油田采出水處理是礦場油田開發(fā)利用和環(huán)境保護面臨的重要課題,是油田開采必不可少的生產環(huán)節(jié)。隨著三次采油技術的廣泛應用,油田采出污水產出量大,水質復雜且難處理問題突出,現(xiàn)有技術已經無法滿足油田正常生產的要求。因此,迫切需要開發(fā)與三次采油技術配套的采出水處理技術,開發(fā)無藥劑添加、不產生含聚油泥、操作簡單、能耗低的物理除油工藝及設備。旋流 靜態(tài)微泡浮選分離是將常規(guī)旋流器和常規(guī)泡沫柱分離結合起來,集旋流分離、氣浮與聚結分離于一體的高效分離方法。旋流 靜態(tài)微泡浮選柱在煤炭分選、有色金屬選礦、鐵礦提質降雜、油水分離等領域得到了廣泛應用。本論文從基于微泡浮選的旋流分離強化除油、聚結分離強化除油等方面開展研究,對于油水分離用浮選柱的開發(fā)和工業(yè)應用提供理論指導。主要研究內容包括以下幾個方面: 研究了基于微泡浮選的旋流分離強化除油機理。分析了旋流器中油滴的受力情況,描述了浮選柱內置旋流器油水旋流分離過程。研究了起泡劑濃度,給料速度,循環(huán)壓力,充氣速率等操作參數(shù)對脫油率的影響規(guī)律。建立了旋流分離脫油率的數(shù)學模型。采用PIV粒子成像測速儀測試了浮選柱內置旋流器速度場分布。 研究了基于微泡浮選多元聚結強化除油機理。深入分析基于浮選柱內旋流段、管流段和氣浮段的流體行為和油滴聚結、破碎過程,提出了旋流 靜態(tài)微泡浮選柱中旋流聚結(90o碰撞聚結)、管流聚結(0o碰撞聚結)、層流聚結(180o碰撞聚結)機制�？疾炝顺錃馑俾�、溫度、給料速度、循環(huán)壓力以及粘度等操作條件對旋流聚結效果的影響規(guī)律,充氣速率、溫度、給料速度以及粘度等操作參數(shù)對層流聚結效果的影響規(guī)律,充氣速率、循環(huán)壓力、粘度、管段長度、管段直徑以及含油濃度等操作參數(shù)對管流聚結效果的影響規(guī)律。建立了旋流聚結、層流聚結和管流聚結的數(shù)學模型。明確了旋流聚結、管流聚結與層流聚結過程能有效處理粒徑范圍。 利用流體力學軟件Fluent對浮選柱內的兩相流場進行數(shù)值模擬,獲得了浮選柱旋流段、管流段和氣浮段三部分經過旋流聚結、管流聚結和層流聚結后油相的濃度場分布和油滴粒徑分布云圖。模擬結果和試驗結果相吻合。 研究了基于射流的氣含率調控強化除油機理。分析了噴嘴口徑、充氣速率、起泡劑用量、循環(huán)壓力四個參數(shù)對氣含率的影響規(guī)律。確定了適合于油水分離的氣含率不應低于10%最佳范圍。建立了基于操作參數(shù)影響預測氣含率的數(shù)學模型,以及基于BP神經網(wǎng)絡和基于GRNN神經網(wǎng)絡的氣含率預測模型。 通過靜態(tài)實驗,研究了吸附時間、投放煤種、煤粉顆粒粒徑、含油污水pH值、含油濃度等因素對原油在煤粉顆粒表面的吸附規(guī)律。實驗結果表明,隨著吸附時間的延長,石油類物質在煤粉顆粒表面吸附量先增加而后趨于平衡;同一粒級下無煙煤對石油類物質的吸附量大于貧(瘦)煤及褐煤,同一煤種下細粒級吸附量大于粗粒級的吸附量;石油類物質在無煙煤表面吸附量隨pH值增加緩慢減少,pH值對吸附量的影響不大。石油類物質在+0.046mm粒級煤粉表面吸附符合Freundlich等溫吸附規(guī)律,在-0.046mm粒徑煤粉表面吸附符合Langmuir吸附等溫規(guī)律。吸附過程符合二級吸附動力學模型,吸附形式為物理吸附與化學吸附共存的吸附過程,物理吸附為主,化學吸附為輔。 認識到聚合物驅采出水處理過程實質是兩種生產(采油生產、采出水處理)、兩種循環(huán)(水循環(huán)、聚合物循環(huán))的采出水循環(huán)體系,應進行進行適度處理,既要使出水達到回注要求,同時使聚合物最大限度的保留。在此原則下,以旋流 靜態(tài)微泡浮選柱為主要分離設備,利用煤的天然吸附性,以煤粉作為吸附劑,選擇性吸附采油污水中原油,保留聚合物,開發(fā)了聚合物驅采油污水浮選柱選擇性吸附氣浮工藝。結合浮選柱多元聚結作用和充填材料聚結作用,開發(fā)浮選柱聚結氣浮工藝,配套開發(fā)油煤基吸附料資源化回收利用技術。 通過浮選柱聚結氣浮 載體選擇性吸附氣浮工藝集成,在勝利油田孤六聯(lián)建設了2000m3/d“浮選柱聚結氣浮 選擇性吸附氣浮”工業(yè)系統(tǒng)。工業(yè)試驗結果表明,該技術具有工藝獨特、指標先進、無底泥產生等特點。針對含油濃度1000 mg/L~2000mg/L、懸浮物120mg/L左右的進水,處理后出水含油濃度為23.39 mg/L,總脫油率為97.70%。同時,每處理1m3水可減少污泥排放量1.87Kg,污泥量減少,既簡化了整體處理工藝,又降低了處理成本。 該論文有圖143幅,表15個,參考文獻139篇。
【學位單位】：中國礦業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2011
【中圖分類】：X741
【部分圖文】：

