Tratamiento de lodos oleosos
Autor: Jiang Chaocheng Zhao Dongfeng
Prefacio
Los lodos aceitosos son un producto de la extracción, el transporte y la extracción de petróleo. Refino y tratamiento de aguas residuales oleosas Residuos sólidos oleosos generados durante el proceso. Generalmente, el contenido de aceite en el lodo es del 10 al 50% y el contenido de humedad es del 40 al 90%. La industria petroquímica de mi país produce 800.000 toneladas de lodo del fondo del tanque y lodo del fondo del tanque cada año [1], el campo petrolífero de Shengli produce más de 65.438 toneladas de lodo aceitoso cada año y el campo petrolífero de Dagang produce alrededor de 150.000 toneladas de lodo aceitoso cada año. Los lodos aceitosos contienen una gran cantidad de sustancias tóxicas con olor como series de benceno, fenoles, antraceno y pireno [3]. Si los lodos aceitosos no se tratan, no sólo contaminarán el medio ambiente, sino que también desperdiciarán recursos. El tratamiento de lodos aceitosos siempre ha sido un problema importante que afecta a los campos petrolíferos.
1. Fuentes de lodos aceitosos
Las fuentes de lodos aceitosos incluyen principalmente los siguientes métodos:
1.1 Los lodos aceitosos se generan a partir de la producción de petróleo crudo.
Los lodos oleosos producidos durante la extracción del petróleo crudo proceden principalmente de sistemas de tratamiento terrestres. El lodo aceitoso producido durante el tratamiento de las aguas residuales de la producción de petróleo, junto con el flóculo formado al agregar agentes purificadores de agua durante el tratamiento de purificación de aguas residuales, los productos de corrosión de equipos y tuberías, las incrustaciones y las bacterias (cadáveres), constituyen lodos aceitosos. Este tipo de lodo aceitoso generalmente tiene las características de alto contenido de aceite, alta viscosidad, partículas finas y dificultad de deshidratación. No solo afecta la calidad de la exportación del petróleo crudo, sino que también dificulta el cumplimiento de los estándares de calidad del agua de inyección. descarga de aguas residuales [4].
1.2 Lodos aceitosos producidos durante la recolección y transporte de yacimientos petrolíferos.
Los lodos aceitosos en el campo petrolífero de Shengli provienen principalmente de los lodos de tanques de petróleo, tanques de sedimentación, tanques de aguas residuales, trampas de grasa, instalaciones de tratamiento de agua aceitosa en refinerías, unidades de tratamiento de hidrocarburos ligeros y unidades de purificación de gas natural y arena. lodos, así como petróleo crudo molido y lodos aceitosos provenientes de perforaciones, operaciones y penetraciones de oleoductos [5]. Cuando el petróleo se almacena en un tanque de almacenamiento de petróleo, una pequeña cantidad de impurezas mecánicas, arena, tierra, sales de metales pesados, parafina y asfalteno del petróleo se depositan en el fondo del tanque, formando lodo en el fondo del tanque.
Los lodos del campo petrolífero de Zhongyuan se descargan principalmente del tanque de sedimentación primario, el tanque de sedimentación secundario y el tanque de recuperación de agua de lavado del pozo. La composición del lodo aceitoso en sí es compleja y contiene una gran cantidad de petróleo crudo envejecido, cera, asfaltenos, coloides y materias suspendidas sólidas, bacterias, sales, gases ácidos, productos de corrosión, etc. Durante el proceso de tratamiento de aguas residuales se debe agregar una gran cantidad de agua como coagulantes, inhibidores de corrosión, inhibidores de incrustaciones y bactericidas.
Agente de tratamiento[6].
Durante el proceso de limpieza regular de los tanques de petróleo durante 3 a 6 años, el lodo aceitoso en el fondo del tanque representa aproximadamente el 1% de la capacidad del tanque. El lodo aceitoso en el fondo del tanque se caracteriza por un contenido extremadamente alto de hidrocarburos (aceite). Según investigaciones y pruebas, se encontró que alrededor del 25% del sedimento del tanque de petróleo es agua, el 5% es sedimento y alrededor del 70% son hidrocarburos, de los cuales los asfaltenos representan el 7,8%, las parafinas el 6% y las cenizas de lodo. el contenido es del 4,8%[3].
