CN108787728A - 一种有机物污染土壤的热解析修复方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种有机物污染土壤的热解析修复方法及系统，首先通过对污染土壤进行预处理，预处理后的土壤经过计量后进行热解析处理，热解析处理后的还原土含油率降至0.3％以下用来铺路、制砖或农用土，热解析出的热解汽通过风机抽出进行直接冷却或间接冷却，冷却后的油水混合物进行气浮分离，分离后的有机物回收再利用，循环水通过空气冷却后循环冷却热解汽，不凝气经两级旋流净化后掺入燃料进行资源化利用。本发明方法可以快速、有效、连续的对有机物污染土壤进行无害化处理，处理工艺可通过撬装单元、自动化控制实现，处理过程不产生二次污染，同时可以实现回收油、不凝气、还原土的资源化利用，可产生较好的环境、经济和社会效益。
Description
技术领域
本发明属于油气田开采、石油化工、制药等领域的污油泥和其他有机物污染土壤等固(危)废的环保治理领域，涉及一种有机物污染土壤的修复方法及系统，具体涉及一种通过热解析技术对有机物污染土壤进行无害化修复的方法及系统。
背景技术
有机物污染土壤一般为原油管道刺漏污染土壤、落地油泥、罐底油泥、钻井泥浆及岩屑(原油、柴油、白油污染)、有机氯污染土壤、苯系物及衍生物(如苯并(a)芘)污染土壤等。目前在我国该类污染物的存量大，同时每年也有较大新增量。这些污染的直接排放会造成污染物扩散，引起大面积土壤、地下水和大气污染，将进一步对动植物的生命健康造成威胁。
目前针对有机物污染土壤的修复方法主要有焚烧法、生物处理法、化学洗涤法、溶剂萃取法等。焚烧法处理有机物污染土壤不可避免产生大量的空气污染，处理过程中产生二次污染，处理更加复杂；生物处理法的处理效果多受到时间与自然的限制，处理周期长且受自然环境变化影响大，某些有机物在自然条件下不能很好的降解；化学洗涤法、溶剂萃取法均能对有机物污染土壤进行较好修复，同时还可实现有机污染物的资源回收再利用，但是对土壤中的有机污染物的清除效果不够彻底。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于开发一种有机物污染土壤的热解析修复方法及系统，以实现有机物污染物及土壤的资源化回收利用。热解析法修复过程不产生二次污染、处理周期短，还原土污染物去除彻底，同时可以实现有机物污染物的资源化回收利用，有较好的环境、社会和经济效益。
为实现上述发明目的，特采用以下技术方案：
一种有机物污染土壤的热解析修复方法，其步骤包括：
(1)对有机物污染土壤进行预处理，作为待处理物料；
(2)将待处理物料进行热解析，热解析的温度在待处理物料中有机污染物的沸点以上；
(3)将热解析得到的还原土处理后输出，并将热解析产生的热解汽抽出后进行冷却及分离。
进一步地，步骤(1)中，所述预处理包括：将有机物污染土壤翻抛晾晒，破碎，筛拣，去除有机物污染土壤中的杂物后，继续进行翻抛晾晒，至其含水率降至20％以下。
进一步地，步骤(2)还包括：在将待处理物料进行热解析之前，对待处理物料进行计量并除去待处理物料中的铁质杂质。
进一步地，步骤(2)中，所述热解析过程分为预干燥段和热解析段，预干燥段温度为100～200℃，停留时间10～30min；热解段温度为200～700℃，停留时间10～30min。
进一步地，步骤(3)中，将热解析产生的热解汽抽出后，使热解析的压力保持在-500～200Pa。
进一步地，步骤(3)中，对还原土进行加水降温降尘处理后输出。
进一步地，采用加湿螺旋推进器或加湿刮板机，通过水量调节使还原土温度降至80℃以下。
进一步地，步骤(3)中，将热解析产生的热解汽抽出后进行冷却及分离包括：将抽出的热解汽采用冷水喷淋直接冷却，冷却后得到的油水混合物进行气浮油水分离，或将抽出的热解汽采用换热盘管间接冷却，冷却后得到的油水混合物进行重力沉降分离。
进一步地，将抽出的热解汽采用冷水喷淋直接冷却时，将得到的不凝气净化后回用的同时，对冷却后得到的油水混合物采用气浮油水分离，将分离得到的有机物液体进行回收利用，将循环水进行再冷却后作为喷淋冷却水进行循环利用，多余废水则输送至废水处理站进行深度净化处理。
