CN112973950A

CN112973950A - 一种油泥砂分离系统及分离方法

Info

Publication number: CN112973950A
Application number: CN201911209878.5A
Authority: CN
Inventors: 孙浩程; 回军; 刘春阳; 李宝忠; 王宜迪
Original assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Dalian Research Institute of Petroleum and Petrochemicals
Current assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Dalian Research Institute of Petroleum and Petrochemicals
Priority date: 2019-12-02
Filing date: 2019-12-02
Publication date: 2021-06-18

Abstract

本发明公开了一种油泥砂的分离系统及分离方法，该系统包括液相洗砂区、沉降区和气相洗砂区，其中所述气相洗砂区包括气相洗砂通道、若干混合室和气相输送器。本发明通过将油泥砂物料在液相洗砂区的逆向冲洗，以及在气相洗砂区的气相洗砂，使油泥与砂分离彻底，出料砂含油率低、不宜堵塞以及整体能耗低，还可以通过调整系统的运行参数，达到对出料粒径组成控制。本发明油泥砂的分离系统及分离方法可以广泛应用于油泥砂的分离过程。

Description

一种油泥砂分离系统及分离方法

技术领域

本发明属于环境保护技术领域，具体涉及一种油泥砂分离系统及分离方法。

技术背景

油泥砂是指在油田生产活动中产生的，主要来源于原油集输及处理过程的各个环节，被原油及其它有机物污染了的泥、砂、水的混合物。由于油泥砂所含的烃类物质对环境危害较大，被列入《国家危险废物名录》中的危险废物项。现在全国各油田在生产过程中都有大量的油泥砂产生，其排放已成为危害当地环境质量的重要因素。

油泥砂是一种组份复杂的棕黑色粘稠状物质，主要由水、泥砂和矿物油三部分组成，水、油和泥砂呈现一种非常稳定的悬浮乳化状态。油泥砂固相含量低，含水率高，呈现悬浮分散状态，因而体积庞大，在脱油处理前，进行机械脱水是减量化的重要手段，但其中由于砂的存在，会对之后的机械脱水设备产生磨损和冲击，机械脱水前先将物料中的砂脱除是很有必要的。

现有技术中普遍存在的泥砂分离不彻底、分离后的泥砂含油率高、装置能耗高、易堵塞、易产生二次污染等不足。

CN103961912A公开了一种将有机物与砂分离的方法，在沉砂池前设置一个与水流方向相反运动的履带，在履带的外表面上设有多列沿履带长度方向平行间隔布置的抓砂勺，在运动过程中沾染有机物的砂与抓砂勺相互碰撞从而达到二者分离的目的。通过实验，沉砂池上层水的COD明显上升，这说明了专利涉及的方法确实可以使部分有机物脱落，但是整个流程是一次性的，砂粒上仍会附着泥和石油类，存在分离不彻底，含油率高的缺点。

CN104338350A涉及一种过滤流砂的自动清洗装置，其中洗砂室内部是有数个断面为凸形的洗砂环，若是进料口在管口的圆心处均匀下落，则可以达到处理要求，但是需要处理的物料通常是成团大小不一，而造成下落不均，会进一步造成环状进料口一侧物料堆积，一侧物料量少的现象，需要频繁停车清洗，延长了处理时间，增加了装置能耗。

CN109052536A公开了一种反冲式泥砂分离器，内部设有淘洗腔和聚砂腔，两者靠若干栅板层分开，下部的聚砂腔内设有向栅板层喷水的反冲水管，倾斜设置的栅板对自上而下的泥砂浆起到撞击、反射效果，泥砂浆在淘洗腔内形成翻滚，反冲水管使反冲过砂间隙内形成向上的反冲水流，比重较大的砂子在阻挡翻滚后可因自重慢慢沉入聚砂腔，比重较小的泥土在淘洗腔内悬浮并逐渐溢出。其中进料口与泥浆溢流口均在装置顶部，在运行过程中进料会与被反冲洗水流带到装置顶部经过脱砂处理的物料混合，不能保证泥浆溢流口的出料质量。

