CN107167489A - 一种含油固体废弃物无害化处理试验方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种含油固体废弃物热解析试验装置。主要解决了现有油田产生的含油固体物没有能确定其适宜热解参数的试验装置及方法的问题。其特征在于：所述炉管两端安装密封法兰，右端法兰中心引出管路上接有真空表、安全阀以及进气阀A；左端法兰中心引出管路连接冷凝罐；冷凝罐上端开口依次接气体检测传感器和真空泵吸气管路，最终与真空泵抽气口相连接；冷凝罐下端经冷凝液导出管与冷凝液暂存箱相连。其试验方法包括：将置于炉膛中炉管内的待试验物料加热；同时旋转炉管；对炉管持续抽真空；经气体检测传感器记录下不凝气累计产生量；通过智能温控调节仪设定控温历程，可考察试验物料热解温度、热解时间及升温速率各参数。该热解析试验装置及试验方法能够确定不同含油固体物最适宜的热解参数。

Description

一种含油固体废弃物无害化处理试验方法及装置

技术领域

本发明涉及油田资源与环境技术领域中一种废弃物无害化处理试验方法及装置，特别是一种含油固体废弃物无害化处理方法及装置。

背景技术

油田井下作业、压裂以及钻井过程中产生的裹有油泥的防渗布、油基钻屑以及油工服、油手套等含油固体物，被国家列入国家危险固体废弃物（HW49和HW08），难以降解，倘若处理不善，会对水环境、土壤环境及空气环境造成危害，甚至危害人类的身心健康。随着2015年1月«新环保法»的颁布实施，国家对危险固体废物的处置、处理及环境污染防治等提出了越来越严格的要求。在填埋、资源化利用以及无害化等众多的处置方式中，热解析无害化处理技术由于工艺流程简单，对有毒有害物质处置彻底，减容、减量效果明显，能够回收部分能源，产生的烟气少等优势，逐渐地成为油田环保工作者处置含油固体危废物的主要处理技术。

为了确定不同种类的含油固体物最佳热解温度、热解时间以及升温速率等热解参数，为工业化建站提供设计基础，本发明提供了一种试验方法及装置。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服背景技术中存在的油田产生的含油固体物没有能确定其适宜的热解温度、热解时间以及升温速率等参数的试验装置的问题，而提供一种含油固体废弃物无害化处理试验装置，该含油固体废弃物无害化处理试验装置，能够确定含油固体物适宜的热解温度、热解时间以及升温速率等参数，回收部分能源，减少环境污染。本发明还提供一种含油固体废弃物无害化处理试验方法。

本发明解决其问题可通过如下技术方案来达到：该含油固体废弃物热解析试验装置，包括炉管、炉膛，所述炉管贯穿于炉膛中央，被炉膛所包裹；所述炉膛分为上炉膛和下炉膛两部分，所述炉管两端安装密封法兰，右端法兰中心引出管路，管路上接有真空表、安全阀以及进气阀A；左端法兰中心引出管路，管路通过刚性回转接头和进气阀B与冷凝罐相通；所述冷凝罐一侧连接冷却水进水管路和冷却水进出水管路、出气口；冷凝罐上端开口依次接气体检测传感器和真空泵吸气管路，最终与真空泵抽气口相连接；冷凝罐下端经冷凝液导出管与冷凝液暂存箱相连；所述炉管可实现旋转，受旋转控制系统调控。

一种使用含油固体废弃物热解析试验装置的试验方法，包括以下步骤：

（1）、将试验物料装填在保持一定真空度的炉管内，通过炉膛的高温间接对炉管内的待试验物料进行间接加热；

（2）、同时通过旋转控制系统实现装有物料炉管在炉膛内的旋转，并调控转速；

（3）、利用真空泵对装有物料已密封的炉管持续抽真空；同时将热解过程中产生的热解蒸汽（包括凝结气和不凝气）不断地抽离炉管；其中热解蒸汽包括凝结气和不凝气；

（4）、利用冷凝罐回收热解蒸汽中的凝结气，不凝气在真空泵的抽力下经气体检测传感器记录下不凝气累计产生量；

（5）、通过智能温控调节仪设定控温程序，考察试验物料热解温度、热解时间及升温速率。

本发明与上述背景技术相比较可具有如下有益效果：该含油固体废弃物热解析试验装置由于采用上述系统，可针对不同种类的含油固体物开展热解析无害化处理技术试验研究，确定适宜的热解温度、热解时间以及升温速率等热解参数，为工业化建站提供设计基础。经所述试验装置处理后的物料，固体残渣中矿物油含量可达到0.3%以下；回收的含油污水中含油量可达到500mg/L以下；回收油中的含水率可达到0.5%以下。完全符合国家对危险固体废物的处置、处理及环境污染防治等提出的严格要求。