进一步地，将抽出的热解汽采用换热盘管间接冷却时，将循环水进行再冷却后循环利用，并对冷却后得到的油水混合物进行重力沉降，将得到的不凝气净化后回用，将得到的上层有机物液体进行回收利用，下层废水则输送至废水处理站进行深度净化处理。
一种有机物污染土壤的热解析修复系统，包括：
预处理模块，用于对待处理物料进行预处理；
计量进料模块，用于将预处理后的物料进行计量并均匀传输给热解析处理模块；
热解析处理模块，用于对物料进行热解析，并输出热解析产生的热解汽及还原土；
热解汽处理模块，用于将热解析处理模块输出的热解汽进行冷却及分离；
还原土资源化模块，用于对热解析处理模块输出的还原土进行处理。
进一步地，所述计量进料模块通过刮板输送机连续进料。
进一步地，所述热解析处理模块中设有烟气通道，所述热解析处理模块通过逆流的高温烟气进行加热，所述逆流是指高温烟气的流动方向与物料进料时的传输方向相反。
进一步地，所述热解析处理模块包括喂料螺旋推进器和热解螺旋进料器，所述喂料螺旋推进器将来自计量进料模块的物料传输至热解螺旋进料器以对物料进行热解析。
进一步地，所述热解析处理模块在绝氧环境下将进行热解析的所述物料间接加热至所述待处理物料中有机污染物沸点以上。
进一步地，所述喂料螺旋推进器通过末端料封为所述热解析处理模块提供绝氧环境。
本发明的有益效果如下：
经过工艺处理后的还原土中矿物油含量低于3000mg/Kg干污泥，苯并(a)芘低于3mg/kg，可用作农业用土或铺路或制砖。
本发明为连续式作业生产，可大大提高设备使用率。本发明的能耗低，天然气耗量30～60m3/吨，电耗20～30KW.h/吨。
本发明处理有机污染土壤成本为300～350元/吨，该成本低于市场上高温氧化和回转窑热解等技术的处理成本，可产生较大的经济效益。
本发明与高温氧化和焚烧等技术不同，生产过程中不产生二噁英等有毒气体，不产生二次污染，也可避免对现场施工人员的身体危害。
本发明的方法适用于原油输油管道刺漏污染土壤、落地油泥、化工制药过程有机物污染的土壤(通常其含油率约为20％，含水率约为20％)，经处理后还原土的含油率小于0.3％，能够减少环境污染，带来很大的环境效益。
附图说明
图1本发明有机物污染土壤的热解析修复方法整体流程图。
图2热解汽直接冷却时，本发明有机物污染土壤的热解析修复方法流程图。
图3热解汽间接冷却时，本发明有机物污染土壤的热解析修复方法流程图。
图4本发明有机物污染土壤的热解析修复系统的整体结构示意图。
图5本发明实施例热解析处理设备的结构示意图，其中：1‐螺旋推进器减速机，2‐进料口，3‐高温烟气出口，4螺旋推进器轴，5‐保温层，6‐螺旋推进器外壳，7‐高温烟气进口，8‐物料出口，9‐检修口，10‐螺旋推进器叶片，11‐高温烟气环隙通道。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的权利要求范围。
实施例
在某油田油气集输过程中管道刺漏、管道破裂等原因造成原油泄漏，污染大片地表土壤，油田将该类原油污染土壤集中拉运至固废液处理站安全储存，该站内污染土壤存量多达12万方，同时每年增量约3～4万方，采用本发明的方法进行污染土壤热解析修复，其处理步骤为如附图1所示。主要包括：
(1)物料预处理
1)将从有机物污染土壤储存池中获取的有机物污染土壤经挖机翻抛，晾晒，破碎设备(可选自常见的撕碎机、颚式破碎机或锤式破碎机)破碎，筛分设备(可选自常见的直线振动筛、滚筒振动筛或破碎装载机，本实施例选用破碎装载机和筛网孔径小于3cm的直线振动筛)筛拣，使大块的垃圾物、树枝树根、杂草、石块等杂物去除；
2)将筛分后的有机物物污染土壤继续进行翻抛、晾晒，至其含水率降至20％以下。
(2)物料计量进料
1)将预处理后的土壤采用装载机倒入物料斗，物料斗底部为螺旋输送器，螺旋输送器将物料均匀地输送至料斗出口；料斗出口下方为计重皮带秤，连续计量，确保均匀进料(本实施例的进料量为4t/h)，从而降低或避免热解析后产品的质量的波动；物料的进料量决定热解析后固相产品的质量指标，从而便于根据物料理化参数调整热解析工艺。
2)在皮带秤末端上方5cm处悬挂永久强磁铁，除去物料中较大的铁块、螺丝等铁质杂质；
3)除铁后物料通过刮板输送机(也可采用螺旋输送器)传输至热解析系统的进料口。
(3)物料热解析处理
该步骤采用的设备如图5所示，具体处理步骤如下：
