CN108178472A - 一种油污泥等离子处理系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种油污泥的等离子处理方法及系统，其包括1）将油污泥输送入等离子熔炉中进行处理以将可分解的物质进行分解并得到污泥渣，将污泥渣冷却；2）通过磨碎机将污泥渣研磨成预定的颗粒大小；3）通过搅拌器将研磨后的废料、氧化物粉末和缓释剂混合形成混合物；4）将该混合物与含磷酸盐的溶液送入反应器进行反应生成该氧化物的磷酸盐浆状物；5)将搅拌好的浆状物送入成型机整成预定形状并进行固化形成磷酸盐陶瓷。本发明提供的方法和系统将油污泥中可分解的物质转化成合成气体，利用磷酸盐将污泥渣进行物理和化学包封，生成磷酸盐陶瓷，稳定了含油污泥中所含的重金属，从而有利地保护了环境。

Description

一种油污泥等离子处理系统及方法

技术领域

本发明涉及一种油污泥等离子处理系统及方法，属于废物处理技术领域。

背景技术

油田开采采用注水保持地层压力的方法。随着油田的深度开采，采出原油中的含泥水量越来越高，在联合站的原油脱水处理过程中会产生大量的含油泥砂。

油田含油污水中，含有难以自然沉降的粒度较小固体颗粒，这些固体颗粒的粒度很小，并与水、油形成稳定的乳状体系，必须加入混凝剂使其聚集成团进而沉降，以达到污水处理后对水质的相关要求。这样做虽然降低了污水中的固体物质含量，但同时产生了大量的含油污泥，并且含油污泥中污油与无机固体的桥联结构稳固，油、水乳化充分，其成分、结构复杂，矿化程度高。

含油污泥的成分非常复杂，主要分为油、泥和水三相，其中水含量最高。油主要指含油污泥中的烷烃、芳香烃、胶质和沥青等石油类污染物。泥包含方解石、重晶石、石盐和铜铁等金属的化合物等。

目前油田含油污泥没有得到有效处理，长期堆放，造成土地资源浪费；而且改变堆放地土壤理化性质，破环地表的生态环境。同时含油污泥中的挥发性污染物污染空气，如果污染物下渗则造成污染地下水。含油污泥长期堆放还可能生成多环芳烃。

对含油污泥的处理术总的可以分为固化和安全填埋；焚烧；污泥脱油。其中脱油技术又可以分成以下几种方法：化学热洗脱油、生物脱油、萃取和热解析。固化和安全填埋都是把污染物集中固定，防止其散播。这个措施费用昂贵，同时也浪费了大量的资源。焚烧法在高温下把污染物氧化分解。优点是污染物去除彻底，焚烧后的灰烬可以作为矿物提取其中某些有用元素。但是含油污泥含水率很高，热值低，焚烧成本很高。而且焚烧产生的烟气可能造成空气污染。化学热洗是利用加热和一些表面活性剂活化吸附在固体表面的污染物，然后用浮选或者旋流等机械分离技术分离污泥的污油。这个方法适合于含油量高的含油污泥，污染物的去除不彻底。萃取法可以有效的去除污油，但是萃取剂损失严重，成本高昂，也存在萃取剂的二次污染问题。热解析把含油污泥加热到300℃以上，把污油气化分离。这个方法适用于几乎所有的含油污泥。但是设备投资和运行费用都很高。

生物处理是利用特定的石油降解菌降解污油，一般用好氧堆肥法，可以有效去除污染物。但是只适用于低污染物含量的含油污泥，且反应时间很长，受环境条件影响显著，同时特定微生物只降解特定污染物，没有找到广普的石油类降解菌。

现在已经发展有化学热洗—生物处理联合技术，但是经过化学热洗的含油污泥的可生化性仍然很低，处理效率不高。

发明内容

为克服现有技术中存在的技术问题，本发明的发明目的是提供一种油污泥等离子处理系统及方法，其处理效率高，且将油污泥中可分解的物质转化成合成气体，利用磷酸盐将污泥渣进行物理和化学包封，生成磷酸盐陶瓷，稳定了含油污泥中所含的重金属，从而有利地保护了环境。