2.1.1.2 噴射浮選機[47-49]圖2 1葉輪吸氣浮選機 圖2 2 噴射吸氣浮選機Fig. 2 1 Breathe in impeller flotation machine Fig. 2 2 Jet inspiratory flotation machine由于葉輪浮選機存在制造、維護工作量大，能耗高等缺點，又出現(xiàn)了噴射浮選機（圖2 2）。噴射浮選是指在浮選系統(tǒng)中采用液氣射流泵，利用加壓后的污水或處理后的循環(huán)水作工作介質，通過液氣射流泵時，由于高速射流的負壓作用，吸人氣體并在液氣射流泵的喉管中混合，氣體被粉碎成泡，經液氣射流泵擴散管增壓后排出，均勻地分散到含油污水中，使氣泡與水中的油滴充分接觸粘附，形成氣泡 油滴聚合體，從而

2.1.1.3 改進的噴射式浮選機[14]這種改進的噴射式浮選機（圖2 3），含油污水和空氣均從浮選機上部設置的下導管給入，油滴和氣泡混合后，形成油滴 氣泡復合體一同進入分選槽中分離。經分離后出水從分離室底部排出，含油泡沫從浮選槽頂部經收集后排出。試驗結果表明，這種浮選機除油效率高，在含油高達603mg/L的乳濁液經它處理，除油率高達80%以上。2.1.1.4 離心氣浮機[50]巴西LTM實驗室采用改進型的離心浮選機（圖2 4）分離絮凝過的含油污水，其槽體部分由溢流管、空氣罐及筒體支架組成。進水通過噴嘴進入靜態(tài)混合器經過氣水混合后進入浮選機中，氣泡攜帶的浮渣從溢流管上端流出，處理后的出水從槽體底部流出。該浮選機已安裝在巴西近海平臺上運行。試驗結果表明

油泡沫從浮選柱頂部排出，出水從底部排出。該種類型浮選柱生產效率高，可不斷提高的離心力場強度來強化了浮選效果。圖2 5 FF型絮凝浮選機 圖2 6 加拿大CPT浮選柱Fig. 2 5 FF flocculation flotation machine Fig. 2 6 Canada CPT floatation column2.1.2 油水分離氣浮設備研究新進展2.1.2.1 FXP150噴射式自控密閉氣浮機[55]這種噴射式浮選機主要由罐體、4個噴射器、1臺離心泵和2套刮油機構等組成，具有分離效率高、能耗低、占地面積小、轉動部件少和操作維護費用低等優(yōu)點。FXP150噴射式浮選機于2005年5月在中國石油天然氣集團公司與NELSON投資公司共同開發(fā)的哈薩克斯坦共和國西部北布扎齊油田投入運行，運行表明，在進口含油質量濃度低于300 mg/L，懸浮物質量濃度低于400mg/L時，出口含油質量濃度低于30mg/L，懸浮物質量濃度低于50mg/L。2.1.2.2 JHX新型高效射流氣浮機[56]JHX型浮選機（圖2 8）是利用射流原理將空氣溶入水中，通過釋放頭產生大量微泡。具體過程是通過循環(huán)泵將處理后的部分凈化污水加壓，通過水射器高速射流產生負壓吸入罐體內循環(huán)釋放氣體或補充的新空氣

【參考文獻】

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本文編號：2820775