油田含油污泥解脫附技術(shù)研究及其工程應(yīng)用

油田含油污泥是被納入《國家危險廢物名錄》的危險固體廢物，其無害化、減量化、資源化處理是油田踐行“綠色低碳”的發(fā)展理念、切實履行“綠色企業(yè)行動計劃”的重要組成部分。本書是詳細介紹含油污泥解脫附機制、含油污泥熱解動力學(xué)以及熱解技術(shù)和應(yīng)用的著作，共分9章，主要介紹了含油污泥處理的重要性、處理技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，含油污泥組成分析及其特性表征方法，含油污泥理化性質(zhì)，含油污泥熱洗技術(shù)，含油污泥超聲處理技術(shù)，含油污泥熱解脫附動力學(xué)及熱解產(chǎn)物研究，含油污泥熱解處理工藝參數(shù)數(shù)值仿真技術(shù)，熱解脫附技術(shù)在國內(nèi)外油田中的應(yīng)用案例，含油污泥的“出路”和“歸宿”初探。
本書內(nèi)容新穎、信息量大、理論體系脈絡(luò)完整，寫作嚴謹，具有較強的實用性，全面反映了我國含油污泥處理的現(xiàn)狀與技術(shù)水平，可以作為從事油田含油污泥處理、固體廢物處置等相關(guān)研究和工作人員的參考用書，也可作為環(huán)境科學(xué)與工程及相關(guān)專業(yè)的研究生以及高校教師的教學(xué)用書。

陳忠喜，大慶油田設(shè)計院有限公司，副總工程師，教授級高工，1985年7月畢業(yè)于長春地質(zhì)學(xué)院水文地質(zhì)專業(yè)；1996年1月獲哈爾濱建筑大學(xué)環(huán)境工程專業(yè)工學(xué)碩士學(xué)位 ；2006年4月獲哈爾濱工業(yè)大學(xué)環(huán)境工程專業(yè)工學(xué)博士學(xué)位?，F(xiàn)任大慶油田設(shè)計院副總工程師。完成各類科研、設(shè)計項目達60多項。主編了國家標準《油田采出水處理設(shè)計規(guī)范》GB50428-2007。發(fā)表論文50余篇，主要集中在油田污水、污泥處理方面，具有多年的污水處理經(jīng)驗。

1.本書針對含油污泥處理難度大的問題，梳理了國外的研究的先進技術(shù)，創(chuàng)新性地開發(fā)了國有的自主研發(fā)的含油污泥的試驗，對于解決我國油田污泥的實際問題具有很強的意義，其在我國有較好的應(yīng)用前景和推廣價值。 2.本書主要介紹了含油污泥解脫附機制、含油污泥熱解以及含油污泥減量化等處理的實際的工程應(yīng)用以及設(shè)計，反映了作者團隊在油田多年工作積累的豐富含油污泥處理技術(shù)經(jīng)驗，具有一定的出版必要性。 3.本書以應(yīng)用為主，加深理論研究，內(nèi)容豐富詳實，多反映了現(xiàn)場的實際工藝，無論對油田污泥處理的科學(xué)研究，還是實際的含油污泥工藝設(shè)計以及現(xiàn)場應(yīng)用都具有較強的參考價值。