CN 108395902A和CN 207436969A公开了两种油田使用的泥砂分离装置，主要是针对原油中携带的泥砂的分离，依赖的原理均为机械振动，虽有一定的分离效果，但机械振动的处理深度有限、部件磨损严重，而且在使用的过程中往往伴随着噪音的产生，造成二次污染。

CN107754453A中公开了一种洗砂器，是将物料通道制作成“S”形状，增加了物料在输送过程中相互碰撞来达到洗砂的目的，若是应用于油泥砂分离，由于管道转弯处的物料流动速度较小，管道内部上附着油分和细泥后很难被冲刷掉，累积一段时间后可能堵塞管道。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种油泥砂的分离系统及分离方法，本发明系统及方法可使油泥与砂分离彻底，出料砂含油率低、不宜堵塞以及整体能耗低，还可以通过调整系统的运行参数，达到对出料粒径组成控制，本发明油泥砂的分离系统及分离方法可以广泛应用于油泥砂的分离过程。

本发明的油泥砂分离系统包括液相洗砂区、沉降区和气相洗砂区；

所述液相洗砂区包括筒体I，顶部设置新鲜进料口、尾气排放口和循环进料口，侧部设置轻质物料出口，底部设置重质物料出口与沉降区连通，内部设置相互交错的洗砂板，洗砂板数为6~15个，优选为8~12个；洗砂板向下倾斜，洗砂板一端固定于筒体I内壁，另一端伸向筒体I的中心；

所述沉降区包括筒体II，顶部设置溢流口，侧面中下部设置进水口，底部设置物料排放口，物料排放口分为两路，一路与气相洗砂区连通，另一路与外界连通，一般过三通阀门实现；沿竖直方向，所述液相洗砂区部分位于沉降区内部，另一部分在沉降区外部上方，沉降区顶部盖板与液相洗砂区侧壁密封连接；

所述气相洗砂区包括气相洗砂通道、若干混合室和气相输送器，优选设置1~4个混合室，优选设置2~3个混合室，各混合室设置于气相混合通道上，并与气相洗砂通道同轴连通，气相洗砂通道和若干混合室均为管状，混合室与气相洗砂通道的直径比为1.2~3.5:1；气相洗砂通道入口端与沉降区的物料排放口连通，出口端与液相洗砂区循环进料口连通；

所述的气相输送器设置于气相洗砂通道入口端，用于向气相洗砂区内通入压缩气体，所述的气体一般可以为氩气、空气、氮气、氦气或是二氧化碳中的一种或几种，一般采用气体压缩机对其进行压缩处理。优选在气相洗砂通道的不同位置再设置若干个气相输送器，优选为2~6个，以增强输送物料的动力及混合室内混合效果。

本发明的分离系统中，所述的洗砂板与水平方向的夹角为5~80°，优选为5~60°；洗砂板上优选设置若干沟槽，沟槽开槽方向沿垂直于筒体I的轴向方向，沟槽界面形状可以为任意形状，优选V字型。

本发明的分离系统中，所述的轻质物料出口端的管线上安装有流量调节阀，用于调节轻质物料出料流量。

本发明的分离系统中，液相洗砂区位于沉降区外部上方部分与位于沉降区内部部分的高度之比为1: 1~1:20，优选为1:5~1:10；以液相洗砂区底部为分界，沉降区I上部与下部的高度之比为1: 2~1:10，优选为1:3~1:5。

本发明的分离系统中，所述的液相洗砂区与沉降区的横截面面积比1:1.2~1:5，优选为1:1.2~1:3。

本发明的分离系统中，所述的气相洗砂通道可设置在筒体I的内部或是外侧，长度应大于沉降区筒体I底部的重质物料出料口到液相洗砂区顶部的进料口之间的距离，以保证实现物料从系统底部到顶部的运输。

本发明的分离系统中，所述的气相洗砂通道与液相洗砂区的横截面面积比为1:10~1:50。

本发明的分离系统中，若干个混合室总长度与气相洗砂通道垂直长度之比为1:5~1:15，优选为1:7~1:10。

本发明的分离系统中，所述沉降区设置有溢流口，以便及时排出多余的上升水流，防止过多的上升水流进入洗砂器中，对其中的均质化流动造成扰乱，保证了液相内部状态的稳定，排出的水循环使用。

