CN108203217B - 一种油基钻屑连续式微波热解设备及工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种油基钻屑连续式微波热解设备，包括进料装置、微波反应装置、油气冷却回收装置和热解残渣冷却装置；所述进料装置包括进料仓和带式传送装置，所述微波反应装置包括微波反应腔，在微波反应腔的顶端设置有波导馈口，在微波反应腔的内部设置有石英仓，所述石英仓由固定环壁和旋转托盘构成，石英仓的顶端敞口；在带式传送装置的端部下方设置有进料缓冲仓，进料缓冲仓通过溜槽与石英仓连通；所述固定环壁在对应出料缓冲仓的上方位置处设置有出料口，在出料口处设置有刮料板，所述刮料板通过斜槽与出料缓冲仓连接。本发明设备可以在密闭的环境中防堵塞的连续均匀进料，连续出料，防止微波的泄漏，提高设备使用寿命。

Description

一种油基钻屑连续式微波热解设备及工艺
技术领域
本发明涉及一种油基钻屑连续式微波热解设备及工艺，属于含油固体废弃物处理领域。
背景技术
油基钻井液作为页岩气开采的关键技术，在使用过程中会产生大量的油基钻屑等危险固体废弃物，油基钻屑因其含有石油烃类、重金属和有机物等污染物，已被列入国家危险废弃物，若不经处理就直接排放，将会对周边生态环境造成严重危害。对此，油基钻屑等含油固体废弃物的无害化处理迫在眉睫。
含油固体废弃物的热解技术处理方案是将其在绝氧的条件下加热到一定温度(一般为450℃左右，甚至更高)，使烃类物质在复杂的水合和裂化反应中分离出来并将其有效成分回收。目前，此类热解技术是处理油基钻屑最为有效的手段，但是目前国内外并没有成熟的专门针对油基钻屑的热解设备。常规的热解设备也存在无法连续化生产、密闭性差、热能利用效率低等缺陷。
例如，专利文献CN101838094A提出了“一种油田含油污泥微波热解资源化处理方法及装置”，将含油污泥送入微波加热的密闭反应器中，在温度200-900℃下进行热解处理，将热解处理产生的油气水进行回收再利用，热解后的残渣作路基材料或利用硝酸或NaOH进行改性，改性后的残渣做吸附材料。该方法为间歇式反应器，需要频繁更换物料，具有操作繁琐，散热损失大，反应过程不稳定，控制要求高等缺点，无法连续运行，不适于工业化推广。
另外，专利文献CN104163555A还提出了“一种微波辐照湿污泥干化热解连续反应装置及方法”，其充分利用微波物内部加热的特点减少散热损失，针对湿污泥直接干化热解，得到裂解油，可燃气和固体焦炭三种产品，并充分利用产物气的热量回收和产物残渣的辅助微波加热特性降低运行成本，提高了污泥热解率和产物品质。但也存在问题，如选用带式传送，需要加装污泥形状控制器来控制污泥形态，微波吸收效率低，热解残渣及其残余热能未进行有效利用等。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供一种油基钻屑连续式微波热解设备及工艺，以能够高效节能、连续方便地处理油基钻屑。
本发明所采用的技术解决方案是：
一种油基钻屑连续式微波热解设备，包括进料装置、微波反应装置、油气冷却回收装置和热解残渣冷却装置；
所述进料装置包括进料仓和带式传送装置，进料仓设置在带式传送装置的一端上方；
所述微波反应装置包括微波反应腔，在微波反应腔的顶端设置有波导馈口，在微波反应腔的内部设置有石英仓，所述石英仓由固定环壁和旋转托盘构成，石英仓的顶端敞口；在带式传送装置的另一端下方设置有进料缓冲仓，进料缓冲仓通过溜槽与石英仓连通；
所述油气冷却回收装置包括热解气气液分离装置和油气储罐，所述油气储罐包括不凝气储罐和冷凝液储罐，石英仓通过热解气输送管道与热解气气液分离装置连接，热解气气液分离装置通过不凝气输送管道与不凝气储罐连通，热解气气液分离装置通过冷凝液输送管道与冷凝液储罐连通，所述热解气输送管道还与真空泵连接；
所述热解残渣冷却装置包括出料缓冲仓和热解残渣储罐，出料缓冲仓与热解残渣储罐连接；所述固定环壁在对应出料缓冲仓的上方位置处设置有出料口，在出料口处设置有刮料板，所述刮料板通过斜槽与出料缓冲仓连接。
优选的，所述波导馈口设置在微波反应腔的顶端中心处。
优选的，所述石英仓的顶端敞口处设置有盖板。
一种油基钻屑连续式微波热解工艺，采用上述的微波热解设备，具体步骤如下：