附图说明

附图1是本发明的结构示意图；

附图2是本发明中旋转系统的结构示意图；

附图3是本发明中旋转系统的左视图；

附图4是本发明中旋转系统的右视图；

附图5是本发明实施例2中试验设定的控温程序；

附图6是本发明实施例2中不凝气产量与温度之间关系。

图中：1-炉管，2-上炉膛，3-下炉膛，4-冷凝罐，5-气体检测传感器，6-冷凝液暂存箱，7-真空表， 8-安全阀，9-控制面板，10-智能温控调节仪，11-气体流量显示面板，12-旋转调速器，13-冷却水进水管路，14-冷却水出水管路，15-冷凝液导出管，16-出气口，17-真空泵吸气管路，18-真空泵，19-进气阀A， 20-炉膛打开把手，21-回转接头，22-进气阀B，23-支撑箱体，24-工作台，25-主动齿轮，26-从动齿轮，27-炉管外套齿轮，28-调速电机，29-从动轮，30-转轴。

具体实施方式：

下面结合附图及实施例将对本发明作进一步说明：

实施例1

如附图1所示，包括炉管1、炉膛，所述炉管1贯穿于炉膛中央，被炉膛所包裹；所述炉膛分为上炉膛2和下炉膛3两部分，所述上炉膛2外部装有炉膛打开把手20，可以通过炉膛打开把手20将上炉膛掀开，以观察可视石英玻璃炉管1内物料的状态；所述炉管1两端安装卡套式机械密封法兰，右端法兰中心引出管路，管路上接有真空表7、安全阀8以及进气阀A19；左端法兰中心引出管路，管路通过刚性回转接头21和进气阀B22与冷凝罐4相通；所述炉管1连接旋转控制系统，可受旋转控制系统调控实现旋转；所述炉管1置于支撑箱体23上，支撑箱体23内装有旋转控制系统，如图2所示；所述支撑箱体23正面面板上安有控制面板9、智能温控调节仪10、旋转调速器12；冷凝液暂存箱6 及支撑箱体23坐于工作台24上，所述真空泵18置于工作台24的底板上；气体流量显示面板11置于工作台24的正面面板或侧板上；所述冷凝罐4一侧连接冷却水进水管路13和冷却水进出水管路14、出气口16；所述冷凝罐4为一种夹套式冷凝罐，夹套内走冷却水，对进入罐内的热解蒸汽进行快速冷凝；冷凝罐4上端开口依次接气体检测传感器5和真空泵吸气管路17，最终与真空泵18抽气口相连接；气体检测传感器5检测到的不凝气的量通过电信号显示在气体流量显示面板11上；冷凝罐4下端经冷凝液导出管15与冷凝液暂存箱6相连，冷凝液导出管15上接有阀门；所述智能温控调节仪10为厦门宇电仪表厂生产的AI-518/518P智能温控调节仪。

如图2、图3、图4所示，所述旋转控制系统由调速电机28、主动齿轮25、2个从动齿轮26、炉管外套齿轮27、2个从动轮29组成；所述炉管1一端通过炉管外套齿轮27坐落在2个从动齿轮26上，炉管1另一端坐落在2个从动轮29上；所述调速电机28通过转轴30连接主动齿轮25；主动齿轮25与1个从动齿轮26相互咬合，而该从动齿轮26又与固定在炉管1上的炉管外套齿轮27相互咬合；调速电机28通过电线联接旋转调速器12；所述调速电机28、主动齿轮25、2个从动齿轮26、炉管外套齿轮27、2个从动轮29均安置于支撑箱体23内； 所述旋转调速器12通过电线与调速电机28联接，控制调速电机28启停和转速；所述调速电机28通过转轴30连接主动齿轮25，调速电机28通过转轴30带动主动齿轮25转动；转动的主动齿轮25依次通过从动齿轮26、固定在炉管1上的炉管外套齿轮27，最终实现炉管的旋转，转速控制范围为0~10r/min。 所述2个从动齿轮26和2个从动轮29分别安装于炉管1的两端；所述安装在炉管1两端的2个从动齿轮26和2个从动轮29除了带动和助力炉管1旋转的作用外，还起到对炉管1的支撑作用，还可实现整体炉膛的倾斜，最大倾斜角度为60°，达到自动卸出炉管内热解残渣的目的。所述旋转控制系统通过旋转调速器12控制炉管1在炉膛内实现360°旋转，转速控制范围为0~10r/min。

