焚烧蒸发处理油田污水实验研究

【摘要】：油田污水常常被胶体、悬浮物、固体颗粒、原油、大分子有机物以及盐离子所污染,使其难以处理与回用。由于含盐量高,生物法在处理污水中大分子有机物时嗜盐菌培养困难,传统的膜法及热法在除盐时,均存在预处理要求高、工艺繁琐、设备腐蚀结垢严重等一系列问题。因此寻求油田污水处理与回用的新方法的核心技术具有重要的学术意义和工程应用前景。 本文提出了采用焚烧蒸发技术处理油田污水的设想,设计了一套焚烧蒸发处理油田污水的实验流程和装置。通过实验研究考察了焚烧蒸发过程的稳定蒸发温度、尾气温度、蒸发效率以及热效率的影响因素以及变化规律。主要工作和结论如下： (1)根据实验需要设计并搭建了一套焚烧蒸发处理油田污水实验装置,其中焚烧蒸发设备设计的核心是燃烧结构和加热、蒸发的外壳体。本文采用的是扩散式燃烧结构,设计时主要保证混合气喷出口速度要限制在燃烧的脱火极限速度以内,装置安全运行的同时,保证燃烧尽可能的完全。 (2)焚烧蒸发实验结果表明,稳定蒸发的“沸点”在80-85℃之间,尾气温度要高出3-7℃,焚烧蒸发实现了常压操作下的减压蒸发效果。其中,相对于浸没深度、喷出口速度及排出口孔径,燃烧热负荷对稳定蒸发时的“沸点”影响较大,尤其是在浸没深度较小时,影响更大。 (3)焚烧蒸发过程的蒸发效率和热效率同时受诸多因素的影响,其随着浸没深度的增加而增加,但是当浸没深度过高时,蒸发效率和热效率反而会下降。另外,从鼓泡情况的角度研究,在热负荷和喷出口孔径相同的情况下,采用不同排出孔个数,结果表明蒸发效率和热效率随着高温烟气喷出口速度的减小而增大；在热负荷和排出口面积相同的情况下,高温烟气喷出口速度是一样的,采用不同喷出口孔径,结果显示蒸发效率和热效率随着喷出口孔径的减小而增大。本文还考察了操作条件下燃气热负荷对蒸发效率和热效率的影响,实验表明热负荷的增加会造成气液扰动加强,导致蒸发效率和热效率均随着热负荷的增加而增加。 (4)通过采用孔板和多孔细股流的横管排气结构对比研究,表明多孔细股流的横管排气结构从延长气液接触时间、增大气液扰动以及细鼓泡是上均对传热传质过程进行了强化,蒸发效率和热效率得到了很大的提高。 (5)通过在污水中分别添加煤油、机油及原油进行实验,结果表明焚烧蒸发对煤油、机油的处理效果最明显,对原油的处理虽然不及煤油和机油直观效果明显,但是对原油还是进行一定程度的降解,达到了一定的处理效果。另外,采用焚烧蒸发处理污水时发现,污水中添加不同的油份介质时,对稳定蒸发的温度影响不大。但是污水中含有不同油份介质对蒸发过程的蒸发效率和热效率影响很大,处理含机油的污水时蒸发效率和热效率最高,处理含原油的污水时效率最低,煤油介于二者之间,其中处理清水时的效率同处理含原油的污水时较为接近。 (6)通过对焚烧蒸发处理后热能分配及利用问题分析,分别制定了焚烧蒸发联合稠油开采的方案以及焚烧蒸发联合多效蒸馏深度处理油田污水的工艺方案,这些方案不仅能够提高系统的热能利用率,同时还能提高处理系统的经济性。 本文的创新点如下：采用焚烧蒸发技术对污水中添加不同油份的去除效果以及稳定蒸发温度、尾气温度、蒸发效率、热效率做了实验研究,并取得了一定的成果。在本文得到的实验结果基础上,联合稠油开采背景,制定了焚烧蒸发联合稠油开采的工艺,并申请了该工艺专利；针对焚烧蒸发处理效果,申请了焚烧蒸发处理重度污水的专利。 【关键词】：油田污水 焚烧蒸发 传热传质 稳定蒸发温度 蒸发效率 热效率
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：X741
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 引言12-14
• 1 文献综述14-32
• 1.1 油田污水的来源及特点14-15
• 1.1.1 油田污水来源14
• 1.1.2 油田污水水质特点14-15
• 1.2 油田污水处理后的出路15
• 1.3 油田污水处理方法15-20
• 1.3.1 主要的预处理方法16-17