1.3 Lodos oleosos producidos en la planta de tratamiento de aguas residuales de la refinería
Los lodos oleosos en la planta de tratamiento de aguas residuales de la refinería provienen principalmente del lodo del fondo de la trampa de aceite, la espuma de la flotación de aire. tanque y el lodo del fondo del tanque de almacenamiento de petróleo crudo, etc. , comúnmente conocido como "Tres Nis". Estos lodos oleosos tienen diferentes composiciones, generalmente con un contenido de aceite del 10% al 50%, un contenido de humedad del 40% al 90% y una cierta cantidad de sólidos.
2. El daño de los lodos aceitosos
Los lodos aceitosos son enormes. Si se vierte directamente sin tratamiento, no sólo ocupará una gran cantidad de tierra cultivada, sino que también contaminará el suelo, el agua y el aire circundantes, acompañado de gases olorosos. Los lodos contienen una gran cantidad de bacterias patógenas, parásitos (huevos), cobre, zinc, cromo, mercurio y otros metales pesados y sales.
Así como bifenilos policlorados, dioxinas, radionúclidos y otras sustancias tóxicas y nocivas de difícil degradación.
3. Métodos comunes de tratamiento de lodos
El objetivo final del tratamiento de lodos aceitosos es la reducción, la utilización de recursos y la inocuidad. Métodos de tratamiento de lodos oleosos de uso común: método de extracción por solventes, método de incineración, método biológico, método de coquización, control del perfil de lodos oleosos, utilización integral de lodos oleosos, etc.
3.1 Deshidratación de lodos oleosos
Hay cuatro formas de agua en los lodos oleosos: agua libre, agua intermitente, agua adherida [o agua superficial] y agua químicamente ligada.
Los métodos de deshidratación comúnmente utilizados y los efectos de los lodos aceitosos se muestran en la Tabla 1 [7].
Tabla 1 Métodos y efectos comunes de deshidratación de lodos oleosos
Método de deshidratación
Dispositivo de deshidratación
% de contenido de humedad después de la deshidratación
p>
Estado de deshidratación
Concentración y deshidratación
Gravedad, flotación por aire, separación
Concentración cardíaca
95 -97
Pasta aproximada
Método de secado natural
Secado natural en campo y secado
Campo de batalla
70- 80
Torta de barro
Deshidratación mecánica
Filtración al vacío
Tambor al vacío
Reproductor de discos
60-80
Torta de barro
Filtro prensa
Filtro prensa de placa y marco
45-80
Torta de lodo
Filtro rodante
Filtro prensa con correa rodante
78-86
Torta de lodo
Filtración centrífuga
Centrífuga
80~85
Torta de lodo
Método de secado
10- 40
En polvo y granulado
Incineración
0-10
Gris
3.2 Acondicionamiento de lodos oleosos
El lodo aceitoso viscoso negro concentrado después de la sedimentación y deshidratación por gravedad se compone generalmente de aceite en agua (O/W), agua en aceite (W/O) y sólidos suspendidos * * *, y pertenece a una variedad de sistema coloide de fase con componentes complejos. Debido a que las cargas adsorbidas en la superficie de las partículas de lodo aceitoso son las mismas, se repelen entre sí y, debido a la emulsificación total, es extremadamente difícil desestabilizarlas, lo que dificulta la separación de petróleo, agua y lodo. Es necesario agregar modificadores para separar el petróleo crudo de las partículas sólidas, polimerizar las gotas de petróleo y precipitar los agentes químicos originales y las impurezas sólidas para lograr una separación completa del petróleo, el agua y la escoria.
Li Fanxiu estudió el proceso de acondicionamiento-tratamiento de deshidratación mecánica de lodos aceitosos. La clave de esta tecnología reside en la selección del tipo y dosificación de floculantes [8], desemulsionantes y reguladores [9] utilizados en el acondicionamiento, la selección del tipo de maquinaria de deshidratación y la determinación de los parámetros de funcionamiento de la maquinaria de deshidratación.
Se informa que Jan Bock, Sanjay R Srivatsa, Aldo Corti y otros [10] inventaron una tecnología patentada para la deshidratación mecánica del acondicionamiento de lodos aceitosos: añadiendo tensioactivos, diluyentes (como sulfano), electrolitos ( solución de NaCl), o demulsionante (aniónico o no iónico), agente humectante (puede aumentar la afinidad entre la superficie de las partículas sólidas y el agua) y el valor del pH. Según datos relevantes, la planta de producción de petróleo de Jinzhou del campo petrolífero de Liaohe, ciudad de Panjin, Liaoning. La provincia obtuvo una tecnología patentada para acondicionar lodos aceitosos para recuperar petróleo crudo [11].