由于我國在油田環(huán)境保護方面起步較晚，含油污泥的處理沒有得到足夠重視，鮮有成熟的應(yīng)用工藝和實例。含油污泥種類繁多、性質(zhì)復(fù)雜，相應(yīng)的處理技術(shù)和設(shè)備也呈現(xiàn)出多元化發(fā)展趨勢，目前含油污泥處理技術(shù)大致可分為調(diào)質(zhì)-機械脫水技術(shù)、熱處理技術(shù)（化學(xué)熱洗、焚燒、熱脫附）、生物處理技術(shù)、溶劑萃取技術(shù)及對含油污泥的綜合利用等。此外，含油污泥已被列為危險固體廢物，隨著環(huán)保法規(guī)的逐步完善和對企業(yè)技術(shù)要求的逐漸提高，含油污泥的污染治理技術(shù)已逐漸引起人們的關(guān)注和重視。
含油污泥的處理措施眾多，每種方法都有其自身的優(yōu)缺點和適用范圍。將含油污泥直接填埋或?qū)⒑臀勰嗝撍瞥赡囡灥群唵翁幚泶胧┦俏覈鄶?shù)油田采用的主要方法，但這種方法帶來了一定程度上的經(jīng)濟損失和環(huán)境污染。
近年來，含油污泥的處理技術(shù)受到廣大科研工作者和企業(yè)的重視。筆者系統(tǒng)地總結(jié)歸納了國內(nèi)外含油污泥處置的原理和技術(shù)，同時在企業(yè)的幫助下獲得了比較詳細的含油污泥處理工程案例。含油污泥處理技術(shù)由探索、不成熟逐漸走向成熟，但現(xiàn)有的工藝仍然存在一定的缺點和不足，后續(xù)的研究和工業(yè)推廣應(yīng)用仍需逐步完善。
因此，本書對含油污泥處理技術(shù)和工藝的產(chǎn)生、原理、發(fā)展及應(yīng)用進行了詳細、清晰的闡述，將能夠填補我國在該領(lǐng)域的圖書空白。
本書共分為9章，系統(tǒng)介紹了含油污泥油水泥界面張力、包裹特性以及解脫附的機制，含油污泥熱解動力學(xué)以及仿真模擬的基礎(chǔ)研究，以及熱解、熱洗等工藝，并歸納總結(jié)了其在環(huán)境污染治理與新能源回收開發(fā)等方面的應(yīng)用，有助于增進讀者對這類新興技術(shù)的理解與認識。
本書由陳忠喜、魏利、馬駿、于忠臣等著，具體分工如下：第1章由哈爾濱工業(yè)大學(xué)魏利、張昕昕、魏東，香港科大霍英東研究院歐陽嘉、駱爾銘、盧倩撰寫；第2章由大慶油田設(shè)計院陳忠喜、馬駿、趙秋實、古文革、辛菲，香港科大霍英東研究院歐陽嘉、駱爾銘、盧倩撰寫；第3章由大慶油田設(shè)計院馬駿、趙秋實、曹振錕、舒志明、房永，哈爾濱工業(yè)大學(xué)魏利、張昕昕、魏東撰寫；第4章由東北石油大學(xué)于忠臣、李可，哈爾濱工業(yè)大學(xué)魏利、張昕昕、魏東，大慶油田設(shè)計院馬駿、趙秋實、辛菲撰寫；第5章由中國昆侖工程有限公司馮英明，哈爾濱工業(yè)大學(xué)魏利、魏東、張昕昕撰寫；第6章由大慶油田設(shè)計院馬駿、陳忠喜，哈爾濱工業(yè)大學(xué)魏利、魏東、張昕昕，哈爾濱工程大學(xué)鄒高萬、楊陽撰寫；第7章由哈爾濱工程大學(xué)鄒高萬、楊陽，大慶油田設(shè)計院馬駿、陳忠喜，東北石油大學(xué)于忠臣撰寫；第8章由大慶油田設(shè)計院馬駿、陳忠喜、辛菲，哈爾濱工業(yè)大學(xué)魏利、魏東，大慶惠博普石油機械設(shè)備制造有限公司羅克撰寫；第9章由哈爾濱工業(yè)大學(xué)魏利、魏東；大慶油田設(shè)計院馬駿、陳忠喜、郭城；黑龍江省萬意達油田技術(shù)服務(wù)有限公司劉星海；遼寧華業(yè)能源技術(shù)服務(wù)公司蘇長明、范玉平、李作臣、曲占慶編著。全書最后由陳忠喜、魏利、馬駿、于忠臣統(tǒng)稿。
本書的編寫一直得到中國工程勘察設(shè)計大師李玉春教授級高工的關(guān)懷，李玉春大師在百忙之中為本書欣然作序，在此，作者及全體編寫者表示衷心的感謝！
大慶油田設(shè)計院李鐵軍、韓曉天、周大新、周鑫艷、楊曉峰等對本書的編寫給予了鼎力的支持與資助，同時大慶油田設(shè)計院的工作人員為本書的出版做了大量的工作，在此對支持和關(guān)心本書編寫的領(lǐng)導(dǎo)、專家和同事表示衷心的感謝。
在編輯出版的過程中，也得到了中國工程勘察設(shè)計大師李玉春工作室，同時得到了大慶油田設(shè)計院出版基金、大慶油田含油污泥處理項目；廣東省科技計劃項目（2023A0505030018），廣州市科技計劃項目（202201011743、202201011683、202201011584、2024A03J0392），廣州市南沙區(qū)科技項目（2023ZD015、2023ZD021、2021MS017），城市水資源與水環(huán)境國家重點實驗室項目（2024TS27）給予資助，在此表示感謝。
本書在編寫過程中參考了部分的教材、專著以及國內(nèi)外生產(chǎn)實踐相關(guān)資料，在此對這些著作的作者表示感謝。
由于本書是首次探索性編寫，且著者水平有限，書中疏漏和不妥之處在所難免，敬請廣大讀者批評指正。