• 1.3.2 主要的软化及淡化方法17-20
• 1.4 油田污水处理工艺技术概述20-26
• 1.4.1 回注处理工艺21-22
• 1.4.2 回用处理工艺22-25
• 1.4.3 外排处理工艺25-26
• 1.5 目前通用技术处理高盐油田污水存在的问题26-27
• 1.6 焚烧蒸发处理高盐油田污水的提出27-30
• 1.6.1 基本原理及蒸发器结构28-29
• 1.6.2 应用及发展历程29-30
• 1.6.3 焚烧蒸发处理油田污水30
• 1.7 本文主要研究内容、目的、意义及技术路线30-32
• 1.7.1 研究的目的意义30-31
• 1.7.2 主要研究内容31
• 1.7.3 技术路线31-32
• 2 实验系统32-50
• 2.1 实验装置介绍32-36
• 2.1.1 焚烧蒸发燃烧形式的确定32-33
• 2.1.2 内热式焚烧蒸发结构的确定33-35
• 2.1.3 焚烧蒸发的排气结构35
• 2.1.4 其他设备及仪器35-36
• 2.2 实验流程与步骤36-38
• 2.2.1 实验流程36-37
• 2.2.2 实验步骤37-38
• 2.3 实验范围与数据采集38-40
• 2.3.1 实验范围38-39
• 2.3.2 数据采集39-40
• 2.4 焚烧蒸发处理系统的设计40-49
• 2.4.1 设计路线40
• 2.4.2 计算步骤和设计条件40-43
• 2.4.3 主体扩散式燃烧器与外壳体设计43-46
• 2.4.4 辅助设备的设计与选型46-49
• 2.5 本章小结49-50
• 3 焚烧蒸发处理油田污水实验研究50-81
• 3.1 焚烧蒸发过程的性能表征50-52
• 3.1.1 “沸点”温度、尾气温度及气液不平衡温差50-51
• 3.1.2 蒸发效率、加热效率及热效率51-52
• 3.2 焚烧蒸发处理油田污水整体基本规律研究52-58
• 3.2.1 冷初态的蒸发过程52-54
• 3.2.2 热初态的蒸发过程54-58
• 3.3 焚烧蒸发过程影响因素分析58-69
• 3.3.1 高温烟气喷出口浸没深度对过程的影响58-62
• 3.3.2 高温烟气喷出口速度对过程的影响62-65
• 3.3.3 高温烟气喷出口孔径大小对过程的影响65-66
• 3.3.4 燃烧热负荷对过程的影响66-69
• 3.4 焚烧蒸发强化传热传质的理论与实验研究69-72
• 3.4.1 强化传热传质理论69
• 3.4.2 强化传热传质实验研究69-72
• 3.5 焚烧蒸发处理含油污水的实验研究72-78
• 3.5.1 对含有煤油介质的污水处理效果分析72-73
• 3.5.2 对含有机油介质的污水处理效果分析73-74
• 3.5.3 对含有原油介质的污水处理效果分析74-76
• 3.5.4 对处理污水中不同油介质的过程参数分析76-78
• 3.6 本章小结78-81
• 4 焚烧蒸发技术热力性能研究81-91
• 4.1 焚烧蒸发装置热能平衡分析81-82
• 4.2 焚烧蒸发产品分析82-83
• 4.3 焚烧蒸发联合稠油开采理论分析83-88
• 4.3.1 稠油开采背景83-84
• 4.3.2 焚烧蒸发产品用来开采稠油的热能利用分析84
• 4.3.3 常温常压焚烧蒸发联合稠油开采的热能利用分析84-86
• 4.3.4 高温高压焚烧蒸发联合稠油开采的热能利用分析86-88
• 4.3.5 与其他处理技术处理后进行稠油开采的热能利用情况比较88
• 4.4 焚烧蒸发与多效蒸馏联合深度处理油田污水理论分析88-90
• 4.5 本章小结90-91
• 结论91-93
• 参考文献93-97
• 附录 符号说明97-99
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况99-100
• 致谢100-101

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