稠油污水回用于热采锅炉中试研究

Posted 2023-01-12 油污

篇首语：吾生也有涯，而知也无涯。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了稠油污水回用于热采锅炉中试研究相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

对胜利油田陈庄稠油污水回用于热采锅炉进行了现场中试研究，确定了工艺流程和设计参数，并对除油、除SS、脱盐等工艺进行了分析讨论。结果表明，采用以生物除油为基础，结合沉淀、絮凝、过滤、超滤、反渗透脱盐的技术路线对稠油污水进行处理，处理后出水水质达到热采锅炉给水水质标准的要求。将该项技术应用于油田污水资源化利用，可取得明显的经济效益和环境效益。
目前，胜利油田稠油污水产出量为14.1万m3/d，占油田总水量的20.3%。这些数量巨大的采油污水不能直接回用于热采锅炉，如何合理处置是摆在油田公司面前的一个非常严峻的经济和技术难题，这直接影响和制约了油田的可持续发展。一方面，油田每年由于稠油热采需要消耗大量的清水，同时又存在大量富余污水的无效回灌和外排，也给油田生产带来了巨大压力；另一方面，稠油污水中所携带的大量热能白白流失，并造成环境污染。研究表明，稠油污水深度处理后回用于注汽锅炉是其根本出路。目前，回用于热采锅炉的稠油污水常采用物化处理方法，包括混凝、气浮、过滤、离子交换和除氧等工艺，以去除稠油污水中的油、SS、溶解氧，并对其进行软化[3-5]。该工艺的除油工序环节多、流程长、效率低、除油不彻底、二次污染严重，只适合处理盐度小于7000mg/L的油田采出水，而胜利油田采出水的盐度大多都高于7000mg/L。针对胜利油田稠油污水的特点，以胜利油田陈庄站稠油污水为研究对象，开发出了以生物除油为基础，配套反渗透脱盐的新工艺，并进行了360m3/d的中试，现场中试结果表明，出水水质完全可满足注汽锅炉回用的要求。
1.试验部分
1.1污水水质
分析生物除油过程中污水的主要污染物成分，其水质指标如表1所示。根据生化出水水质开展超滤膜预处理技术研究。

1.2工艺流程及说明
将稠油污水回用于锅炉的中试装置设计处理规模为360m3/d，工艺流程如图1所示。各设备之间均采用法兰连接，有利于确定最佳的工艺路线。工艺分为：生物除油预处理单元(换热器、一级气浮、冷却塔、二级气浮)、生物除油单元(生物接触氧化反应器)、双膜预处理单元(杀菌絮凝、沉淀、砂滤)、双膜处理单元(超滤、反渗透)。

生物预处理单元：稠油污水首先进入800m3的缓冲罐，然后进入换热器，在加热反渗透出水的同时初步进行降温(反渗透产水温度可以升高5～8℃)，然后采用一级气浮去除浮油，再采用冷却塔降低稠油污水温度(冷却塔出水温度≤45℃)，降温后的稠油污水进入二级气浮单元进一步去除原油，为生化处理系统提供油的质量浓度小于30mg/L的进水。
生物除油单元：生物接触氧化反应器为三级，2套生物反应器，每套容积为80m3，气水体积比为8∶1，溶解氧的质量浓度为2～3mg/L，填料采用组合填料(调节停留时间以确保生化出水ρ(油)≤1mg/L)。
双膜预处理单元：通过自动控制系统投加杀菌剂和絮凝剂，沉淀后利用砂滤器进行过滤(砂滤出水ρ(SS)≤5mg/L)。
双膜处理单元：砂滤出水进入超滤系统(超滤出水SDI≤3，浊度≤0.2NTU)，超滤出水进入反渗透系统进行脱盐，反渗透出水经换热器升温后进入注汽锅炉所带的水处理系统。
2.结果与讨论
2.1除油及SS工艺
冷却塔可以将稠油污水的温度降低10℃，气浮单元可以有效去除污水中的浮油和SS，同时能有效降低硫化物浓度，避免硫化物对生化系统造成毒害。生化预处理系统进水中油的质量浓度为15～69mg/L，出水中油的质量浓度可稳定地控制在20mg/L以下，且水温控制在45℃以下。
2.2生物接触氧化除油工艺
生物接触氧化除油采用的菌群为SL-16，该菌群含有烷烃、芳烃、胶质沥青质降解菌。在细菌菌种、反应器的尺寸、进水水质确定的条件下，水力停留时间是影响出水效果的主要因素。为了获取最佳水力停留时间，进水量按7.5、9.4、12.5m3/h逐步增加，增强生化系统的抗冲击能力，不同进水量下的生化除油效果如表2所示。由表2可以看出，随着进水量的增加，生化处理系统对原油的去除效果逐渐下降，生化系统进水油的浓度逐渐增加。当污水的进水量小于9.4m3/h时，生化系统出水中油的质量浓度稳定在1mg/L以下。