著者
2023年12月

第1章緒論001
1.1含油污泥處理的必要性001
1.1.1含油污泥的定義、組成及性質(zhì)001
1.1.2含油污泥對油田生產(chǎn)的影響002
1.1.3含油污泥對周邊生態(tài)環(huán)境和人類的影響002
1.1.4含油污泥處理的必要性和意義003
1.2含油污泥的來源、性質(zhì)以及行業(yè)現(xiàn)狀003
1.3國內(nèi)外含油污泥污染控制標準現(xiàn)狀004
1.3.1國外的控制標準004
1.3.2國內(nèi)的控制標準006
1.3.3國內(nèi)標準差異性分析007
1.4含油污泥處理方法及其特點009
1.4.1溶劑萃取技術(shù)009
1.4.2固化處理技術(shù)010
1.4.3生物處理法010
1.4.4調(diào)剖處理技術(shù)011
1.4.5焚燒處理技術(shù)011
1.4.6化學(xué)熱洗技術(shù)012
1.4.7熱解處理技術(shù)012
1.4.8不同處理方法的對比012
1.5“雙碳”下含油污泥未來技術(shù)和工程應(yīng)用展望013
1.5.1未來含油污泥處理技術(shù)和工程應(yīng)用展望013
1.5.2含油污泥資源化工程應(yīng)用展望014

第2章含油污泥組成分析及其特性表征方法015
2.1含油污泥的組成及其特性表征015
2.1.1含油污泥的含油量、含水率、含固率分析015
2.1.2有機質(zhì)019
2.1.3重金屬離子含量020
2.1.4含油污泥pH值的測定022
2.1.5油泥粒徑分布特性023
2.1.6污泥樣品中油品的測定分析023
2.1.7含油污泥中的揮發(fā)性物質(zhì)030
2.1.8含油污泥的有機與礦物組分分析030
2.1.9含油污泥的生物毒性和毒理學(xué)分析031
2.2含油污泥包裹脫附檢測方法036
2.2.1表觀形態(tài)分析036
2.2.2油泥微觀形態(tài)分析036
2.2.3油/水/泥界面特性分析（自由能、黏附力和鋪展系數(shù)）036
2.3含油污泥熱解過程模擬和熱解動力學(xué)分析038
2.3.1含油污泥熱解的熱重分析方法038
2.3.2Py-GC/MS分析039
2.3.3Fluent軟件傳熱模擬039
2.3.4含油污泥熱解動力學(xué)模型041
2.3.5含油污泥熱解過程能量平衡分析044
2.4含油污泥熱解產(chǎn)物的測定分析和材料學(xué)表征045
2.4.1含油污泥熱解油、氣、殘渣的分析045
2.4.2總石油類化合物轉(zhuǎn)化率、油品回收率、熱解氣轉(zhuǎn)化率的分析049
2.4.3熱解產(chǎn)物的飛灰分析049
2.4.4焙燒物的微觀形貌特征和組成元素分析050

第3章含油污泥理化性質(zhì)研究051
3.1含油污泥理化性質(zhì)測試研究052
3.1.1含油量、含油率、含水率和含固率052
3.1.2pH值052
3.1.3油品分析053
3.1.4腐蝕性分析053
3.2含油污泥毒理學(xué)分析054
3.3含油污泥微生物多樣性分析055
3.3.1含油污泥樣品微生物種群多樣性和豐富度分析056
3.3.2含油污泥樣品微生物物種均勻度分析056
3.3.3含油污泥樣品微生物種群差異性分析056
3.3.4含油污泥樣品微生物群落組成分析057
3.4油/水/泥界面研究063
3.4.1油/水/泥界面接觸角分析063
3.4.2油/水/泥界面自由能分析064
3.4.3油/水/泥界面黏附功分析064
3.4.4油/水/泥界面鋪展系數(shù)分析065
3.5含油污泥包裹特性066
3.5.1含油污泥包裹體粒徑分析066
3.5.2含油污泥包裹體元素分析066
3.5.3含油污泥包裹體有機物組成分析067
3.5.4含油污泥包裹體官能團分析068
3.5.5含油污泥包裹體無機化合物分析068