a利用甩干机对收集到的油基钻屑进行机械脱水，得到含水率为百分之十以内的油基钻屑，储存至进料仓；
b通过带式传送装置将脱水后的油基钻屑从进料仓输送至微波反应腔，依次经过进料缓冲仓、溜槽，进入石英仓内，并随旋转托盘转动；
c采用频率为2450MHz的微波热解反应器对脱水后的油基钻屑进行热解处理，在微波反应腔中升温10-30min至450-650℃，恒温热解20-40min；
d石英仓中的热解气经热解气输送管道输送至热解气气液分离装置，进行气液分离，分离出的冷凝液经冷凝液输送管道输送至冷凝液储罐存储，分离出的不凝气经不凝气输送管道输送至不凝气储罐存储；
e石英仓中的热解残渣经刮料板收集，热解残渣含油率在千分之三以下，经斜槽输送至出料缓冲仓，随后输送至热解残渣储罐中存储。
上述步骤中：优选控制油基钻屑进料量为1-5kg/h。
上述步骤中：通过启动真空泵，使石英仓内部呈微负压状态，以对油气进行回收。
上述步骤中：回收的不凝气能用于燃料的添加，回收的热解残渣能用于建材辅料的添加。
本发明的有益技术效果是：
本发明设备可以在密闭的环境中防堵塞的连续均匀进料，连续出料，防止微波的泄漏，提高设备使用寿命，同时避免了人员接触，提高了操作的安全性，对于油基钻屑等含油固体废弃物的处理有着十分重要的意义。
本发明设备中微波反应腔内为旋转盘式结构，微波场分布更加均匀，提高加热均匀性，由此提升热解效率，并节约设备空间，同时通过对热解温度、时间以及进料量等的工艺条件限定，使得热解后的油基钻屑的含油率在千分之三以下，回收的不凝气可用于燃料的添加，热解残渣可用于建材辅料的添加。
附图说明
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步说明：
图1为本发明设备的结构原理示意图；
图2为本发明设备的局部结构原理图，主要示出出料口处的结构。
图中：1-进料装置，2-微波反应装置，3-油气冷却回收装置，4-热解残渣冷却装置，5-进料仓，6-带式传送装置，7-进料缓冲仓，8-溜槽，9-微波反应腔，10-石英仓，11-旋转托盘，12-热解气气液分离装置，13-真空泵，14-不凝气储罐，15-冷凝液储罐，16-出料缓冲仓，17-热解残渣储罐，18-波导馈口，19-刮料板，20-斜槽。
具体实施方式
结合附图，一种油基钻屑连续式微波热解设备，包括进料装置1、微波反应装置2、油气冷却回收装置3和热解残渣冷却装置4。所述进料装置1包括进料仓5和带式传送装置6，进料仓5设置在带式传送装置6的一端上方。所述微波反应装置2包括密闭的微波反应腔9，在微波反应腔9的顶端设置有波导馈口18，在波导馈口18处连接布置圆柱形微波热解反应器。在微波反应腔9的内部设置有石英仓10，所述石英仓10包括固定环壁和位于固定环壁底部的旋转托盘11，石英仓的顶端敞口。在带式传送装置6的另一端下方设置有进料缓冲仓7，进料缓冲仓7通过溜槽8与石英仓10连通。所述油气冷却回收装置3括热解气气液分离装置12和油气储罐，所述油气储罐包括不凝气储罐14和冷凝液储罐15，石英仓10通过热解气输送管道与热解气气液分离装置12连接，热解气气液分离装置12通过不凝气输送管道与不凝气储罐14连通，热解气气液分离装置12通过冷凝液输送管道与冷凝液储罐15连通，所述热解气输送管道还与真空泵13连接。所述热解残渣冷却装置4包括出料缓冲仓16和热解残渣储罐17，出料缓冲仓16与热解残渣储罐17连接。所述固定环壁在对应出料缓冲仓的上方位置处设置有出料口，在出料口处设置有刮料板19，所述刮料板19通过斜槽20与出料缓冲仓16连接。
作为对本发明的进一步设计，所述波导馈口18设置在微波反应腔9的顶端中心处，通过波导馈口位置的设置以及旋转托盘11的转动，可使得微波场分布更加均匀，提高加热均匀性，由此提升热解效率，并节约设备空间。
更进一步的，所述石英仓10的顶端敞口处设置有盖板，以进行适当封闭，使得启动真空泵13时，石英仓内部呈微负压状态。
一种油基钻屑等含油固体废弃物的处理方法为：将样品放置于微波反应器中热解，回收其热解油分，处理后热解残渣的含油量在千分之三以下。
