含油污水旋流除油技术

1．技术开发背景

随着国内油田大都进入二次开采的末期和三次开采阶段，原油乳化､重质化日趋严重。一方面，随着三次采油技术的被逐渐应用，采出液多为水包油乳状液或水包油与油包水交替出现的复杂乳状液，采油过程中大量注聚物、化学助剂的加入，使得原油脱盐、切水难度大大增加；另一方面，国内原油加工量的不断提高，进口原油，特别是中东等高含硫重质原油的掺炼比例持续增加，进一步加剧了国内炼油企业原油重质化､劣质化的趋势｡

原油的重质化和劣质化特别是乳化问题，严重影响着炼厂的安全平稳生产，造成含油—蒸馏装置操作难度越来越大，尤其是含油切水带油问题益发突出。含油切水带油问题已成为国内炼油企业所面临的迄待解决的一大难题，含油装置污水已成为炼油企业污水、污油的主要来源之一。近年来，国内几乎所有的炼油企业都出现了含油装置切水严重带油问题，所带来的直接后果就是大大增加了炼油厂重污油量、装置加工损失增加、污水污油处理难度增加，污油回炼导致炼油装置操作不稳，而相应的环保问题也日益凸现。

国内炼油企业污水处理一般仍采用“老三套”技术， 即“沉降、隔油—浮选—生化”。该技术的优点是造价较低；缺点是占地面积大，油水分离效果差，对污水中溶解油、乳化油和分散油不能有效去除。随着重质、劣质原油掺炼比例不断提高、含油污水乳化程度加剧，该设施已不能满足清洁生产要求。

因此在环保要求越来越高和原油价格居高不下的情况下，开展含油装置含油污水综合处置技术研究，开发新型污油、污水处理装备，可以有效回收利用原油资源、降低装置加工损失和实现装置污水的达标排放，减轻含油污水对后续污水处理厂的冲击和二次污染，经济效益和社会效益将十分显著｡

2  旋流分离技术简介

旋流分离技术被普遍认为是一种高效节能分离技术，其关键部分是旋流分离器，简称旋流器。旋流器可用于液-液、固-液、气-液／液-气、液-液-固、液-液-气等非均相混合物的澄清、增浓或切水、分级、洗涤等等分离过程。旋流分离器结构简单，没有运动部件，制造成本低，工作可靠，维护费用低，能耗少，所占空间小，效率高，应用广，无污染。推广旋流分离技术对增效节能、减少环境污染、提高社会经济效益具有重大的意义。

旋流分离技术的技术特点可概括如下：

① 结构简单、设备紧凑、占地面积小；

② 成本低（包括制造成本、维护费用、能耗方面）；

③ 安装方便（旋流器可任意角度安装）；

④ 操作简单、工作可靠、维修方便；

⑤ 分离效率高、自动化程度强（可连续性操作、易清洗、易于实现自动化）；

⑥ 适应性好、用途广，生产及调节范围宽（并联可增加生产能力，串联可提高产品质量，操作温度及压力不受限制）。

旋流分离技术作为一种高效节能型分离技术，主要可分离液固、液液（如油和水体系）、气液、气液固多相体系，其应用范围极为广泛。与其它除油技术相比，旋流除油技术具有结构紧凑、体积小、重量轻、除油效率高、无运动部件、使用寿命长、流程密闭无污染等优点。

表1中列出了在石油化工领域中的典型应用。

3. 含油污水油水分离需要考虑的几个物性参数

从含油含油污水含油形态分析来看，重力沉降难以对含油污水含油进行有效分离，因此必须采用更为有效的旋流分离方法。含油污水的性质对旋流器性能的影响包括油滴粒径分布、污水粘度和温度、油水密度差等因素。

⑴ 温度

温度升高，一方面液体介质粘度会下降，有利于油水分离；但另一方面温度升高，油滴的粘度下降，表面张力减小，油滴的变形和破碎的可能性加大，使油水分离变得更加困难。温度过低，原油增加。一般认为液液分离中，分散相油滴的动力粘度超过30mPa·s时，油水分离会变得较为困难。原油与水的分离实验表明，含油污水介质在50~70℃时，对旋流器的分离性能没有显著影响。