为实现所述发明目的，本发明提供一种油污泥的等离子处理方法，其特征在于，包括：1）将油污泥输送入等离子熔炉中进行处理以将可分解的物质进行分解并得到污泥渣，将污泥渣冷却；2）通过磨碎机将污泥渣研磨成预定的颗粒大小；3）通过搅拌器将研磨后的废料、氧化物粉末和缓释剂混合形成混合物；4）将该混合物与磷酸盐溶液送入反应器进行反应生成该氧化物的磷酸盐浆状物；5) 将搅拌好的浆状物送入成型机整成预定形状并进行固化形成磷酸盐陶瓷。

优选地，预定的颗粒大小从约4到75微米中选取。

优选地，氧化物选自：MgO、 CaO、氧化铁或者它们的组合。

优选地，缓释剂、氧化物粉末和污泥渣是以预定的重量份混合的，分别为：缓释剂：1-2重量份；氧化物粉末：15-50重量份；污泥渣：50-85重量份。

优选地，混合物与磷酸盐溶液是以预定的重量份混合的，分别为；1-1.2重量份,磷酸盐溶液；1-3重量份。

优选地，磷酸盐溶液含有55-60%的水。

为实现所述发明目的，本发明另一方面提供.一种油污泥等离子处理系统，其包括等离子熔炉和控制系统，所述等离子熔炉用于处理权上述方法中的油污泥，所述等离子旋转炉至少包括容器、设置在容器内的多个呈阵列分布的等离子电极和一个公共电极。

优选地，所述多个呈阵列分布的等离子电极和一个公共电极由ARC电源供电, 控制系统根据等离子熔炉所预设的温度通过矩阵开关控制多个呈阵列分布的等离子电极的每个电极的电接通或者断开ARC电源。

与现有技术相比，本发明提供的油污泥等离子处理系统及方法，其处理效率高，且处理效率高，且将油污泥中可分解的物质转化成合成气体，利用磷酸盐将污泥渣进行物理和化学包封，生成磷酸盐陶瓷，稳定了含油污泥中所含的重金属，从而有利地保护了环境。

附图说明

图1说明本发明提供的等离子炉的示意图；

图2是图1中沿AB线的截面示意图；

图3是本发明提供的发电机的组成示意图；

图4是本发明提供的ARC电源及矩阵开关电路。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，所示实施例仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。应该理解，当我们称元件被“连接”到另一元件时，它可以直接连接到其他元件，或者也可以存在中间元件。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，本申请文件中所用术语，应该被理解为具有与现有技术一致的意义，除非在本申请文件被特定定义，否则不会用极端化的含义来解释。

图1是本发明提供的等离子炉的示意图，图2是图1中沿AB线的截面示意图，如图1-2所示，根据本发明一个实施例，等离子体熔炉用于对油污泥进行处理以将油污泥中可分解的物质进行分解并转化成合成气体，并形成污泥渣。所述等离子体熔炉包括沿左右方向延伸的容器（壳体）101，所述壳体的载面上部为矩形，下部为半圆形，沿截面为圆形的槽的轴向设置有轴102，轴102上设置有螺旋形搅拌叶103，轴102由电机107驱动以进行旋转。筒内的下方设置有公共电极108，筒内的上方设置矩阵状排列的M*N个直流等离子体电极，如105，M*N个等离子体电极垂直于轴102的方向从顶部向下延伸。等离子熔炉的容器的上部设置有进料口，所述进料口连接进料装置，由进料装置供料，所述进料装置的排料口和容器的进料口之间设置有可伸缩的隔离门，需要进料时，控制系统使电机工作以驱动隔离门打开，如果不需要进料时，控制系统使电机工作以驱动隔离门关闭进料口。根据本发明一个实施例，所述进料装置包括进料斗104。

等离子熔炉的容器从外到内依次包括高耐热耐侵蚀层、绝缘层、保温层和耐火层。根据一个实施例，容器101的内壁可以由若干层耐火材料组合而成，还可以由低碳钢和通过耐火材料层制成的隔离内壁制成，该耐火材料层可包括金刚砂或石墨砖、水硬性浇灌耐火材料、陶瓷板、陶瓷涂层、密压板和/或高耐热耐侵蚀硼硅玻璃块。等离子熔炉的容器101的内壁的设计可考虑如何操作灵活性，如何使加热时间最小化，在允许自然冷却和/或在不导致对容器的耐火绝缘部和/或其它部分的损害的情况下，应适应每天频繁地加热和冷却。

