油田含油污泥解脱附技术研究及其工程应用

油田含油污泥是被纳入《国家危险废物名录》的危险固体废物，其无害化、减量化、资源化处理是油田践行“绿色低碳”的发展理念、切实履行“绿色企业行动计划”的重要组成部分。本书是详细介绍含油污泥解脱附机制、含油污泥热解动力学以及热解技术和应用的著作，共分9章，主要介绍了含油污泥处理的重要性、处理技术的现状及发展趋势，含油污泥组成分析及其特性表征方法，含油污泥理化性质，含油污泥热洗技术，含油污泥超声处理技术，含油污泥热解脱附动力学及热解产物研究，含油污泥热解处理工艺参数数值仿真技术，热解脱附技术在国内外油田中的应用案例，含油污泥的“出路”和“归宿”初探。
本书内容新颖、信息量大、理论体系脉络完整，写作严谨，具有较强的实用性，全面反映了我国含油污泥处理的现状与技术水平，可以作为从事油田含油污泥处理、固体废物处置等相关研究和工作人员的参考用书，也可作为环境科学与工程及相关专业的研究生以及高校教师的教学用书。

陈忠喜，大庆油田设计院有限公司，副总工程师，教授级高工，1985年7月毕业于长春地质学院水文地质专业；1996年1月获哈尔滨建筑大学环境工程专业工学硕士学位 ；2006年4月获哈尔滨工业大学环境工程专业工学博士学位。现任大庆油田设计院副总工程师。完成各类科研、设计项目达60多项。主编了国家标准《油田采出水处理设计规范》GB50428-2007。发表论文50余篇，主要集中在油田污水、污泥处理方面，具有多年的污水处理经验。

1.本书针对含油污泥处理难度大的问题，梳理了国外的研究的先进技术，创新性地开发了国有的自主研发的含油污泥的试验，对于解决我国油田污泥的实际问题具有很强的意义，其在我国有较好的应用前景和推广价值。 2.本书主要介绍了含油污泥解脱附机制、含油污泥热解以及含油污泥减量化等处理的实际的工程应用以及设计，反映了作者团队在油田多年工作积累的丰富含油污泥处理技术经验，具有一定的出版必要性。 3.本书以应用为主，加深理论研究，内容丰富详实，多反映了现场的实际工艺，无论对油田污泥处理的科学研究，还是实际的含油污泥工艺设计以及现场应用都具有较强的参考价值。