本发明的分离系统中，所述沉降区的物料排放口通过三通阀门分别与气相洗砂区和外界切换连通。

本发明的分离系统中，气相洗砂区的尾气排放口可以卸出过量的压缩输送气，降低了物料进入液相洗砂区时对洗砂板的冲击，促进了物料均匀进入，保证了洗砂效果。

本发明的油泥砂的分离方法，包括如下内容:待处理油泥砂物料经液相洗砂区的进料口进入液相洗砂区，在重力作用下沿洗砂板流动，并与来自沉降区的上升水流逆向接触，混合冲洗，水流携带物料中密度较小的油和泥向上运动，通过轻质物料出口排出，作为脱砂油泥进行下一步处理；密度较大的重质物料继续下沉，进入沉降区，不断堆积形成床层，床层整体向下运动，直至沉降区底部，通过物料排放口连通的气相洗砂通道入口端进入气相洗砂区的气相洗砂通道，在气相输送器通入的压缩气体推动下依次经过通道上的混合室，循环回至液相洗砂区再次处理；当沉降区底部物料含油率合格时，通过切换阀门，物料排放口与外界连通，系统停车卸料，完成分离。

本发明方法中，所述的待处理油泥砂物料的含油率1wt%~20wt%，含固率1wt%~20wt%，含水率60wt%~98wt%；一般来自油田联合站的分离器出油泥砂、沉降罐清罐油泥砂或污水出厂出油泥砂中的一种或多种。

本发明方法中，液相洗砂区的进料流速为2.0~3.5m³/h。

本发明方法中，轻质物料出口流速为0.3~1.2m³/h，优选为0.5~1.0m³/h。

本发明方法中，气相输送器的工作压力为0.05~0.8MPa，优选0.15~0.6MPa，通入的压缩气体流量为0.2~1.5m³/h，优选为0.5~0.8m³/h。

本发明方法中，通过对气相洗砂区和沉降区的接口处采样测定物料含油率，一般含油率低于要求值，即可通过沉降区底部的物料排放口排出重质物料，完成分离。

与现有技术相比，本发明的油泥砂的分离系统及分离方法具有以下优点:

1．本发明的液相洗砂区的筒体内设置洗砂板，确保了下落过程中物料的均匀分布，相互交错的洗砂板间的空隙，作为水与物料接触的通道，可以提高单次循环的处理效率；在均匀下落的过程中，与水流逆向接触，并在洗砂板上搓洗（设置沟槽的洗砂板的搓洗效果更佳），水流将油、泥为主的轻质物料携带至上部，通过的轻质物料排放口排出，进行下一步处理；该过程中，提前将轻质物料与重质物料分开，使密度大的重质物料在沉降区内部沉积，保证了分离效果；同时，由于在液相洗砂区内部存在两股进料—底部的上升水和顶部来自气相洗砂的物料，在保持压缩气体流量恒定时，通过调节轻质物料出口流量大小，改变上升水流速度，起到控制洗砂效果的作用:即流量调大，液相洗砂区内的上升水流速度越大，会使部分原下沉的物料被流速变大的水流携带，向上运输，并成为轻质物料中的一部分，轻质物料出料粒径变大，反之，则越小。本发明通过调整设备的运行参数，根据下一阶段处理工艺或是处理设备的要求灵活调整出料。

2．本发明在气相洗砂区内设置多个气相输送器，不仅避免了因为物料粘度过大导致的气相洗砂区堵塞的现象，而且也克服了机器停工后，因物料堆积压缩而造成的再启动困难的问题，通过不同的位置引入压缩输送气增加了物料在运输过程中相互接触的几率，有利于砂粒在搓洗中与油、泥组分分离；在气相洗砂区内包括多个混合室，由于混合室与气相洗砂通道直径不同，根据流体运动性质，输送的物料由于存在速度差，由通道进入混合室的物料产生翻滚、冲击的状态，气相不断冲刷物料表面，进一步洗掉附着的在砂上油泥；物料如此经过多个混合室后，原本附着在砂上的油泥松动，甚至脱落，使得进入液相洗砂区后便于砂与油泥分离。同时，物料中含有的部分有机轻组分也会随气体脱出，作为尾气排放，其中排放的尾气可以选择回收有价值组分、直接分离或作为压缩气体循环使用，优选为回收轻组分富集后进行低温分离。