在等离子熔炉的容器内可以设置温度传感器和/或压力传感器以对容器中的温度和/或压力进行连续或基本连续地监控以确保容器中的负压在预定范围之内。可通过在容器壁上设置一个或多个监控口，以使温度传感器和/或压力传感器的探头伸入容器内，以检测温度和/或压力，温度传感器和/或压力传感器可与控制系统相连以将所探测的温度信息和压力信息传送给控制系统，控制系统根据其测得的数据控制其它部件的工作状态，所述其它部件如ARC电源的输出电压。

当将含油污泥供给到容器时，可通过加热装置使油污泥中可分解的成份分解并转化成合成气体，将可熔化的物质熔化混入污泥中的泥、砂中形成污泥渣。加热装置为可将电能转化成热能的装置。加热装置包括由ARC电源106提供电能的直流等离子电极，如105等，所述等离子电极安装到容器内并且可在容器内部产生可控等离子场。当具有较高电流电极之间形成基本稳定的气流时，等离子体电极可产生可控的等离子场。加热装置可产生设定值的等离子能。

通过控制提供给等离子电极上的电能，可对电极之间的弧电压进行控制，从而调节容器的内部温度。根据弧电压设计提供给电极的电能。

油污泥经等离子熔炉处理的形成污泥渣由出料口109排出，其由控制阀或者伸缩玻璃门控制其开启或闭合。控制阀和玻璃门由耐高温的材料构成。

根据本发明一个实施例，等离子体容器内至少设置有温度传感器，控制系统根据温度传感器提供的信息控制给等离子电极施加的电能，从而控制容器内的温度。

图3是本发明提供的发电机的组成示意图，如图3所示，根据本发明一个实施例，本发明提供的发电机由汽轮机进行驱动而后发电，所述汽轮的动能来源于水蒸汽、压缩空气或者烟气，水蒸气可由收集的热能与水进行热交换而产生，如收集太阳能的热能，收集工作的余热等。压缩空气可由风力空气压缩机而产生。

发电机至少包括外壳、置于外壳内的定子和转子，定子至少包括8个感应线圈L1-L8， 所述8个感应线圈L1-L8组成一个圆环并置于转子外周。所述转子包括轴AX，设置在轴上并与轴的同心的大转子St，所述大转子包括同心设置且依次嵌套的四个圆环，所述四个圆环从内到外依次为金属钕环、特氟龙环、永磁体环和铜环，所述永磁体上部为N极性，下部为S极性。所述转子还包括8个小转子，如，小转子Ro1、Ro2、Ro3、Ro4、Ro5、Ro6、Ro7、Ro8，所述小转子为圆柱体，从内到外依次为金属钕环、特氟龙环、永磁体环和铜环，所述永磁体上部为S极，下部为N极。8个小磁体通过磁性吸附于大转子上。轴AX在外力的驱动下驱动大转子旋转，所述小转子与大转子之间会产生磁悬浮，从而作无摩擦滑动，小转子产生自转，并在小转子周围产生旋转的交变磁场，设置在小转子外周的定子感应线圈L1-L8就感应出了电流，以提供给负载电能。

本发明虽然以感应线圈的个数为8，小转子的个数为8进行了举例说明，但，线圈的数量不限于8个，可以为K个，小转子的个数也不限于8个，可以为J个，K和J均大于或者等于1。

图4是本发明提供的ARC电源及矩阵开关电路的电路图，如图4所示，根据一个实施例，本发明提供的ARC电源包括N个直流电压单元，N个直流电压单元的组成相同。例如：第一个电源单元包括变压器B1、一个整流器D11、一个续流二极管D12、一个电子开关T1和一个驱动级DR1，所述变压器B1的初级线圈经电容C1连接于发电机一个感应线圈，如L1；所述整流器D11的正极连接于变压器B1次级的线圈的第一端，整流器D11的负极连接到续流二极管D12的负极；续流二极管D12的正极连接到电子开关T1的第一端，电子开关T1的第二端连接到变压器B1次级的的第二端，电子开T1关的控制端连接到驱动级DR1，由驱动级DR1根据光控制系统的控制指令控制电子开关T1的通断。电子开关T1工作于开关状态，当电子开关T1的控制端接收到接通的指令时，电子开关T1导通，变压器B1的次级线圈的第二端相当于接到续流二极管D12的正极。整流器D11将变压输B1出的交流电压整流转换直流电压U1。续流二极管D12两端的电压为U1，上端为正，下端为负。当电子开关T1接收到关断的指令时，电子开关T1断开。续流二极管D12两端的电压为二极管结电压。