第4章含油污泥熱洗技術(shù)研究071
4.1熱洗參數(shù)對含油污泥脫除的影響071
4.1.1熱洗溫度對脫除的影響071
4.1.2熱洗時間對脫除的影響077
4.1.3熱洗攪拌速率對脫除的影響082
4.1.4清洗劑對脫除的影響087
4.2含油污泥熱洗機理及熱洗影響因素分析091
4.2.1含油污泥熱洗機理分析091
4.2.2含油污泥熱洗影響因素分析092

第5章含油污泥超聲處理技術(shù)研究094
5.1超聲頻率對含油污泥脫除效能的研究094
5.1.1超聲頻率對稠油型含油污泥脫除效能的研究094
5.1.2超聲頻率對化學(xué)驅(qū)含油污泥脫除效能的研究096
5.2超聲功率對含油污泥脫除效能的研究098
5.2.1超聲功率對稠油型含油污泥脫除效能的研究098
5.2.2超聲功率對化學(xué)驅(qū)含油污泥脫除效能的研究101
5.3超聲溫度對含油污泥脫除效能的研究103
5.3.1超聲溫度對稠油型含油污泥脫除效能的研究103
5.3.2超聲溫度對化學(xué)驅(qū)含油污泥脫除效能的研究105
5.4超聲時間對含油污泥脫除效能的研究107
5.4.1超聲時間對稠油型含油污泥脫除效能的研究108
5.4.2超聲時間對化學(xué)驅(qū)含油污泥脫除效能的研究109
5.5清洗劑對含油污泥脫除效能的研究112
5.5.1清洗劑對稠油型含油污泥脫除效能的研究112
5.5.2清洗劑對化學(xué)驅(qū)含油污泥脫除效能的研究114
5.6超聲強化臭氧技術(shù)對含油污泥脫除效能的研究116
5.6.1臭氧對稠油型含油污泥超聲效能的研究117
5.6.2臭氧對化學(xué)驅(qū)含油污泥超聲效能的研究119
5.7超聲強化熱洗除油效能的研究121
5.7.1超聲強化熱洗處理稠油型含油污泥除油效能的研究122
5.7.2超聲強化熱洗處理化學(xué)驅(qū)含油污泥除油效能的研究122
5.8超聲協(xié)同生物菌劑對含油污泥脫除效能的研究123
5.8.1生物菌劑作用時間對超聲協(xié)同生物菌劑處理稠油型含油污泥脫除效能的研究124
5.8.2生物菌劑作用時間對超聲協(xié)同生物菌劑處理化學(xué)驅(qū)含油污泥脫除效能的研究126
5.9超聲脫除機理及影響因素分析129
5.9.1脫除機理分析129
5.9.2影響因素分析130

第6章含油污泥熱解脫附動力學(xué)及熱解產(chǎn)物研究131
6.1熱解反應(yīng)機理131
6.2含油污泥熱重分析（TG）實驗132
6.3熱解動力學(xué)模型構(gòu)建134
6.3.1熱解動力學(xué)方程134
6.3.2求解方法的選取135
6.3.3熱解TG模型136
6.3.4熱解TG模擬值與實驗值的對比及誤差分析140
6.4含油污泥熱解影響因素分析141
6.4.1熱解終溫對熱解產(chǎn)物產(chǎn)率分布的影響141
6.4.2升溫速率對熱解產(chǎn)物產(chǎn)率分布的影響142
6.4.3含油污泥含水率對熱解產(chǎn)物產(chǎn)率分布的影響143
6.4.4反應(yīng)時間對熱解產(chǎn)物產(chǎn)率分布的影響143
6.4.5含油污泥熱解處理過程的影響因素144
6.5含油污泥熱重實驗144
6.5.1熱重分析144
6.5.2升溫速率對污泥失重的影響146
6.6熱解過程中小分子產(chǎn)物分析148
6.6.1小質(zhì)荷比（m/z）產(chǎn)物分析148
6.6.2含硫產(chǎn)物分析149
6.6.3與烴類有關(guān)產(chǎn)物的分析150
6.7含油污泥在不同溫度下的熱解情況150
6.7.1實驗條件150
6.7.2稠油型污泥在不同溫度下的熱解產(chǎn)物150
6.7.3化學(xué)驅(qū)污泥在不同溫度下的熱解產(chǎn)物163
6.7.4含油污泥的工業(yè)分析和元素分析170