该含油固体废弃物热解析试验装置，使用真空泵18，确保炉管内一定的负压条件，将热解产生的热解蒸汽及时地抽离炉管，避免发生二次反应；所述真空泵18抽出的热解蒸汽依次经过冷凝罐4、气体检测传感器5最终经真空泵18出气口排出；通过冷凝罐4快速冷凝热解蒸汽中的凝结气，通过气体检测传感器记录热解蒸汽中不凝气量。炉膛的控温方式炉膛的控温方式采用PID人工智能控制，可通过智能温控调节仪10设定温控历程；控制面板9上有装置通电启动开关、加热启动开关以及状态显示灯；整体装置安放置带有万向脚轮的工作台上，便于试验人员的操作及移动。

经所述试验装置处理后的物料，固体残渣中矿物油含量可达到0.3%以下；回收的含油污水中含油量可达到500mg/L以下；回收油中的含水率可达到0.5%以下。

一种使用含油固体废弃物热解析试验装置的试验方法，包括以下步骤：

（1）称量500g的试验物料，试验物料为油田产生的裹有油泥井下作业废弃防护物，装入置于氧化铝陶瓷纤维炉膛中央的石英玻璃炉管1中，两端用机械密封法兰固定；所述炉膛的高温为1100℃；

（2）启动试验装置的电源，通过智能温控调节仪10设定试验的控温历程：室温0.5h内升温至180℃，180℃保温1.5h；2h内180℃升温至300℃,300℃保温1h；2h内300℃升温至400℃,400℃保温2h；2h内400℃升温至500℃,500℃保温4h；4h内500℃降温至300℃,最后300℃自然降温至室温，详见图5；

试验物料升温速率平均为50℃/h,最高热解温度为500℃，累计热解时间15h；

（3）启动控温程序前，检验装置的密闭性，以满足热解反应的负压条件。打开真空泵吸气管路17、气体检测传感器5、刚性回转接头21所在管路上的阀门19，关闭其他管路上以及炉管1最右端进气口处阀门19。启动真空泵18，观察真空表7，待真空度达到-0.1mpa后；关闭气体检测传感器5管路上的阀门，停运真空泵18，观察真空表7，真空度2h内维持-0.1mpa不变，说明装置密闭性良好，达到热解析试验的条件；

（4）启动真空泵18，打开气体检测传感器5管路上的阀门，通过旋转调速器12控制炉管1在炉膛以2r/min的转速旋转；通过控制面板9上的加热按钮，启动升温程序，开始试验；

（5）试验过程中，每隔1h记录气体流量显示面板上的气体累计量的数值；待试验结束后，将冷凝罐4中回收的冷凝液，通过冷凝液导出管15，将回收的冷凝液放入冷凝液暂存箱6内；通过冷凝液暂存箱6上标定刻度线，记录下回收油及水的体积；可人工实现炉膛倾斜，倾斜最大角度60°，收集炉管内的热解后的残渣，计量并进行矿物油含量检测；

（6）不凝气累计产量与热解温度之间关系的试验结果见图6。由图6可知，当温度升至400℃时，再升温不凝气产量快速增长，说明待处理的裹有油泥井下作业废弃防护物此时开始发生了深度裂解反应；直至温度达到450℃，温度再升高，不凝气产量变化不大一直维持在225ml左右，说明热解反应基本结束，最佳热解温度为450℃；