依次类推，第N个电源单元包括变压器BN、一个整流器DN1、一个续流二极管DN2、一个电子开关TN和一个驱动级DR1，所述变压器BN的初级线圈经电容CN连接于发电机一个感应线圈，如LN；所述整流器DN1的正极连接于变压器B1次级的线圈的第一端，整流器DN1的负极连接到续流二极管DN2的负极；续流二极管DN2的正极连接到电子开关TN的第一端，电子开关TN的第二端连接到变压器BN次级的的第二端，电子开TN关的控制端连接到驱动级DRN，由驱动级DRN根据光控制系统的控制指令控制电子开关TN的通断。电子开关TN工作于开关状态，当电子开关TN的控制端接收到接通的指令时，电子开关TN导通，变压器BN的次级线圈的第二端相当于接到续流二极管DN2的正极。整流器DN1将变压输BN出的交流电压整流转换直流电压UN。续流二极管DN2两端的电压为UN，上端为正，下端为负。当电子开关TN接收到关断的指令时，电子开关TN断开。续流二极管DN2两端的电压为二极管结电压。

相邻两个电源单元之间用续流经圈相连，如第1个电源单元与第2个电源单元之间用续流线圈L12相连，即续流线圈连接于前一个电源单元的续流二极管的负极和后一个续流二极管的正极之间。如此，如果每个电源单元的电子开关均同时导通的情况下，电源总的输出总电压为U 总= U1+U2+…+UN。本发明中各个电源单元输出的电压值相同，则总输出电压U 总=nU1。

本发明提供的油污泥处理系统还包括矩阵开关电路，所述多个呈阵列分布的等离子电极和一个公共电极由ARC电源供电, 控制系统根据等离子熔炉所预设的温度通过矩阵开关控制多个呈阵列分布的等离子电极的每个电极的电接通或者断开ARC电源。

根据一个实施例，矩阵开关电路包括行选择器、列选择器、N条行选择线、M条列选择线、一条供电线和M*N个像素开关，每个像素开关包括第一电子开关的第二电子开关，第一电子开关的控制端通过一条行选择线连接于行选择器，第一电子开关的第一端通过一条选择线连接列选择器；第二电子开关的控制端连接于第一电子开关的第二端，第二电子开关的第一端通过供电线经轭流圈CC1连接于ARC电源，第二电子开关的第二端连接于一个等离子体电极。如第一个像素开关开关包括第一电子开关T11-1的第二电子开关T11-2，第一电子开关T11-1的控制端通过一条行选择线连接于行选择器，第一电子开关T11-1的第一端通过一条选择线连接列选择器；第二电子开关T11-2的控制端连接于第一电子开关的第二端，第二电子开关的第一端通过供电线经轭流圈CC1连接于ARC电源，第二电子开关和平共处-2的第二端连接于一个等离子体电极105。呈矩阵状排列的第一个等离子体电极接通电源而产生等离子火焰时，行选择器和列选择器均提供选通信号，第一电子开关T11-1和第二个电子开关导通，ARC电源给等离子电极105-11提供电能。

使用时，根据等离子炉所要求的温度，控制处于每个象素的等离子电极是否接通电源，从而控制给某个等离子电极是否提供电能，当等离子炉要求的温度高时，则给多个电极提供电能，等离子炉要求的温度低时，仅需要给部分电极提供电能。