由于我国在油田环境保护方面起步较晚，含油污泥的处理没有得到足够重视，鲜有成熟的应用工艺和实例。含油污泥种类繁多、性质复杂，相应的处理技术和设备也呈现出多元化发展趋势，目前含油污泥处理技术大致可分为调质-机械脱水技术、热处理技术（化学热洗、焚烧、热脱附）、生物处理技术、溶剂萃取技术及对含油污泥的综合利用等。此外，含油污泥已被列为危险固体废物，随着环保法规的逐步完善和对企业技术要求的逐渐提高，含油污泥的污染治理技术已逐渐引起人们的关注和重视。
含油污泥的处理措施众多，每种方法都有其自身的优缺点和适用范围。将含油污泥直接填埋或将含油污泥脱水制成泥饼等简单处理措施是我国多数油田采用的主要方法，但这种方法带来了一定程度上的经济损失和环境污染。
近年来，含油污泥的处理技术受到广大科研工作者和企业的重视。笔者系统地总结归纳了国内外含油污泥处置的原理和技术，同时在企业的帮助下获得了比较详细的含油污泥处理工程案例。含油污泥处理技术由探索、不成熟逐渐走向成熟，但现有的工艺仍然存在一定的缺点和不足，后续的研究和工业推广应用仍需逐步完善。
因此，本书对含油污泥处理技术和工艺的产生、原理、发展及应用进行了详细、清晰的阐述，将能够填补我国在该领域的图书空白。
本书共分为9章，系统介绍了含油污泥油水泥界面张力、包裹特性以及解脱附的机制，含油污泥热解动力学以及仿真模拟的基础研究，以及热解、热洗等工艺，并归纳总结了其在环境污染治理与新能源回收开发等方面的应用，有助于增进读者对这类新兴技术的理解与认识。
本书由陈忠喜、魏利、马骏、于忠臣等著，具体分工如下：第1章由哈尔滨工业大学魏利、张昕昕、魏东，香港科大霍英东研究院欧阳嘉、骆尔铭、卢倩撰写；第2章由大庆油田设计院陈忠喜、马骏、赵秋实、古文革、辛菲，香港科大霍英东研究院欧阳嘉、骆尔铭、卢倩撰写；第3章由大庆油田设计院马骏、赵秋实、曹振锟、舒志明、房永，哈尔滨工业大学魏利、张昕昕、魏东撰写；第4章由东北石油大学于忠臣、李可，哈尔滨工业大学魏利、张昕昕、魏东，大庆油田设计院马骏、赵秋实、辛菲撰写；第5章由中国昆仑工程有限公司冯英明，哈尔滨工业大学魏利、魏东、张昕昕撰写；第6章由大庆油田设计院马骏、陈忠喜，哈尔滨工业大学魏利、魏东、张昕昕，哈尔滨工程大学邹高万、杨阳撰写；第7章由哈尔滨工程大学邹高万、杨阳，大庆油田设计院马骏、陈忠喜，东北石油大学于忠臣撰写；第8章由大庆油田设计院马骏、陈忠喜、辛菲，哈尔滨工业大学魏利、魏东，大庆惠博普石油机械设备制造有限公司罗克撰写；第9章由哈尔滨工业大学魏利、魏东；大庆油田设计院马骏、陈忠喜、郭城；黑龙江省万意达油田技术服务有限公司刘星海；辽宁华业能源技术服务公司苏长明、范玉平、李作臣、曲占庆编著。全书最后由陈忠喜、魏利、马骏、于忠臣统稿。
本书的编写一直得到中国工程勘察设计大师李玉春教授级高工的关怀，李玉春大师在百忙之中为本书欣然作序，在此，作者及全体编写者表示衷心的感谢！
大庆油田设计院李铁军、韩晓天、周大新、周鑫艳、杨晓峰等对本书的编写给予了鼎力的支持与资助，同时大庆油田设计院的工作人员为本书的出版做了大量的工作，在此对支持和关心本书编写的领导、专家和同事表示衷心的感谢。
在编辑出版的过程中，也得到了中国工程勘察设计大师李玉春工作室，同时得到了大庆油田设计院出版基金、大庆油田含油污泥处理项目；广东省科技计划项目（2023A0505030018），广州市科技计划项目（202201011743、202201011683、202201011584、2024A03J0392），广州市南沙区科技项目（2023ZD015、2023ZD021、2021MS017），城市水资源与水环境国家重点实验室项目（2024TS27）给予资助，在此表示感谢。
本书在编写过程中参考了部分的教材、专著以及国内外生产实践相关资料，在此对这些著作的作者表示感谢。
由于本书是首次探索性编写，且著者水平有限，书中疏漏和不妥之处在所难免，敬请广大读者批评指正。

著者
2023年12月

第1章绪论001
1.1含油污泥处理的必要性001
1.1.1含油污泥的定义、组成及性质001
1.1.2含油污泥对油田生产的影响002
1.1.3含油污泥对周边生态环境和人类的影响002
1.1.4含油污泥处理的必要性和意义003
1.2含油污泥的来源、性质以及行业现状003
1.3国内外含油污泥污染控制标准现状004
1.3.1国外的控制标准004
1.3.2国内的控制标准006
1.3.3国内标准差异性分析007
1.4含油污泥处理方法及其特点009
1.4.1溶剂萃取技术009
1.4.2固化处理技术010
1.4.3生物处理法010
1.4.4调剖处理技术011
1.4.5焚烧处理技术011
1.4.6化学热洗技术012
1.4.7热解处理技术012
1.4.8不同处理方法的对比012
1.5“双碳”下含油污泥未来技术和工程应用展望013
1.5.1未来含油污泥处理技术和工程应用展望013
1.5.2含油污泥资源化工程应用展望014