附图说明

图1是本发明油泥砂的分离系统的结构示意图。

其中，筒体I 10、新鲜进料口11、尾气排放口12、轻质物料出口13、重质物料出口14、筒体II 20、溢流口21、进水口22、物料排放口23、气相洗砂通道30、混合室31、气相输送器32。

具体实施方式

下面通过具体实施例说明本发明的具体内容和效果。下面的实施例将对本发明提供的方法予以进一步的说明，但并不因此而限制本发明的范围。

本发明的油泥砂的分离方法按照如下方式进行:新鲜水通过进水口22通入到筒体II 20，并通过分布器均匀分散，向上流动，待处理物料（包括新鲜进料和自气相洗砂通道循环回的物料）进料至筒体I10中，在下落过程中，物料撞击筒体I10内置洗砂板，在重力作用下沿洗砂板下落，在洗砂板之间的缝隙中与上升水流接触，混合冲洗，水流将物料中密度较小的油和泥携带并向上运动，通过轻质物料出口13排出，通过调节轻质物料出口处的流量阀（DN50球阀），可以控制出料粒径的大小，多余的水通过沉降区顶部的溢流口21排出，保证了洗砂器内上升水流速度的稳定，防止产生沸腾现象，影响轻质物料组成；重质物料在重力作用下，通过重质物料出口14排入沉淀区，堆积在沉降区内部形成床层，通过控制三通阀门，进入气相洗砂通道30，推动物料流动，依次经过洗砂通道30上的若干个混合室31，循环回液相洗砂区，物料进入液相洗砂区通过尾气排放口12排出过量的压缩气体；待床层累积到一定厚度，停止新鲜进料；待沉降区底部物料含油率达标后，通过调整沉降区底部三通阀门，使物料排放口23与外界相通，排出清洗后的重质物料。

其中，尾气中会携带一定量的VOCs（多为油料中的轻组分），所以尾气不应直接向大气排放，进行有限次循环使用使用，轻组分富集后进行低温分离，回收有价值的轻组分。

本发明实施例和比较例中使用的装置，筒体I与筒体II均为圆柱体，筒体I位于筒体II的顶部，部分筒体I浸入到筒体II内部，部分筒体I高于筒体II上沿，其中，以筒体II上沿为分界，筒体I上部与下部的高度之比为1: 7，筒体II对筒体I实现部分嵌套，以筒体I下沿为分界，筒体II上部与下部的高度之比为1: 3，筒体I与筒体II的横截面积之比1:1.2；气相洗砂通道与液相洗砂区中筒体I的横截面之比为1:30，混合室位于气相洗砂通道上，横截面积与气相洗砂通道横截面积比为1.2:1，若干个混合室总长度与气相洗砂通道垂直长度之比为1:7；气相输送器设置于气相洗砂通道入口端，压缩气体选择空气并设置有2~6个气相输送器。

本发明实施例和比较例中，物料的含水率使用循环萃取法测得，萃取剂使用的是90~120℃石油醚，读取分水器中的冷凝水量即为物料含水量，进一步可计算物料含水率；物料的含固率是通过焙烧法测得，使用的仪器为马弗炉，通过焙烧前后的质量差进一步可以计算物料含固率；含油率=100wt%-含水率-含固率；固体颗粒物粒径通过激光粒度分析仪测量。

实施例1

本实施例中使用的原料来自某联合站的采出液三相分离器分离理出的油泥砂，经过检测，油泥砂的含油率3.93wt%，含固率8.21wt%，含水率87.86wt%，经计算，干基含油率32.37wt%。

