第一温度表20。

进一步具体的描述如下，本发明包括高温高压容器1、加热器2、平流泵3、水罐4、冷凝盘管5、低温循环水浴6、回压阀7、油水分离罐10、第一气动阀11、抽油泵12、第二气动阀13、抽水泵14、油罐15，所述高温高压容器1的内腔装有含油污泥，并设有加热套23，底部通过管线连接到加热器2，加热器2通过平流泵3连接水罐4；所述高温高压容器1的顶部通过管线连接到冷凝盘管5，冷凝盘管5安设在低温循环水浴6内腔，冷凝盘管5再通过回压阀7连接到油水分离罐10，油水分离罐10的中部通过第一气动阀11和抽油泵12连接到油罐15，油水分离罐10的下部通过第二气动阀13和抽水泵14连接到水罐4。

本发明的工作原理是：泵送系统将清水注入加热器内，使水达到超临界状态，然后注入溶解洗油系统，在溶解洗油系统中超临界水充分浸泡、溶解、提取含油固体中的油形成油的超临界水溶液，再从溶解洗油系统上部出口管线泵出，进入低温恒温冷却系统，冷却至低于超临界温度后通过回压系统，进入油水分离系统实现油水分离后，油回收，水进入水罐，然后通过泵送系统再进行下一轮的洗油循环，直至没有油被洗出、含油污泥和钻屑中的含油量达到可以排放环境的标准要求。本装置工作压力为常压～40MPa，工作温度为室温～500℃。本装置技术原理是先将普通水加热至超临界状态，利用超临界水与油混相的原理达到清洗含油固体的目的，温度低于临界温度，油水自然分层，达到油水分离的效果。不需要使用有机溶剂，也不需在水中添加化学剂，清洗水可以循环利用，该系统和方法安全、环保、经济、高效，不产生二次污染，对于含油污泥及岩屑的无害化处理、油层岩心的洗油处理和混相驱提高采收率研究提供了技术手段。

本发明提供一种含油固体综合处理及回收方法，包括下述步骤：

（1）按照图1所示，将各系统、管线、三通、四通、阀门、开关连接好，用自来水试压，确保密闭性；

（2）将含油4.6%的含油污泥装入高温高压容器的样品室，拧紧上下盖，连接进出管线和阀门，向水罐、冷却水浴加满水并充满各系统容器和管线，排除沿程管线、容器、阀门中的空气；

（3）启动加热器电源开关，给水加热，随着温度升高，压力也相应增大；

（4）打开高温高压容器加热电源开关，给高温高压容器加热保持温度不低于380℃；

（5）当加热器中的水温度高于400℃、压力高于25MPa，按顺序依次打开沿程开关、三通、四通及阀门，使高温高压超临界水在高温高压容器样品室中充分浸泡、溶解、提取含油固体中的油形成油的超临界水溶液；

（6）油水混相溶液再从高温高压容器上部出口管线流出，进入低温恒温冷却水浴，冷却至低于临界温度后通过回压阀门，进入油水分离管；

（7）在油水分离管中，油水因为密度差自然分层，油回收，水进入水罐；

（8）水罐中回收水通过平流泵再进行下一轮的洗油循环，直至没有油被洗出、含油污泥中的含油量为0.08%。

实施例2，本发明提到的一种含油固体洗油系统，包括泵送系统、加热系统、溶解洗油系统、低温恒温冷却系统、回压系统、油水分离系统六部分，洗油介质为海水，所述溶解洗油系统的下侧连接加热系统，顶部通过管线连接到低温恒温冷却系统，并设有泵送系统和回压系统，低温恒温冷却系统的末端连接油水分离系统，自来水通过加热系统加热到超临界水后泵送到溶解洗油系统，对溶解洗油系统内的含油钻屑进行浸泡、溶解、提取含油钻屑中的油形成油的超临界水溶液，再泵送到低温恒温冷却系统进行降温后送入油水分离系统实现分层分离。

本发明提供一种含油固体综合处理及回收方法，包括下述步骤：

（1）按照图1所示，将各系统、管线、三通、四通、阀门、开关连接好，用海水试压，确保密闭性；

（2）将含油4.8%的含油钻屑装入高温高压容器的样品室，拧紧上下盖，连接进出管线和阀门，向水罐、冷却水浴加满海水并充满各系统容器和管线，排除沿程管线、容器、阀门中的空气；