3.3 Extracción El método de extracción utiliza el principio de "miscibilidad similar" para seleccionar un disolvente orgánico adecuado como agente de extracción para separar el aceite del lodo aceitoso.
Métodos de recuperación y utilización del petróleo crudo. Huang Shusheng y otros utilizaron un método de extracción por separación en varias etapas y lavado en caliente en una etapa para tratar los lodos aceitosos [12]. Los lodos tratados pueden cumplir con los estándares de descarga de lodos agrícolas y los productos químicos pueden reciclarse.
La tecnología de extracción con fluidos supercríticos es una nueva tecnología de extracción de lodos que se encuentra en etapa de desarrollo. Utiliza alta presión para llevar sustancias gaseosas a temperatura y presión normales a un estado líquido y lo utiliza como agente de extracción. Debido a su alta solubilidad, el extractante es fácil de recuperar y reciclar. Los agentes de extracción de fluidos supercríticos comúnmente utilizados incluyen metano, etileno, etano, propano, dióxido de carbono, etc. Estas sustancias tienen temperaturas críticas altas, presiones críticas bajas y las materias primas son baratas y fácilmente disponibles. Son buenos agentes de extracción supercríticos con baja densidad y fácil separación [13].
En la actualidad, el método de extracción para el tratamiento de lodos oleosos aún se encuentra en fase de desarrollo experimental. La ventaja del método de extracción es que el lodo aceitoso se trata minuciosamente y la mayoría de las sustancias derivadas del petróleo se pueden extraer y recuperar. Sin embargo, debido a que el agente de extracción es caro y hay una cierta pérdida durante el proceso de tratamiento, el método de extracción es costoso y todavía no se ha aplicado realmente al tratamiento de lodos aceitosos en refinerías. La clave para el desarrollo de esta tecnología es el desarrollo de agentes de extracción rentables.
3.4 Método de incineración
El lodo oleoso que ha sido deshidratado, concentrado y pretratado se envía al incinerador e incinera a 800 ~ 850°C durante 30 minutos. necesita tratamiento adicional.
La mayoría de las refinerías de mi país tienen dispositivos de incineración de lodos. Los lodos aceitosos de las plantas de tratamiento de aguas residuales son los residuos más utilizados, como el incinerador rotativo posterior utilizado por la planta petroquímica de Changling y la compañía petroquímica de Yanshan. ha logrado buenos resultados en el tratamiento de lodos aceitosos. En la actualidad, los principales tipos de incineradores en mi país son: caja cuadrada, lecho fijo, lecho fluidizado, horno de rastrillo u horno rotatorio.
La ventaja del método de tratamiento por incineración es que casi todas las sustancias nocivas se eliminan después de incinerar el lodo, lo que reduce el daño al medio ambiente, el efecto de reducción del volumen de desechos es bueno y el tratamiento es más seguro. La desventaja es que durante el proceso de incineración se produce contaminación secundaria y se desperdicia información valiosa.
3.5 Métodos biológicos
Las tecnologías de tratamiento biológico de lodos acuosos incluyen principalmente cultivo in situ, compostaje y biorreactores de lodos. Los microorganismos se utilizan principalmente para degradar los hidrocarburos del petróleo en lodos aceitosos y convertirlos en componentes inofensivos del suelo. Según los informes, la agricultura in situ provocará cierta contaminación en la tierra y las aguas subterráneas, por lo que se ha detenido en algunos países desarrollados.
El compostaje es un proceso en el que los residuos oleosos se mezclan y apilan con materiales adecuados para degradar los hidrocarburos del petróleo a través de microorganismos naturales. Existen cuatro métodos de compostaje: compostaje en banco, compostaje estático, compostaje cerrado y compostaje en contenedores. El compostaje es un método de tratamiento biológico eficaz y la vida media de los hidrocarburos en lodos aceitosos es de aproximadamente 2 semanas. Los residuos oleosos tratados pueden enterrarse o utilizarse en tierras de cultivo.