（7）收集的热解后残渣矿物油含量为0.22%，达到了小于0.3%的指标要求；回收的油中含水率为0.33%，回收水中含油量为230mg/L；

（8）同时可依据上述试验方法，开展不同升温速率和热解时间的试验研究，依据回收油产率及回收不凝气的产率确定最佳升温速率及热解时间。

通过上述实施例1所提供的试验装置及试验方法，确定油田产生的含油污泥、裹有油泥防护物、油基泥浆等含油固体废弃物最佳热解温度、升温速率及热解时间等参数，为工业化站场的设计提供设计依据。

Claims (8)

1.一种含油固体废弃物热解析试验装置，包括炉管（1）、炉膛，所述炉管（1）贯穿于炉膛中央，被炉膛所包裹；所述炉膛分为上炉膛（2）和下炉膛（3）两部分，其特征在于：所述炉管（1）两端安装密封法兰，右端法兰中心引出管路，管路上接有真空表（7）、安全阀（8）以及进气阀A（19）；左端法兰中心引出管路，管路通过刚性回转接头（21）和进气阀B（22）与冷凝罐（4）相通；所述冷凝罐（4）一侧连接冷却水进水管路（13）和冷却水进出水管路（14）、出气口（16）；冷凝罐（4）上端开口依次接气体检测传感器（5）和真空泵吸气管路（17），真空泵吸气管路（17）与真空泵（18）抽气口相连接；冷凝罐（4）下端经冷凝液导出管（15）与冷凝液暂存箱（6）相连；所述炉管（1）可旋转，受旋转控制系统调控。

2.根据权利要求1所述的含油固体废弃物热解析试验装置，其特征在于：所述炉管（1）置于支撑箱体（23）上，冷凝液暂存箱（6）及支撑箱体（23）坐于工作台（4）上，所述真空泵（18）置于工作台（24）的底板上；所述支撑箱体（23）内装有旋转控制系统。

3.根据权利要求1所述的含油固体废弃物热解析试验装置，其特征在于：所述旋转控制系统由调速电机（28）、主动齿轮（25）、2个从动齿轮（26）、炉管外套齿轮（27）、2个从动轮（29）组成；所述炉管（1）一端通过炉管外套齿轮（27）坐落在2个从动齿轮（26）上，另一端坐落在2个从动轮（29）上；所述调速电机（28）通过转轴（30）连接主动齿轮（25）；主动齿轮（25）与1个从动齿轮（26）相互咬合，该从动齿轮（26）又与固定在炉管（1）上的炉管外套齿轮（27）相互咬合；调速电机（28）通过电线联接旋转调速器（12）。

4.根据权利要求2或3所述的含油固体废弃物热解析试验装置，其特征在于：所述支撑箱体（23）正面面板上设置有控制面板（9）、智能温控调节仪（10）、旋转调速器（12）；所述工作台（24）的正面面板上置有气体流量显示面板（11）。

5.一种使用权利要求1所述的含油固体废弃物热解析试验装置的试验方法，包括以下步骤：

（1）、将试验物料装填在保持一定真空度的炉管内，通过炉膛的高温间接对炉管内的待试验物料进行间接加热；

（2）、同时通过旋转控制系统实现装有物料炉管在炉膛内的旋转，并调控转速；

（3）、利用真空泵对装有物料已密封的炉管持续抽真空；同时将热解过程中产生的热解蒸汽（包括凝结气和不凝气）不断地抽离炉管；其中热解蒸汽包括凝结气和不凝气；

（4）、利用冷凝罐回收热解蒸汽中的凝结气，不凝气在真空泵的抽力下经气体检测传感器记录下不凝气累计产生量；

（5）、通过智能温控调节仪设定控温历程，考察试验物料热解温度、热解时间及升温速率。

6.根据权利要求5所述的利用含油固体废弃物热解析试验装置的试验方法，其特征在于：所述步骤（1）炉管为石英玻璃炉管；所述炉膛为氧化铝陶瓷纤维炉膛；所述炉膛的高温为1100℃。

7.根据权利要求5所述的利用含油固体废弃物热解析试验装置的试验方法，其特征在于：所述步骤（2）旋转控制系统转速为0~10r/min。

8.根据权利要求5所述的利用含油固体废弃物热解析试验装置的试验方法，其特征在于：所述步骤（3）真空泵的真空度可达-0.1mpa；步骤（5）温控调节仪最高温度为1100℃，升温速率0~15℃/min。