（3）启动加热器电源开关，给海水加热，随着温度升高，压力也相应增大；

（4）打开高温高压容器加热电源开关，给高温高压容器加热保持温度不低于380℃；

（5）当加热器中的水温度高于400℃、压力高于25MPa，按顺序依次打开沿程开关、三通、四通及阀门，使高温高压超临界水在高温高压容器样品室中充分浸泡、溶解、提取含油固体中的油形成油的超临界水溶液；

（6）油水混相溶液再从高温高压容器上部出口管线流出，进入低温恒温冷却水浴，冷却至低于临界温度后通过回压阀门，进入油水分离管；

（7）在油水分离管中，油水因为密度差自然分层，油回收，水进入水罐；

（8）水罐中回收水通过平流泵再进行下一轮的洗油循环，直至没有油被洗出、含油污泥中的含油量为0.07%。

以上所述，仅是本发明的部分较佳实施例，任何熟悉本领域的技术人员均可能利用上述阐述的技术方案加以修改或将其修改为等同的技术方案。因此，依据本发明的技术方案所进行的任何简单修改或等同置换，尽属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种含油固体洗油系统，其特征是：包括泵送系统、加热系统、溶解洗油系统、低温恒温冷却系统、回压系统、油水分离系统六部分，洗油介质为自来水或海水，所述溶解洗油系统的下侧连接加热系统，顶部通过管线连接到低温恒温冷却系统，并设有泵送系统和回压系统，低温恒温冷却系统的末端连接油水分离系统，自来水或海水通过加热系统加热到超临界水后泵送到溶解洗油系统，对溶解洗油系统内的含油污泥进行浸泡、溶解、提取含油固体中的油形成油的超临界水溶液，再泵送到低温恒温冷却系统进行降温后送入油水分离系统实现分层分离。

2.根据权利要求1所述的含油固体洗油系统，其特征是：所述加热系统采用加热器（2），用于将水加热至超临界水的温度压力条件，最高加热温度 550℃，耐压 50MPa。

3.根据权利要求1所述的含油固体洗油系统，其特征是：所述低温恒温冷却系统包括冷凝盘管（5）和低温循环水浴（6），用于将溶有油的超临界水溶液冷却至低于临界温度和临界压力，低温循环水浴（6）的温度在-10℃~100℃可调。

4.根据权利要求1所述的含油固体洗油系统，其特征是：所述回压系统采用回压阀（7）、缓冲容器（8）和手摇泵（9）组成，所述回压阀（7）通过缓冲容器（8）连接手摇泵（9），用于控制高温高压容器内的循环压力，最高工作压力 50MPa，可气体或液体施压。

5.根据权利要求1所述的含油固体洗油系统，其特征是：所述油水分离系统采用油水分离罐（10）、第一气动阀（11）、抽油泵（12）、第二气动阀（13）、抽水泵（14）组成，所述油水分离罐（10）的中部通过第一气动阀（11）和抽油泵（12）连接到油罐（15），油水分离罐（10）的下部通过第二气动阀（13）和抽水泵（14）连接到水罐（4）。

6.根据权利要求1所述的含油固体洗油系统，其特征是：所述溶解洗油系统采用高温高压容器（1），高温高压容器（1）的内腔装有含油污泥，并设有加热套（23），用于浸泡、溶解、提取含油污泥或岩屑中的油形成油的超临界水溶液，采用的高温高压容器，其耐压40MPa，加热套（23）的最高加热温度为550℃。

7.根据权利要求6所述的含油固体洗油系统，其特征是：所述高温高压容器（1）的底部的管线上设有第三温度表（25），在高温高压容器（1）的顶部设有四通（18），在四通（18）上设有安全阀（16）和放空阀（17）。

8.根据权利要求4所述的含油固体洗油系统，其特征是：所述回压阀（7）通过缓冲容器（8）连接手摇泵（9）。

9.根据权利要求2所述的含油固体洗油系统，其特征是：所述冷凝盘管（5）与回压阀（7）之间设有压力表（19）和第一温度表（20）。

10.一种如权利要求1-9中任一项所述的含油固体洗油系统的使用方法，其特征是：包括以下过程：

（一）泵送系统将清水注入加热系统内，加热系统再将清水加热至超临界状态；

（二）在泵送压力下超临界水注入溶解洗油系统，在溶解洗油系统内超临界水充分浸泡、溶解、提取含油固体中的油形成油的超临界水溶液；

（三）油的超临界水溶液从溶解洗油系统泵出，进入低温恒温冷却系统，冷却至低于超临界温度后通过回压系统进入油水分离系统；

（四）油水分离系统实现油水分离后，油回收，水进入水罐，然后通过泵送系统再进行下一轮的洗油循环，直至没有油被洗出、含油污泥和钻屑中的含油量达到可以排放环境的标准要求。

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