书城科普读物低碳生活与环境保护
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第8章 石油的清洁生产与环保

石油是国家重要的战略资源,提高石油资源的有效利用迫在眉睫。

石油工业企业是国家的重要能源生产部门,其在生产能源的同时又消耗了大量的优质能源,特别是在原油集输过程中消耗了大量的优质能源,其节约替代的潜力很大。油田、输油管道集输生产过程中消耗的燃料油主要是优质的原油,如何节约或替代这部分原油,实现节能减排的目的,是一个十分重要的课题。

油田污水处理

注水是油田开发的一种十分重要的开采方式,是补充地层能量,保持油层能量平衡,维持油田长期高产、稳产的有效方法。注入水的水源主要是地面淡水、地下浅层水及采出原油的同时采出的油层水。为了节约地球上的淡水资源,目前注入油层的水大部分来自从开采原油中脱出的水,习惯上称之为污水。大体已经占了全国注水总量的80%。污水未经处理时含有大量的悬浮固体、乳化原油、细菌等有害物质。水注入油层就像饮用水进入人体一样,如果人喝了未经处理的水,人的身体就会受到伤害,发生各种病变;同样,油层注入了未经处理的污水,油层也会受到伤害。这种伤害主要体现在大量繁殖的细菌、机械杂质以及铁的沉淀物堵塞油层等问题上,引起注水压力上升,注水量下降,影响水驱替原油的效率。因此,必须对注入油层的水进行净化处理。

由于污水是从油层采出的,所以油田回注污水处理的主要目的是除油和除悬浮物。概括地讲可分为两个阶段:1.除油阶段。该阶段是利用油、水密度差及药剂的破乳和絮凝作用,将油和水分离开来。2.过滤阶段。该阶段是利用滤料的吸附、拦截作用,将污水中悬浮固体、油和其他杂质吸附于滤料的表面而不让其通过滤料层。除油阶段要根据含油污水中原油的密度、凝固点等性质的不同而采用相应的处理方法。目前国内外除油阶段主要采用的技术方法有:重力式隔油罐技术、压力沉降除油技术、气浮选除油技术、水力旋流除油技术等。

1.重力式隔油罐技术,就是靠油水的相对密度差来达到除油的目的。含油污水进入隔油罐后,大的油滴在浮力的作用下自由地上浮,乳化油通过破乳剂(混凝剂)的作用,由小油滴变成大油滴。在一定的停留时间内,绝大部分原油浮升至隔油罐的上部而被除去。其特点是:隔油罐体积大,污水停留时间长。即使来水有流量和水质的突然变化,也不会严重影响出水水质。但其占地面积大,去除乳化油能力差。

2.压力沉降除油技术是在除油设备中装填有使油珠聚结的材料,当含油污水经过聚结材料层后,细小油珠变成较大油滴,加快了油的上升速度,从而缩短了污水停留时间,减小了设备体积。其特点是:设备综合采用了聚结斜板技术,大大提高了除油效率。但其适应来水水量、水质变化能力要比隔油罐差。

3.气浮选除油技术,是在含油污水中产生大量细微气泡,使水中颗粒粒径为0.25~25微米的悬浮油珠及固体颗粒黏附到气泡上,一起浮到水面,从而达到去除污水中的污油及悬浮固体颗粒的目的。采用气浮,可大大提高悬浮油珠及固体颗粒浮升速度,缩短处理时间。其特点是处理量大,处理效率高,适应于稠油油田含油污水以及含乳化油高的含油污水。

4.水力旋流除油技术,是利用油水密度差,在液流高速旋转时,受到不等离心力的作用而实现油水分离。其特点是设备体积小、分离效率高。但其对原油相对密度大于0.9的含油污水适应能力差。过滤阶段采用的过滤技术根据滤后水质的要求不同,分为粗过滤、细过滤和精细过滤。根据水质推荐标准,悬浮物固体含量为1.0~5.0毫克/升,颗粒直径为2.0~5.0微米。过滤的核心技术是滤料的选择与再生。在油田污水处理中,目前国内外主要采用的滤料有石英砂、无烟煤、陶粒、核桃壳、纤维球、陶瓷膜和有机膜等。滤料的再生方法主要有热水反冲洗、空气反吹等。

石油清洁生产

石油清洁生产是一种全新的发展战略,它借助于各种相关理论和技术,在石油的整个生命周期的各个环节采取“预防”措施,通过将生产技术、生产过程、经营管理、产品等方面与物流、能量、信息等要素有机结合起来,并优化运行方式,从而实现最小的环境影响、最高的能源利用率、最佳的管理模式以及最优化的经济增长水平。更重要的是,环境作为经济的载体,良好的环境可更好地支撑经济的发展,并为社会经济活动提供所必需的资源和能源,从而实现经济的可持续发展。