第2章含油污泥组成分析及其特性表征方法015
2.1含油污泥的组成及其特性表征015
2.1.1含油污泥的含油量、含水率、含固率分析015
2.1.2有机质019
2.1.3重金属离子含量020
2.1.4含油污泥pH值的测定022
2.1.5油泥粒径分布特性023
2.1.6污泥样品中油品的测定分析023
2.1.7含油污泥中的挥发性物质030
2.1.8含油污泥的有机与矿物组分分析030
2.1.9含油污泥的生物毒性和毒理学分析031
2.2含油污泥包裹脱附检测方法036
2.2.1表观形态分析036
2.2.2油泥微观形态分析036
2.2.3油/水/泥界面特性分析（自由能、黏附力和铺展系数）036
2.3含油污泥热解过程模拟和热解动力学分析038
2.3.1含油污泥热解的热重分析方法038
2.3.2Py-GC/MS分析039
2.3.3Fluent软件传热模拟039
2.3.4含油污泥热解动力学模型041
2.3.5含油污泥热解过程能量平衡分析044
2.4含油污泥热解产物的测定分析和材料学表征045
2.4.1含油污泥热解油、气、残渣的分析045
2.4.2总石油类化合物转化率、油品回收率、热解气转化率的分析049
2.4.3热解产物的飞灰分析049
2.4.4焙烧物的微观形貌特征和组成元素分析050

第3章含油污泥理化性质研究051
3.1含油污泥理化性质测试研究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腐蚀性分析053
3.2含油污泥毒理学分析054
3.3含油污泥微生物多样性分析055
3.3.1含油污泥样品微生物种群多样性和丰富度分析056
3.3.2含油污泥样品微生物物种均匀度分析056
3.3.3含油污泥样品微生物种群差异性分析056
3.3.4含油污泥样品微生物群落组成分析057
3.4油/水/泥界面研究063
3.4.1油/水/泥界面接触角分析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/泥界面铺展系数分析065
3.5含油污泥包裹特性066
3.5.1含油污泥包裹体粒径分析066
3.5.2含油污泥包裹体元素分析066
3.5.3含油污泥包裹体有机物组成分析067
3.5.4含油污泥包裹体官能团分析068
3.5.5含油污泥包裹体无机化合物分析068

第4章含油污泥热洗技术研究071
4.1热洗参数对含油污泥脱除的影响071
4.1.1热洗温度对脱除的影响071
4.1.2热洗时间对脱除的影响077
4.1.3热洗搅拌速率对脱除的影响082
4.1.4清洗剂对脱除的影响087
4.2含油污泥热洗机理及热洗影响因素分析091
4.2.1含油污泥热洗机理分析091
4.2.2含油污泥热洗影响因素分析092

第5章含油污泥超声处理技术研究094
5.1超声频率对含油污泥脱除效能的研究094
5.1.1超声频率对稠油型含油污泥脱除效能的研究094
5.1.2超声频率对化学驱含油污泥脱除效能的研究096
5.2超声功率对含油污泥脱除效能的研究098
5.2.1超声功率对稠油型含油污泥脱除效能的研究098
5.2.2超声功率对化学驱含油污泥脱除效能的研究101
5.3超声温度对含油污泥脱除效能的研究103
5.3.1超声温度对稠油型含油污泥脱除效能的研究103
5.3.2超声温度对化学驱含油污泥脱除效能的研究105
5.4超声时间对含油污泥脱除效能的研究107
5.4.1超声时间对稠油型含油污泥脱除效能的研究108
5.4.2超声时间对化学驱含油污泥脱除效能的研究109
5.5清洗剂对含油污泥脱除效能的研究112
5.5.1清洗剂对稠油型含油污泥脱除效能的研究112
5.5.2清洗剂对化学驱含油污泥脱除效能的研究114
5.6超声强化臭氧技术对含油污泥脱除效能的研究116
5.6.1臭氧对稠油型含油污泥超声效能的研究117
5.6.2臭氧对化学驱含油污泥超声效能的研究119
5.7超声强化热洗除油效能的研究121
5.7.1超声强化热洗处理稠油型含油污泥除油效能的研究122
5.7.2超声强化热洗处理化学驱含油污泥除油效能的研究122
5.8超声协同生物菌剂对含油污泥脱除效能的研究123
5.8.1生物菌剂作用时间对超声协同生物菌剂处理稠油型含油污泥脱除效能的研究124
5.8.2生物菌剂作用时间对超声协同生物菌剂处理化学驱含油污泥脱除效能的研究126
5.9超声脱除机理及影响因素分析129
5.9.1脱除机理分析129
5.9.2影响因素分析130