根据本发明一个实施例，还提供一种油污泥的等离子处理方法，一种油污泥的等离子处理方法，其包括：1）将油污泥输送入等离子熔炉中进行处理以将可分解的物质进行分解并得到污泥渣，将污泥渣冷却；2）通过磨碎机将污泥渣研磨成预定的颗粒大小，优选地，预定的颗粒大小从约4到75微米中选取；3）通过搅拌器将研磨后的废料、氧化物粉末和缓释剂混合形成混合物；优选地，氧化物选自：MgO、 CaO、氧化铁或者它们的组合。缓释剂为硼酸；优选地，缓释剂、氧化物粉末和污泥渣是以预定的重量份混合的，分别为：缓释剂：1-2重量份；氧化物粉末：15-50重量份；污泥渣：50-85重量份,优选地,将氧化物送入等离子炉中焙烧而后冷却而形成，给所述等离子炉施加的温度从第一温度以每分钟10摄氏度增加，如此焙烧20分钟40分钟到达第二温度，而后以第二温度恒烧40分钟到120分钟。优选地，第一温度为1000摄氏度，第二温度为1280摄氏度；4）将该混合物与磷酸盐溶液送入反应器进行反应生成该氧化物的磷酸盐浆状物；优选地，混合物与磷酸盐溶液是以预定的重量份混合的，分别为；混合物：1-1.2重量份, 磷酸盐溶液；1-3重量份。磷酸盐溶液含有55-60%的水；5) 将搅拌好的浆状物送入成型机整成预定形状并进行固化形成磷酸盐陶瓷。

根据本发明一实施例，利用油污泥制作陶瓷的配方为：MgO：12重量份，污泥渣：17重量份；硼酸1重量份；和55%的KH₂PO₄溶液40重量份，形成的陶瓷非常的坚硬，压力大于20000kPa。

本发明将含油污泥通过等离子熔炉进行分解，将可分解的物质转化成合成气体，利用磷酸盐将污泥渣进行物理和化学包封，生成磷酸盐陶瓷，稳定了含油污泥中所含的重金属，从而有利地保护了环境。

需要说明的是，本文中所称的“一个实施例”或者“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或者特性包括在本发明的至少一个实施例中。此外，请注意，这里“在一个实施例中”的词语例子不一定全指同一个实施例。

应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包括”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序，仅是为了区别。

此外，还应当注意，本说明书中使用的语言主要是为了可读性和教导的目的而选择的，而不是为了解释或者限定本发明的主题而选择的。因此，在不偏离所附权利要求书的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。对于本发明的范围，对本发明所做的公开是说明性的，而非限制性的，本发明所要求的保护范围由所附权利要求书限定。

Claims (8)

1.一种油污泥的等离子处理方法，其特征在于，包括：

1）将油污泥输送入等离子熔炉中进行处理以将可分解的物质进行分解并得到污泥渣，将污泥渣冷却；

2）通过磨碎机将污泥渣研磨成预定的颗粒大小；

3）通过搅拌器将研磨后的废料、氧化物粉末和缓释剂混合形成混合物；

4）将该混合物与磷酸盐溶液送入反应器进行反应生成该氧化物的磷酸盐浆状物；

5) 将搅拌好的浆状物送入成型机整成预定形状并进行固化形成磷酸盐陶瓷。

2.如权利要求1所述的方法，其中，预定的颗粒大小从约4到75微米中选取。

3.如权利要求1所述的方法，其中，氧化物选自：MgO、 CaO、氧化铁或者它们的组合。

4.如权利要求1所述的方法，其中，缓释剂、氧化物粉末和污泥渣是以预定的重量份混合的，分别为：缓释剂：1-2重量份；氧化物粉末：15-50重量份；污泥渣：50-85重量份。

5.如权利要求4所述的方法，其中，混合物与磷酸盐溶液是以预定的重量份混合的，分别为；混合物：1-1.2重量份, 磷酸盐溶液;1-3重量份。

6.如权利要求1所述的方法，其中，磷酸盐溶液含有55-60%的水。

7.一种油污泥等离子处理系统，其包括等离子熔炉和控制系统，所述等离子熔炉用于处理权利要求1-6任一所述方法中的油污泥，所述等离子旋转炉至少包括容器、设置在容器内的多个呈阵列分布的等离子电极和一个公共电极。

8.根据权利要求7所述的油污泥等离子处理系统，其特征在于，所述多个呈阵列分布的等离子电极和一个公共电极由ARC电源供电, 控制系统根据等离子熔炉所预设的温度通过矩阵开关控制多个呈阵列分布的等离子电极的每个电极的电接通或者断开ARC电源。