石油清洁生产1992年6月在巴西里约热内卢召开的联合国环境与发展大会上通过了《21世纪议程》。该议程制定了可持续发展的重大行动计划,并将清洁生产看做是实现可持续发展的关键因素,号召工业提高能效,开发更清洁的技术,更新、替代对环境有害的产品和原材料,实现环境、资源的保护和有效管理。清洁生产是可持续发展的最有意义的行动,是工业生产实现可持续发展的重要途径。

石油清洁生产彻底改变了过去被动的、滞后的污染控制手段,强调在石油造成污染之前就予以削减,即在石油生产过程并在服务中减少石油污染物的产生和对环境的不利影响。这一主动行动,经近几年国内外的许多实践证明,具有效率高、可带来经济效益、容易为企业接受等特点。

末端治理石油污染作为目前国内外控制石油污染最重要的手段,为保护环境起到了极为重要的作用。然而,随着工业化发展速度的加快,末端治理这一污染控制模式的种种弊端逐渐显露出来:1.末端治理设施投资大、运行费用高,造成成本上升,经济效益下降;2.不能彻底解决环境污染;3.末端治理未涉及石油的有效利用,不能制止石油的浪费。

清洁生产从根本上扬弃了末端治理石油污染的弊端,它通过生产全过程控制,减少甚至消除污染物的产生和排放。这样,不仅可以减少末端治理设施的建设投资,也减少了其日常运转费用,大大减轻了工业的负担。

开展石油清洁生产的本质在于实行污染预防和全过程控制,它将带来不可估量的经济、社会和环境效益。

减少石油消耗

1.利用热电厂余热蒸汽实现节能减排

这个方法是实现节能减排降耗的最佳途径,其关键是:在输油站库经济距离内有热电厂并有可利用的余热资源。其最大优点是不需运行热设备消耗能源,污染零排放,实现能源跨行业按梯度降品依次使用,是最经济合理的。

大型热电厂利用余热蒸汽替代燃料油,最重要的是实现了能源的社会化优化配置。其优势有:(1)减少了国家重要战略能源的消耗。它将热电厂产生的冷源排汽通过管道输送到用热单位,实现能源消耗的按梯度降品使用,减少直接燃烧优质原油生产低品位热能的状况。冷源排汽得到二次利用,可提高能源效率42.9%,使能源利用更趋于合理,其价值和意义重大。(2)减少了大量的温室气体排放。每少烧1吨原油就可减少3~4倍的温室气体排放,特别是SO2等有害气体的排放,对保护环境贡献是很大的。(3)减少热设备及辅助设备运行维护物耗,如电、盐、水、树脂等资源的消耗,减少资源在低端重复消耗。(4)提高了企业效益和社会效益。(5)提高了安全生产系数。

煤制气设备

由于受到利用余热资源的限制,其可替代燃料油仅占消耗量的15%~20%,那么如何替代更多的燃料油,这就是下面要研究的方案。

2.利用低硫煤制气替代燃料油

从俄罗斯进口原油后,输油管道油品含硫上升十几倍。所以替代燃料油不仅节约优质原油,而且可减少大量的SO2排放。

做好利用充裕的低硫煤制气,实现能源消耗结构的优化推广工作。煤制气是国家推行的“清洁能源行动”总体目标之一。该项技术已有几年的生产发展历程,属于成熟技术并有定型设备。现已广泛用于发电厂、煤化工、建材工业、城市供热、矿山等行业。

目前,世界上最先进的煤制气设备是美国和德国生产的,适用于大规模化生产。国产煤气发生炉技术适用性强,符合中国国情,其最大特点是:不需更新或改造原热设备,在原供热系统嵌入煤气发生炉系统,即可实现使用清洁燃料、优化能耗结构、大幅度降低费用的目的。

利用东北地区充裕的低硫煤制气,实施替代燃料油,实现能源消耗结构的优化。鉴于煤制气在技术上可行、经济上合理、环保方面高于国家标准等优点,从长远来看,煤制气优于重油,一是资源多,二是价格低,三是社会效益显著。

可持续发展

可持续发展的概念最先是在1972年在斯德哥尔摩举行的联合国人类环境研讨会上正式讨论。自此以后,各国致力界定“可持续发展”的含义,现时已拟出的定义已有几百个之多,涵盖范围包括国际、区域、地方及特定界别的层面,是科学发展观的基本要求之一。

大体来说,可持续发展是指既满足当代人的需求,又不损害后代人满足其需求的能力。可持续发展与环境保护既有联系,又不等同。环境保护是可持续发展的重要方面。可持续发展的核心是发展,但要求在严格控制人口、提高人口素质和保护环境、资源持续利用的前提下进行经济和社会的发展。发展是可持续发展的前提,人是可持续发展的中心体,可持续长久的发展才是真正的发展。