气相洗砂区筒体I内置相互交错的洗砂板的数目为8个，向下倾斜角度为10°，混合室个数为2，气相输送器个数为2。

按照上述流程操作，顺利开车后，调整液相洗砂区进料流速为2.2m³/h，轻质物料出口流量为0.8m³/h，气相输送器的工作压力为0.2MPa，通入的压缩气体流量为0.6m³/h，稳定运行一段时间后开始计时，每间隔一段时间，从气相洗砂通道与筒体I接口处、轻质物料出口处采样，前者用以检测物质组成，并与原料性质进行对比（见表1），后者用以检测轻质物料中的最大粒径值。12小时后物料含油率降至0.19wt%，含水率为24.92wt%，经计算，干基含油率为0.25wt%；轻质物料的最大粒径值为102μm。

实施例2

本实施例中使用的原料同实施例1。

实施例2所用装置，筒体I内置洗砂器洗砂板数目为12，洗砂板上设置若干沟槽V型沟槽，混合室个数为3，气相输送器个数为3。

按照上述流程操作，顺利开车后，向装置内进料，调整液相洗砂区进料流速为2.8m³/h，轻质物料出口流量为0.6m³/h，气相输送器的工作压力为0.35MPa，通入的压缩气体流量为0.8 m³/h，稳定运行一段时间后开始计时，每间隔一段时间，从洗砂通道与筒体I接口处、轻质物料出口处采样，前者用以检测物质组成，并与原料性质进行对比（见表1），后者用以检测轻质物料中的最大粒径值。12小时后物料含油率降至0.21wt%，含水率为24.92wt%，经计算，干基含油率为0.28wt%；轻质物料的最大粒径值为79μm。

实施例3

本实施例中使用的原料来自某联合站的沉降罐中油泥砂，经过检测，其组成为含油率11.62wt%，含固率52.78wt%，含水率35.60wt%，经计算，干基含油率18.04wt%。

实施例3所用装置，筒体I内置洗砂器洗砂板数目为10，混合室个数为4，气相输送器个数为4。

按照上述流程操作，顺利开车后，向装置内进料，调整液相洗砂区进料流速为3.3m³/h，轻质物料出口流量为0.7m³/h，气相输送器工作压力为0.6MPa，通入的压缩气体流量为0.7m³/h，稳定运行一段时间后开始计时，每间隔一段时间，从洗砂通道与筒体I接口处采样，检测物料性质，并与原料性质进行对比从洗砂通道与筒体I接口处、轻质物料出口处采样，前者用以检测物质组成，并与原料性质进行对比（见表1），后者用以检测轻质物料中的最大粒径值。12小时后物料含油率降至0.17wt%，含水率为24.32wt%，经计算，干基含油率为0.22wt%；轻质物料的最大粒径值为88μm。

对比例1

本对比例中使用的原料同实施例1。

采用热水水洗法（原料产地联合站现用工艺）处理原料，热水温度80℃，搅拌速度80r/min，经过12h的处理后，出料含水率34.23wt%，含油率2.24wt%，经计算，干基含油率3.41wt%。

表1不同清洗时间含油率的试验结果。

由实施例1~3可知，本发明针对不同组成的油泥砂物料，均具有良好的处理效果，处理效率高，经过12h的处理后，出料的含水率保持在24~25wt%稳定范围内，这说明出料的组成性质基本一致，含油率低于0.21wt%，干基含油率低于0.28wt%。

由实施例1与对比例1可知，现阶段某联合站采用的处理油泥砂的热水水洗法的出料含油率仍有2.24wt%，干基含油率3.41wt%，虽达到原料近十分之一，但对于资源化利用来说仍过高；另一方面，相对于泥来说，砂孔道结构少，孔容低、吸水能力差，对比例中出料的含水率远超出25wt%，达到34.23wt%，这说明出料的砂中仍含有泥。

综上可知，相比于现有技术，本发明涉及的分离方法及装置可以有效的油泥砂中含有的粗砂分离，并且整个过程未采用加热等方式，节约操作成本，分离后的粗砂具有分离效率高、不含细泥，含油率低、干基含油率低于0.28wt%的特点，方便后续的资源化利用。

