油田采出水處理是礦場油田開發(fā)利用和環(huán)境保護(hù)面臨的重要課題,是油田開采必不可少的生產(chǎn)環(huán)節(jié)。隨著三次采油技術(shù)的廣泛應(yīng)用,油田采出污水產(chǎn)出量大,水質(zhì)復(fù)雜且難處理問題突出,現(xiàn)有技術(shù)已經(jīng)無法滿足油田正常生產(chǎn)的要求。因此,迫切需要開發(fā)與三次采油技術(shù)配套的采出水處理技術(shù),開發(fā)無藥劑添加、不產(chǎn)生含聚油泥、操作簡單、能耗低的物理除油工藝及設(shè)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(jié)合起來,集旋流分離、氣浮與聚結(jié)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(zhì)降雜、油水分離等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。本論文從基于微泡浮選的旋流分離強(qiáng)化除油、聚結(jié)分離強(qiáng)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(yīng)用提供理論指導(dǎo)。主要研究內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面: 研究了基于微泡浮選的旋流分離強(qiáng)化除油機(jī)理。分析了旋流器中油滴的受力情況,描述了浮選柱內(nèi)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(xué)模型。采用PIV粒子成像測速儀測試了浮選柱內(nèi)置旋流器速度場分布。 研究了基于微泡浮選多元聚結(jié)強(qiáng)化除油機(jī)理。深入分析基于浮選柱內(nèi)旋流段、管流段和氣浮段的流體行為和油滴聚結(jié)、破碎過程,提出了旋流 靜態(tài)微泡浮選柱中旋流聚結(jié)(90o碰撞聚結(jié))、管流聚結(jié)(0o碰撞聚結(jié))、層流聚結(jié)(180o碰撞聚結(jié))機(jī)制。考察了充氣速率、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(jié)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(jié)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(jié)效果的影響規(guī)律。建立了旋流聚結(jié)、層流聚結(jié)和管流聚結(jié)的數(shù)學(xué)模型。明確了旋流聚結(jié)、管流聚結(jié)與層流聚結(jié)過程能有效處理粒徑范圍。 利用流體力學(xué)軟件Fluent對浮選柱內(nèi)的兩相流場進(jìn)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(jīng)過旋流聚結(jié)、管流聚結(jié)和層流聚結(jié)后油相的濃度場分布和油滴粒徑分布云圖。模擬結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果相吻合。 研究了基于射流的氣含率調(diào)控強(qiáng)化除油機(jī)理。分析了噴嘴口徑、充氣速率、起泡劑用量、循環(huán)壓力四個(gè)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(yīng)低于10%最佳范圍。建立了基于操作參數(shù)影響預(yù)測氣含率的數(shù)學(xué)模型,以及基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和基于GRNN神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的氣含率預(yù)測模型。 通過靜態(tài)實(shí)驗(yàn),研究了吸附時(shí)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(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,隨著吸附時(shí)間的延長,石油類物質(zhì)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(zhì)的吸附量大于貧(瘦)煤及褐煤,同一煤種下細(xì)粒級吸附量大于粗粒級的吸附量;石油類物質(zhì)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(zhì)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(xué)模型,吸附形式為物理吸附與化學(xué)吸附共存的吸附過程,物理吸附為主,化學(xué)吸附為輔。 認(rèn)識到聚合物驅(qū)采出水處理過程實(shí)質(zhì)是兩種生產(chǎn)(采油生產(chǎn)、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(yīng)進(jìn)行進(jìn)行適度處理,既要使出水達(dá)到回注要求,同時(shí)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(shè)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(qū)采油污水浮選柱選擇性吸附氣浮工藝。結(jié)合浮選柱多元聚結(jié)作用和充填材料聚結(jié)作用,開發(fā)浮選柱聚結(jié)氣浮工藝,配套開發(fā)油煤基吸附料資源化回收利用技術(shù)。 通過浮選柱聚結(jié)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(shè)了2000m3/d“浮選柱聚結(jié)氣浮 選擇性吸附氣浮”工業(yè)系統(tǒng)。工業(yè)試驗(yàn)結(jié)果表明,該技術(shù)具有工藝獨(dú)特、指標(biāo)先進(jìn)、無底泥產(chǎn)生等特點(diǎn)。針對含油濃度1000 mg/L~2000mg/L、懸浮物120mg/L左右的進(jìn)水,處理后出水含油濃度為23.39 mg/L,總脫油率為97.70%。同時(shí),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(gè),參考文獻(xiàn)139篇。
【學(xué)位單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2011
【中圖分類】：X741
【部分圖文】：