Un biorreactor es un recipiente en el que un lodo aceitoso se diluye en un medio nutritivo para volverlo turbio. Debido a que los biorreactores pueden controlar artificialmente la oxigenación, la temperatura, los nutrientes y otras condiciones operativas, la tasa de biodegradación de los hidrocarburos es más rápida que la de otros procesos de tratamiento biológico. La adición de bacterias oxidadoras de hidrocarburos eficientes y domesticadas puede acelerar la biodegradación de los hidrocarburos. Según la literatura, cuando la carga sólida es del 5%, la vida media de biodegradación es de 5 días. El método del biorreactor es adecuado para lodos aceitosos, suelos aceitosos y recortes de perforación aceitosos. Después del tratamiento, la porción líquida de los residuos aceitosos puede descargarse en pozos de tratamiento (pozos y estanques) o utilizarse para otros fines (como la reutilización). La fracción sólida se puede utilizar en tierras de cultivo y el método del biorreactor también se puede utilizar para pretratar los residuos de la industria petrolera para reducir el contenido de hidrocarburos y luego proceder a otros tratamientos.
3.6 Método de coquización
Los lodos oleosos contienen una determinada cantidad de aceite mineral, que está compuesto principalmente por alcanos, naftenos, aromáticos, olefinas, resinas y asfaltenos. El tratamiento de coquización de lodos oleosos se realiza mediante craqueo térmico y condensación térmica de hidrocarburos a altas temperaturas para producir petróleo líquido, gas no condensable y productos de coque.
Zhao Dongfeng et al. [14] utilizaron lodo aceitoso con un contenido promedio de aceite del 69,46 % y un contenido de humedad del 4,71 % para realizar una reacción de coquización a 490 °C y presión normal durante 60 minutos. En estas condiciones, el rendimiento del producto líquido fue del 88,23%, y los principales productos fueron gasolina, diesel y aceite parafina.
3.7 Tecnología de control de perfiles
El lodo aceitoso en el agua de producción tiene buena compatibilidad con la formación y el lodo aceitoso se utiliza como materia prima básica. Mediante el tratamiento químico y la adición de aditivos apropiados, las partículas sólidas se suspenden, se extiende el tiempo de suspensión y se aumenta la profundidad de inyección, mejorando así efectivamente la resistencia a la obstrucción, dispersando uniformemente los componentes del aceite y formando una emulsión uniforme y estable. El agente de control del perfil en suspensión emulsionado preparado a partir de lodos aceitosos se utiliza para el control del perfil de pozos de inyección de agua en campos petroleros. Después de que la formación alcanza cierta profundidad, el sistema de suspensión emulsionado se descompone debido a la erosión y liberación de agua de formación y la adsorción de rocas de formación. El lodo que contiene absorbe coloides y ceras y forma una "estructura de partículas" con partículas de mayor tamaño a través de ellas, que se deposita en los poros grandes, reduce el diámetro de los poros grandes, bloquea la zona de alta permeabilidad y aumenta la resistencia a la filtración del agua inyectada, y fuerza al agua inyectada a cambiar el flujo de filtración. Al optimizar el proceso de construcción, el lodo aceitoso solo puede bloquear la capa de alta permeabilidad y no contaminará las capas de permeabilidad media y baja. Como agente de control de perfil, el lodo oleoso tratado debe cumplir con los siguientes indicadores técnicos: baja viscosidad (≤0,3 Pa·s) y buena bombeabilidad después de agregar un agente de suspensión, el lodo oleoso tiene un buen rendimiento de suspensión y un tiempo de sedimentación de más de; 3 horas.
La prueba de control del perfil de lodo aceitoso se llevó a cabo en la serie ⅱ4-6 del Bloque 437 en el campo petrolífero de Shuanghe, campo petrolífero de Henan, y se lograron buenos resultados [15, 16]. La prueba de control del perfil de lodos aceitosos en el campo petrolífero Zhuangxi de Shengli Oilfield también logró buenos resultados [17].
3.8 Otros métodos
Además de los métodos de tratamiento de lodos oleosos anteriores, también existen métodos de arado in situ, métodos de solidificación de lodos oleosos, métodos de demulsificación química y métodos de separación sólido-líquido. , etc. Tecnología de vertederos[18]. La utilización integral de lodos aceitosos generalmente implica su uso para pavimentar carreteras, fabricar ladrillos y briquetas. También existen tecnologías de pirólisis a baja temperatura para lodos oleosos en el extranjero y métodos para separar lodos oleosos utilizando disolventes y ondas acústicas de baja frecuencia [19].
4. Comparación de varios métodos de tratamiento
① Tratamiento simple: el lodo aceitoso es fácil de enterrar directamente o enterrar después de la solidificación. El vertido directo de lodos oleosos es actualmente el principal método de eliminación de lodos oleosos en la mayoría de los yacimientos petrolíferos nacionales. Sin embargo, este método no sólo desperdicia energía preciosa, sino que también puede causar contaminación ambiental. Entre ellos, el método de solidificación y luego vertido puede reducir el daño al medio ambiente, pero la mayoría de ellos no pueden cumplir con los requisitos actuales de protección ambiental.