第7章含油污泥熱解處理工藝參數(shù)數(shù)值仿真技術(shù)研究172
7.1熱解空間熱流場模型構(gòu)建172
7.1.1控制方程172
7.1.2湍流模型175
7.2熱解仿真計算方法研究198
7.2.1控制方程的離散化198
7.2.2N-S方程組求解的壓力修正算法205
7.3室內(nèi)小型含油污泥熱解設(shè)備流體模擬研究210
7.3.1含油污泥熱解室內(nèi)實驗210
7.3.2實驗裝置及模型214
7.3.3CFD模型的建立214
7.3.4爐內(nèi)溫度模擬的結(jié)果與討論216
7.4熱解空間熱流場數(shù)值仿真研究222
7.4.1熱解幾何模型構(gòu)建與網(wǎng)格生成222
7.4.2模擬仿真條件的設(shè)置224
7.4.3幾何參數(shù)對熱解空間熱流場分布的數(shù)值仿真及其結(jié)果分析226
7.4.4非幾何參數(shù)對熱解空間熱流場分布的數(shù)值仿真及其結(jié)果分析229
7.5熱解結(jié)焦數(shù)值仿真研究230
7.5.1結(jié)焦黏附模型構(gòu)建230
7.5.2結(jié)焦的數(shù)值模型233
7.5.3計算方法234
7.5.4熱解結(jié)焦數(shù)值仿真結(jié)果及分析236
7.5.5結(jié)焦模擬結(jié)果與討論237
7.6熱解爐最優(yōu)運行參數(shù)仿真分析239
7.6.1數(shù)值仿真的輸入?yún)?shù)及邊界條件239
7.6.2無UDF熱解爐數(shù)值仿真結(jié)果及分析245
7.6.3有UDF熱解爐數(shù)值仿真結(jié)果及分析249

第8章熱解脫附技術(shù)在國內(nèi)外油田中的應(yīng)用案例260
8.1國外含油污泥熱解技術(shù)260
8.1.1美國260
8.1.2法國264
8.2大慶油田的熱解工藝265
8.2.1熱解工藝介紹265
8.2.2采油九廠含油污泥熱解處理站工藝方案269
8.3長慶油田熱解工藝287
8.3.1靖安油田現(xiàn)場工藝流程287
8.3.2靖安油田現(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)292
8.4遼河油田落地油泥熱解處置工藝294
8.4.1熱解工藝介紹294
8.4.2室內(nèi)試驗297
8.4.3現(xiàn)場試驗297
8.5塔里木油田的熱解工藝298
8.6玉門油田的熱解工藝299
8.7延長油田的熱解工藝299

第9章含油污泥的“出路”和“歸宿”初探301
9.1含油污泥調(diào)剖劑的基礎(chǔ)理論及調(diào)剖工藝研究301
9.1.1含油污泥調(diào)剖劑的基礎(chǔ)理論301
9.1.2利南油區(qū)含油污泥調(diào)剖工藝研究307
9.1.3遼河油田調(diào)剖工藝應(yīng)用研究317
9.1.4大慶油田調(diào)剖工藝研究320
9.2熱洗后的含油污泥制備環(huán)保油泥煤323
9.2.1環(huán)保油泥煤介紹323
9.2.2環(huán)保油泥煤制作的工藝流程323
9.2.3環(huán)保油泥煤室內(nèi)制作323
9.2.4油泥煤的應(yīng)用325
9.3含油污泥陶粒的制備326
9.3.1處理含油污泥，“變廢為寶”形成“環(huán)保閉環(huán)”326
9.3.2室內(nèi)小試試驗327
9.3.3中試試驗327
9.3.4技術(shù)路線和方法327

參考文獻330

附錄含油污泥熱解仿真計算質(zhì)量損失速率UDF336