具体实施步骤为：油基钻屑等含油固体废弃物的固含量约在85％以上，在微波反应腔中升温10-30min至450-650℃，恒温热解20-40min，收集热解油组分，回收率在90％以上，得到的热解残渣含油率在千分之三以下；回收油气可用于燃料的添加，热解残渣可用于建材辅料的添加。
下面结合上述连续式微波热解设备对油基钻屑的处理工艺进行说明，详细步骤如下：
a利用甩干机对收集到的油基钻屑进行机械脱水，得到含水率为百分之十以内的油基钻屑，储存至进料仓5。
b通过带式传送装置6将脱水后的油基钻屑从进料仓5输送至微波反应腔9，依次经过进料缓冲仓7、溜槽8，进入石英仓10内，并随旋转托盘11转动。
c采用频率为2450MHz波导的圆柱形微波热解反应器对脱水后的油基钻屑进行热解处理，在微波反应腔9中升温10-30min至450-650℃，恒温热解20-40min。
d石英仓10中的热解气经热解气输送管道输送至热解气气液分离装置，进行气液分离，分离出的冷凝液经冷凝液输送管道输送至冷凝液储罐15存储，分离出的不凝气经不凝气输送管道输送至不凝气储罐14存储。
e石英仓中的热解残渣经刮料板19收集，热解残渣含油率在千分之三以下，经斜槽输送至出料缓冲仓16，随后输送至热解残渣储罐17中存储。
上述步骤中：控制油基钻屑进料量为1-5kg/h。
上述步骤中：通过启动真空泵，使石英仓内部呈微负压状态，以对油气进行回收。
上述步骤中：回收的不凝气可用于燃料的添加，回收的热解残渣可用于建材辅料的添加。
实施案例：浙江油田甩干油基钻屑，含水率5％，含油率4％。
将油基钻屑置于本发明连续式微波热解设备中进行热解反应，在900W功率下升温20min至500℃，恒温热解30min，油气回收率在90％以上，热解残渣的含油率为0.28％。

Claims (4)

1.一种油基钻屑连续式微波热解工艺，其特征在于，其采用微波热解设备，该微波热解设备包括进料装置、微波反应装置、油气冷却回收装置和热解残渣冷却装置；
所述进料装置包括进料仓和带式传送装置，进料仓设置在带式传送装置的一端上方；
所述微波反应装置包括微波反应腔，在微波反应腔的顶端设置有波导馈口，在微波反应腔的内部设置有石英仓，所述石英仓由固定环壁和旋转托盘构成，石英仓的顶端敞口；在带式传送装置的另一端下方设置有进料缓冲仓，进料缓冲仓通过溜槽与石英仓连通；
所述油气冷却回收装置包括热解气气液分离装置和油气储罐，所述油气储罐包括不凝气储罐和冷凝液储罐，石英仓通过热解气输送管道与热解气气液分离装置连接，热解气气液分离装置通过不凝气输送管道与不凝气储罐连通，热解气气液分离装置通过冷凝液输送管道与冷凝液储罐连通，所述热解气输送管道还与真空泵连接；
所述热解残渣冷却装置包括出料缓冲仓和热解残渣储罐，出料缓冲仓与热解残渣储罐连接；所述固定环壁在对应出料缓冲仓的上方位置处设置有出料口，在出料口处设置有刮料板，所述刮料板通过斜槽与出料缓冲仓连接；所述波导馈口设置在微波反应腔的顶端中心处；
所述石英仓的顶端敞口处设置有盖板；
该工艺步骤如下：
a利用甩干机对收集到的油基钻屑进行机械脱水，得到含水率为百分之十以内的油基钻屑，储存至进料仓；
b通过带式传送装置将脱水后的油基钻屑从进料仓输送至微波反应腔，依次经过进料缓冲仓、溜槽，进入石英仓内，并随旋转托盘转动；
c采用频率为2450MHz的微波热解设备对脱水后的油基钻屑进行热解处理，在微波反应腔中升温10-30min至450-650℃，恒温热解20-40min；
d石英仓中的热解气经热解气输送管道输送至热解气气液分离装置，进行气液分离，分离出的冷凝液经冷凝液输送管道输送至冷凝液储罐存储，分离出的不凝气经不凝气输送管道输送至不凝气储罐存储；
e石英仓中的热解残渣经刮料板收集，热解残渣含油率在千分之三以下，经斜槽输送至出料缓冲仓，随后输送至热解残渣储罐中存储。
2.根据权利要求1所述的一种油基钻屑连续式微波热解工艺，其特征在于：控制油基钻屑进料量为1-5kg/h。
3.根据权利要求1所述的一种油基钻屑连续式微波热解工艺，其特征在于：通过启动真空泵，使石英仓内部呈微负压状态，以对热解气进行回收。
4.根据权利要求1所述的一种油基钻屑连续式微波热解工艺，其特征在于：回收的不凝气用于燃料的添加，回收的热解残渣用于建材辅料的添加。
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