Claims

1.一种油泥砂分离系统，其特征在于包括液相洗砂区、沉降区和气相洗砂区；所述液相洗砂区包括筒体I，顶部设置新鲜进料口、尾气排放口和循环进料口，侧部设置轻质物料出口，底部设置重质物料出口与沉降区连通，内部设置相互交错的洗砂板，洗砂板向下倾斜，洗砂板一端固定于筒体I内壁，另一端伸向筒体I的中心；所述沉降区包括筒体II，顶部设置溢流口，侧面中下部设置进水口，底部设置物料排放口，物料排放口分为两路，一路与气相洗砂区连通，另一路与外界连通；沿竖直方向，所述液相洗砂区部分位于沉降区内部，另一部分在沉降区外部上方，沉降区顶部盖板与液相洗砂区侧壁密封连接；所述气相洗砂区包括气相洗砂通道、若干混合室和气相输送器，各混合室设置于气相混合通道上，并与气相洗砂通道同轴连通，气相洗砂通道和若干混合室均为管状，气相洗砂通道入口端与沉降区的物料排放口连通，出口端与液相洗砂区循环进料口连通。

2.根据权利要求1所述的分离系统，其特征在于：所述的洗砂板与水平方向的夹角为5~80°；洗砂板数为6~15个。

3.根据权利要求1或2所述的分离系统，其特征在于：洗砂板上设置若干沟槽，沟槽开槽方向沿垂直于筒体I的轴向方向。

4.根据权利要求1所述的分离系统，其特征在于：所述的轻质物料出口端的管线上安装有流量调节阀，用于调节轻质物料出料流量。

5.根据权利要求1所述的分离系统，其特征在于：液相洗砂区位于沉降区外部上方部分与位于沉降区内部部分的高度之比为1: 1~1:20；以液相洗砂区底部为分界，沉降区I上部与下部的高度之比为1: 2~1:10。

6.根据权利要求1所述的分离系统，其特征在于：所述的液相洗砂区与沉降区的横截面面积比1:1.2~1:5。

7.根据权利要求1所述的分离系统，其特征在于：所述的气相洗砂通道设置在筒体I的内部或是外侧；所述的气相洗砂通道与液相洗砂区的横截面面积比为1:10~1:50。

8.根据权利要求1所述的分离系统，其特征在于：所述的气相输送器设置于气相洗砂通道入口端，用于向气相洗砂区内通入压缩气体；所述的气体为氩气、空气、氮气、氦气或是二氧化碳中的一种或多种。

9.根据权利要求1所述的分离系统，其特征在于：所述的气相洗砂区设置1~4个混合室，混合室与气相洗砂通道的直径比为1.2~3.5:1。

10.根据权利要求1所述的分离系统，其特征在于：若干个混合室总长度与气相洗砂通道垂直长度之比为1:5~1:15。

11.根据权利要求1所述的分离系统，其特征在于：所述沉降区的物料排放口通过三通阀门分别与气相洗砂区和外界切换连通。

12.一种油泥砂的分离方法，其特征在于包括如下内容：待处理油泥砂物料经液相洗砂区的进料口进入液相洗砂区，在重力作用下沿洗砂板流动，并与来自沉降区的上升水流逆向接触，混合冲洗，水流携带物料中密度较小的油和泥向上运动，通过轻质物料出口排出，作为脱砂油泥进行下一步处理；密度较大的重质物料继续下沉，进入沉降区，不断堆积形成床层，床层整体向下运动，直至沉降区底部，通过物料排放口连通的气相洗砂通道入口端进入气相洗砂区的气相洗砂通道，在气相输送器通入的压缩气体推动下依次经过通道上的混合室，循环回至液相洗砂区再次处理；当沉降区底部物料含油率合格时，通过切换阀门，物料排放口与外界连通，系统停车卸料，完成分离。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于：所述的待处理油泥砂物料的含油率1wt%~20wt%，含固率1wt%~20wt%，含水率60wt%~98wt%。

14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于：液相洗砂区的进料流速为2.0~3.5m³/h。

15.根据权利要求12所述的方法，其特征在于：轻质物料出口流速为0.3~1.2m³/h，优选为0.5~1.0m³/h。

16.根据权利要求12所述的方法，其特征在于：气相输送器的工作压力为0.05~0.8MPa，气相输送器通入的压缩气体流量为0.2~1.5m³/h。