第6章含油污泥热解脱附动力学及热解产物研究131
6.1热解反应机理131
6.2含油污泥热重分析（TG）实验132
6.3热解动力学模型构建134
6.3.1热解动力学方程134
6.3.2求解方法的选取135
6.3.3热解TG模型136
6.3.4热解TG模拟值与实验值的对比及误差分析140
6.4含油污泥热解影响因素分析141
6.4.1热解终温对热解产物产率分布的影响141
6.4.2升温速率对热解产物产率分布的影响142
6.4.3含油污泥含水率对热解产物产率分布的影响143
6.4.4反应时间对热解产物产率分布的影响143
6.4.5含油污泥热解处理过程的影响因素144
6.5含油污泥热重实验144
6.5.1热重分析144
6.5.2升温速率对污泥失重的影响146
6.6热解过程中小分子产物分析148
6.6.1小质荷比（m/z）产物分析148
6.6.2含硫产物分析149
6.6.3与烃类有关产物的分析150
6.7含油污泥在不同温度下的热解情况150
6.7.1实验条件150
6.7.2稠油型污泥在不同温度下的热解产物150
6.7.3化学驱污泥在不同温度下的热解产物163
6.7.4含油污泥的工业分析和元素分析170

第7章含油污泥热解处理工艺参数数值仿真技术研究172
7.1热解空间热流场模型构建172
7.1.1控制方程172
7.1.2湍流模型175
7.2热解仿真计算方法研究198
7.2.1控制方程的离散化198
7.2.2N-S方程组求解的压力修正算法205
7.3室内小型含油污泥热解设备流体模拟研究210
7.3.1含油污泥热解室内实验210
7.3.2实验装置及模型214
7.3.3CFD模型的建立214
7.3.4炉内温度模拟的结果与讨论216
7.4热解空间热流场数值仿真研究222
7.4.1热解几何模型构建与网格生成222
7.4.2模拟仿真条件的设置224
7.4.3几何参数对热解空间热流场分布的数值仿真及其结果分析226
7.4.4非几何参数对热解空间热流场分布的数值仿真及其结果分析229
7.5热解结焦数值仿真研究230
7.5.1结焦黏附模型构建230
7.5.2结焦的数值模型233
7.5.3计算方法234
7.5.4热解结焦数值仿真结果及分析236
7.5.5结焦模拟结果与讨论237
7.6热解炉最优运行参数仿真分析239
7.6.1数值仿真的输入参数及边界条件239
7.6.2无UDF热解炉数值仿真结果及分析245
7.6.3有UDF热解炉数值仿真结果及分析249

第8章热解脱附技术在国内外油田中的应用案例260
8.1国外含油污泥热解技术260
8.1.1美国260
8.1.2法国264
8.2大庆油田的热解工艺265
8.2.1热解工艺介绍265
8.2.2采油九厂含油污泥热解处理站工艺方案269
8.3长庆油田热解工艺287
8.3.1靖安油田现场工艺流程287
8.3.2靖安油田现场试验数据292
8.4辽河油田落地油泥热解处置工艺294
8.4.1热解工艺介绍294
8.4.2室内试验297
8.4.3现场试验297
8.5塔里木油田的热解工艺298
8.6玉门油田的热解工艺299
8.7延长油田的热解工艺299

第9章含油污泥的“出路”和“归宿”初探301
9.1含油污泥调剖剂的基础理论及调剖工艺研究301
9.1.1含油污泥调剖剂的基础理论301
9.1.2利南油区含油污泥调剖工艺研究307
9.1.3辽河油田调剖工艺应用研究317
9.1.4大庆油田调剖工艺研究320
9.2热洗后的含油污泥制备环保油泥煤323
9.2.1环保油泥煤介绍323
9.2.2环保油泥煤制作的工艺流程323
9.2.3环保油泥煤室内制作323
9.2.4油泥煤的应用325
9.3含油污泥陶粒的制备326
9.3.1处理含油污泥，“变废为宝”形成“环保闭环”326
9.3.2室内小试试验327
9.3.3中试试验327
9.3.4技术路线和方法327

参考文献330

附录含油污泥热解仿真计算质量损失速率UDF336