2.3杀菌、过滤工艺
生化出水水质稳定后，经检测得知其中的细菌数量稳定在104～105个/mL，细菌含量高。采用次氯酸和2，2-二溴-3氰基丙酰胺(DBNPA，有效含量为20%)交替杀菌。由于生化出水中仍有残余油，为减轻对后续膜处理单元的污染，以聚合氯化铝为絮凝剂，聚丙烯酰胺为助凝剂，采用多介质过滤器对其进行过滤。为避免活性氯在后续膜处理中对膜造成损害，确定絮凝沉淀杀菌的时间为30min。中试过程中絮凝剂投加量为80mg/L，助凝剂投加量为1.25mg/L。双介质过滤器按设计要求运行。絮凝、双介质过滤对原油的去除率在50%以上，对SS的去除率在80%以上。
2.4超滤工艺
超滤系统运行中设置反洗和正洗环节，制水30min，正洗20s，反洗30s，再正洗20s。经过絮凝、双介质过滤处理后，生化出水的浊度为0.26～0.32NTU，超滤产水的平均浊度小于0.2NTU，去除效果如图2所示。超滤对SS的去除效果明显，使SS的质量浓度从5mg/L左右降低至0.5mg/L以下。超滤出水的SDI小于3，水质较稳定，能够为反渗透系统提供稳定的进水。

2.5反渗透工艺
2.5.1设计理念及工艺运行参数
反渗透系统采用PCL自动控制，产水压力为1.4MPa，膜元件为美国陶氏化学公司的FILMTECBW30-365苦咸水淡化膜。一级两段设计，膜元件共16支，系统设计在25℃时，进水量为18m3/h，产水量为9m3/h，回收率为50%，脱盐率在90%以上。
选用NT-602复合型水溶性的膦基多元羧酸聚合物作为阻垢剂，该阻垢剂能有效防止硅酸盐、碳酸盐、硫酸盐及氧化铁沉淀所造成的结垢，尤其是在二氧化硅浓度比较高的情况下，系统仍能保持正常运行。
2.5.2产水水质
由于污水来自不同产油井，电导率在16000～20000μS/cm之间波动，平均电导率为18772μS/cm。对应产水的电导率也存在波动，但波动较小，产水电导率为350～550μS/cm，平均电导率为499μS/cm，电导率跟踪测试结果如图3所示。对主要离子去除效果如表3所示。

3.结论
(1)采用气浮、生化除油，絮凝过滤除SS，超滤、反渗透双膜法淡化的新工艺，可以实现稠油污水的资源化利用，处理出水水质满足注汽锅炉用水标准的要求。
(2)稠油热采污水回用于热采锅炉不仅可以解决稠油热采的淡水水源问题，节约了淡水；而且可以降低油田富余污水给生产带来的压力，避免采油污水的无效回灌或外排，保护了生态环境；还可以充分利用污水的热能，从而节约燃料消耗，实现节能降耗，对油田污水的资源化循环利用具有很好的示范作用。