2.1.1.2 噴射浮選機(jī)[47-49]圖2 1葉輪吸氣浮選機(jī) 圖2 2 噴射吸氣浮選機(jī)Fig. 2 1 Breathe in impeller flotation machine Fig. 2 2 Jet inspiratory flotation machine由于葉輪浮選機(jī)存在制造、維護(hù)工作量大，能耗高等缺點(diǎn)，又出現(xiàn)了噴射浮選機(jī)（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(zhì)，通過液氣射流泵時(shí)，由于高速射流的負(fù)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(jīng)液氣射流泵擴(kuò)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(jìn)的噴射式浮選機(jī)[14]這種改進(jìn)的噴射式浮選機(jī)（圖2 3），含油污水和空氣均從浮選機(jī)上部設(shè)置的下導(dǎo)管給入，油滴和氣泡混合后，形成油滴 氣泡復(fù)合體一同進(jìn)入分選槽中分離。經(jīng)分離后出水從分離室底部排出，含油泡沫從浮選槽頂部經(jīng)收集后排出。試驗(yàn)結(jié)果表明，這種浮選機(jī)除油效率高，在含油高達(dá)603mg/L的乳濁液經(jīng)它處理，除油率高達(dá)80%以上。2.1.1.4 離心氣浮機(jī)[50]巴西LTM實(shí)驗(yàn)室采用改進(jìn)型的離心浮選機(jī)（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(jìn)水通過噴嘴進(jìn)入靜態(tài)混合器經(jīng)過氣水混合后進(jìn)入浮選機(jī)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(jī)已安裝在巴西近海平臺上運(yùn)行。試驗(yàn)結(jié)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(chǎn)效率高，可不斷提高的離心力場強(qiáng)度來強(qiáng)化了浮選效果。圖2 5 FF型絮凝浮選機(jī) 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(shè)備研究新進(jìn)展2.1.2.1 FXP150噴射式自控密閉氣浮機(jī)[55]這種噴射式浮選機(jī)主要由罐體、4個(gè)噴射器、1臺離心泵和2套刮油機(jī)構(gòu)等組成，具有分離效率高、能耗低、占地面積小、轉(zhuǎn)動部件少和操作維護(hù)費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)。FXP150噴射式浮選機(jī)于2005年5月在中國石油天然氣集團(tuán)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(yùn)行，運(yùn)行表明，在進(jìn)口含油質(zhì)量濃度低于300 mg/L，懸浮物質(zhì)量濃度低于400mg/L時(shí)，出口含油質(zhì)量濃度低于30mg/L，懸浮物質(zhì)量濃度低于50mg/L。2.1.2.2 JHX新型高效射流氣浮機(jī)[56]JHX型浮選機(jī)（圖2 8）是利用射流原理將空氣溶入水中，通過釋放頭產(chǎn)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(chǎn)生負(fù)壓吸入罐體內(nèi)循環(huán)釋放氣體或補(bǔ)充的新空氣

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 于m8,徐文國,周貴忠,羅運(yùn)軍,譚惠民;新型高分子絮凝劑處理含油廢水的研究[J];北京理工大學(xué)學(xué)報(bào);2003年02期

2 閻來洪,趙東風(fēng);粉煤灰吸附處理煉油污水中石油類物質(zhì)的應(yīng)用研究[J];干旱環(huán)境監(jiān)測;1998年03期

3 俞建峰,袁惠新;含油污水處理[J];過濾與分離;1999年04期

4 張繼武,張強(qiáng),朱友益,王化軍;浮選技術(shù)凈化含油污水的現(xiàn)狀及展望[J];過濾與分離;2002年02期

5 張敏,袁惠新;聚結(jié)分離過程的機(jī)理、方法及應(yīng)用[J];過濾與分離;2003年01期

6 曲險(xiǎn)峰;倪玲英;劉曉成;祝威;;影響聚結(jié)效率因素實(shí)驗(yàn)研究[J];過濾與分離;2009年03期

7 褚良銀;離心浮選及其研究進(jìn)展[J];過濾與分離;1994年04期

8 龔寧;新一代含油污水處理設(shè)備──動水力旋流器[J];國外油田工程;1994年04期

9 張黎明;何利民;王濤;呂宇玲;何兆洋;;含聚結(jié)構(gòu)件油水分離器性能研究[J];高�；瘜W(xué)工程學(xué)報(bào);2009年02期

10 鄒啟賢,陸正禹;油田廢水處理綜述[J];工業(yè)水處理;2001年08期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 王尊策;復(fù)合式水力旋流器的結(jié)構(gòu)及特性研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2003年

本文編號：2820775