含油含油污水一般控制在50℃，根据操作情况，可以做适当调整。

⑵ 油水密度差

油水旋流分离是依靠油水之间的密度差，利用污水在旋流管内高速旋转产生的离心力场将油滴从水中分离出来。油水两相密度差越大，分离越是容易；密度差越小，分离越难。一般而言，旋流分离技术适用于两相密度差>50kg/m3的分离情况。

含油切水温度在50℃左右，在此温度条件下，油水两相的平均密度差Δρ>100 kg/m3，满足旋流分离的两相密度差条件。

⑶ 粘度

此处粘度条件主要指得是（油水混合）污水的平均粘度。粘度的大小直接决定了旋流器的分离性能和阻力降。

从实际情况来看，含油污水在50℃状态下动力粘度<1mPa.s，低于20℃下清水粘度，对于旋流分离来说处于一个比较有利的粘度范围。

4．工业应用条件

⑴常减压装置含油切水操作（提供）参数

①     切水量：最大35t/h，平均25 t/h，最小10 t/h。

②     切水温度：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     切水压力：冷却器前1.0MPa，冷却器后0.6MPa。

⑵ 污水旋流分离工业试验装置设计指标

①  进料压力：1.0MPa

②  处理能力：3.5 t/h

③  切水温度：70℃～90℃。

④  进料含油：<10000mg/l

⑤  总压降（排水）<0.4 MPa

⑥  净化水含油：<400ppm

⑦  净化水外排：3.22 t/h；回罐污油（含水）：0.28 t/h

4.1工业应用流程

考虑到含油装置污水含油浓度波动幅度较大，为确保试验过程中分离后外排净化水达到装置排放标准，试验流程为两级串联处理，也可进行单级处理。图3、图4分别为单级、两级串联试验方案流程简图和现场实际安装照片。

4.2  工业应用结论

⑴ 分析结果达到了原设计指标，分离效率高于原估算值。

⑵ 在进液含油浓度变化范围比较大的情况下，所设计新型轴流式旋流器具有很好的适应性，操作弹性较大。

⑶ 根据试验结果估算：

① 在旋流分离器入口含油浓度<5000 ppm，旋流净化后外排水中浓度可以控制在200ppm以下，满足装置外排要求。

② 在含油切水正常情况下，切水含油浓度稳定在350~500ppm时，旋流净化后外排水中含油浓度可以降低至50 ppm。

5 .含油污水旋流除油技术的工业应用

根据工业试验结果及实际工艺技术要求，含油污水旋流除油装置设计中需要重点解决三个问题：

（1）压降要小，防止因系统憋压而影响含油罐操作；

（2）切水含油浓度范围较宽，几百到数千、甚至几万ppm；

（3）含油且切水量变化较大，分离器必须能够实现宽流量操作。

实际工业应用中充分考虑了轴流式旋流器的高效率、低压降、操作弹性大的特点，采用了两级旋流分离方案，无泵操作，流程方案简图如图7所示。

5.1 含油污水旋流除油技术工业应用结论

工业应用结果表明，由于所开发的含油污水旋流除油技术采用了新型高效轴流式旋流管，切水旋流除油装置具有以下显著特点：

⑴ 在除油装置入口含油浓度<5000 ppm，旋流净化后外排水中浓度可以控制在200ppm以下，满足装置外排要求。

⑵ 国内首次实现了原油含油装置含油切水的除油装置化处理工艺技术，成套装置分离效果好、压降低、自动化程度高、操作弹性大、适应性好。

⑶ 工业应用结果证明，对于自主开发的含油切水旋流分离技术，在不增加能耗、不添加任何化学药剂的情况下实现了含油装置含油污水的就地处理和达标排放，实现污油的就地回收，有效的减少装置加工损失，降低污水处理厂的负荷、处理成本和二次污染，经济效益和社会效益十分显著