②Tratamiento físico y químico: varios métodos de tratamiento físico y químico tienen como objetivo principalmente recuperar petróleo crudo, por lo que son principalmente adecuados para lodos aceitosos con alto contenido de aceite. El proceso de tratamiento suele requerir productos químicos e instalaciones de tratamiento especiales. El proceso de tratamiento es complejo y costoso. El alto precio del petróleo crudo y los altos costos de aguas residuales por los vertidos de lodos oleosos hacen que este enfoque siga siendo atractivo. La desventaja de este método es que la recuperación del petróleo no es completa y hay contaminantes secundarios en las aguas residuales y los residuos, que aún necesitan tratamiento adicional o utilización integral. Además, los lodos aceitosos se producen ampliamente en los campos petroleros, en su mayoría de forma intermitente, y las propiedades de los lodos aceitosos de diferentes fuentes son diferentes, lo que limita el uso integral y la promoción de este método de tratamiento en los campos petroleros.
(3) Tecnología de tratamiento biológico: debido a que el tratamiento biológico tiene las ventajas de ahorro de energía, baja inversión y bajos costos operativos, ha recibido una amplia atención y atención por parte de los círculos de protección ambiental en el país y en el extranjero. El lodo aceitoso logra la separación sólido-líquido y la eliminación del aceite mediante tecnología de tratamiento biológico, y el residuo restante alcanza el estándar de descarga de lodo. La ventaja es que no es necesario agregar productos químicos, el bajo consumo de energía y la protección del medio ambiente. Si bien los métodos de cultivo de la tierra y compostaje requieren grandes extensiones de tierra, el método del biorreactor aún descarga residuos, requiere mucho tiempo de procesamiento y es complejo de operar.
(4) Método de incineración: la incineración debe realizarse en un incinerador especialmente construido, que pueda eliminar por completo la materia orgánica dañina en los lodos aceitosos. Si no se considera el aprovechamiento integral de la energía térmica de la combustión, se desperdiciará energía.
⑤ Fuelización: la combustibleización es un método de utilización integral de la energía contenida en el lodo aceitoso, pero no se puede extraer petróleo crudo de él. Al utilizar este método, se deben considerar aspectos tanto económicos como ambientales. Las ventajas y desventajas de varios métodos principales de tratamiento de lodos aceitosos se enumeran en la Tabla 2.
Tabla 2 Comparación de ventajas y desventajas de los principales métodos de tratamiento de lodos oleosos
Números de serie
Métodos de procesamiento
Campos de aplicación
Ventajas
Desventajas
1
Tratamiento sencillo
Lodos oleosos varios
Simple y fácil
Contamina el medio ambiente y no puede recuperar el petróleo crudo.
2
Tratamiento físico y químico
El contenido de aceite es superior al 5-10%.
Lodos
Recuperación de crudo
Utilización combinada
Es necesario dosificar los aparatos a tratar y eliminar los residuos de aguas residuales. Todavía necesita ser dado de alta y el costo del tratamiento es alto.
Tres
Tratamiento biológico
Varios lodos aceitosos
Ahorra energía y no requiere productos químicos.
El ciclo de procesamiento es largo y el crudo no se puede recuperar.
IV
Incinerar lodos oleosos con un contenido de aceite inferior al 5-10% y lodos que contengan materia orgánica nociva.
La materia orgánica peligrosa se trata minuciosamente.
Los dispositivos que requieren combustión generalmente necesitan agregar combustible para favorecer la combustión y el gas residual no se puede recuperar.
Petróleo crudo
Cinco
Fabrican combustible y ladrillos.
Varios lodos aceitosos
Utilización integral y
Fácil de implementar
El petróleo crudo no se puede recuperar y hay emisión de gases residuales .
5. Conclusión
Los lodos aceitosos provienen principalmente de la minería de yacimientos petrolíferos, de la recolección y transporte de petróleo y gas, y de plantas de tratamiento de aguas residuales. Existen muchas tecnologías para el tratamiento de lodos aceitosos y cada método tiene sus propias ventajas, desventajas y ámbito de aplicación. Sin embargo, debido a la compleja composición de los lodos oleosos, ningún método de tratamiento puede tratar todos los tipos de lodos oleosos. La clasificación de lodos oleosos y los métodos de tratamiento de clasificación son las principales direcciones de investigación en el futuro.