1)以柴油或天然气(本实施例采用管输天然气)为燃料在燃烧器中燃烧产生高温烟气，高温烟气在高温烟气环隙通道11中以逆流方式对热解螺旋推进器(主要包括：螺旋推进器减速机1，螺旋推进器轴4，螺旋推进器外壳6和螺旋推进器叶片10)进行预加热，所述逆流方式是高温烟气与物料推进传输方向相反，该方式换热效率较高；
2)通过喂料螺旋推进器将物料均匀、连续传输至热解螺旋进料器，物料在绝氧环境下被间接加热至待处理物料中有机污染物沸点以上，物料的加热过程分为预干燥段和热解析段，预干燥段温度为100～200℃，停留时间约20min，目的除去物料中的水分，热解析段温度为200～700℃，停留时间约20min，目的是除去物料中的有机污染物。
两个阶段物料前进方式均为通过圆筒内热解螺旋推进器旋转推进，而非常见的圆筒自身旋转，其优点是：1)与圆筒自身旋转的间歇进料不同，可实现连续进料；2)物料温度从进口到出口逐渐升高，换热效率高；3)可根据物料理化性质通过调节螺旋推进速度来增大或减少物料停留时间，以此平衡产品质量和生产效率。
其中，绝氧环境需通过喂料螺旋推进器进口料封和星形卸料器出口气锁的方式实现。进口料封是指，喂料螺旋推进器末端20cm无叶片，通过物料推挤、堆积封住圆柱形螺旋推进器末端腔体，阻挡了外部空气进入热解螺旋推进器腔体内。出口气锁是指采用星形卸料器实现外部空气不进入热解螺旋腔体内。
一般来说，原油类污染物需加热到600～700℃，柴油污染物需加热到350～400℃、有机氯污染物需加热至300～500℃等。
3)热解喂料推进器腔体内产生的热解汽被风机连续不断抽出，使腔体内始终保持微负压状态，压力通常为-500～200Pa。
4)经过高温热解析后还原土传输至出料系统，出料系统设置喷淋加湿喷头，对还原土进行加水降温降尘，一般可采用加湿螺旋推进器或加湿刮板机，通过水量调节(本实施例用水量为1～1.5m3/h)使还原土温度降至80℃以下，出料不扬尘。
(4)热解汽直接冷却处理
风机抽出的热解汽采用冷水喷淋直接冷却，具体如图2所示，本实施例中循环冷却水量为60t/h。不凝气通过两级旋流净化后掺入燃料进行回用，可替代20～30％的天然气；冷却后油水混合物(70～80℃)通过气浮油水分离系统(通过压缩机通入空气(也可采用氮气)进行气浮，并通过烧碱(也可采用纯碱)进行pH调节)进行气浮油水分离，分离后有机物液体进行回收利用，分离后的水(约50℃)通过空气冷却系统降温后进行循环喷淋冷却，循环冷却水温度为30℃，多余废水输送至废水处理站进行深度净化处理，每处理100吨污染土壤产生10～15t的废水。
热解汽也可采用图3所示的间接冷却方式进行处理，风机抽出的热解汽采用换热盘管冷却(热解汽走管程，冷却循环水走壳程)，不凝气通过两级旋流净化系统净化后掺入燃料进行回用；冷却后油水混合物进行重力沉降，上层有机物液体进行回收利用，下层废水输送至废水处理站进行深度净化处理，冷却循环水连续在空气冷却系统冷却后循环使用，二者最终的处理效果无太大差异。
其原油污染土壤处置结果如下：
1)对热解析残渣进行采样(样品量：2000g，采样时间：2016.09.20，监测步骤：取适量土样经四氯化碳萃取，以4cm比色皿JDS-105U型红外分光测油仪进行测定，分析时间2016.09.22)监测获得的监测报告显示，处理后还原土实现了无害化处置，含油率符合《农用污泥中污染物控制标准》(GB4284-84)中含油率＜0.3％(实测值0.276％)；处理后还原土统一拉运进行铺垫井场道路，对还原土实现了资源化利用。
2)每处理100吨污染土壤，回收原油10吨，回收油中含固水(BS&W<1％，处理后废液必须循环利用，回收油全部交由甲方，实现资源回收利用，每吨原油按2000元计算，年处理50000吨污染土壤，回收原油5000吨，产生经济效益1000万。
3)处理过程中未出现二次污染，处理后烟气实现达标排放符合《大气污染物综合排放标准》(GB16297-1996)。
因此本发明工艺通过对原油污染土壤的热解析修复，能够实现较大的环境、经济及社会效益。
Claims (10)
1.一种有机物污染土壤的热解析修复方法，其步骤包括：
(1)对有机物污染土壤进行预处理，作为待处理物料；
(2)将待处理物料进行热解析，热解析的温度在待处理物料中有机污染物的沸点以上；
(3)将热解析得到的还原土处理后输出，并将热解析产生的热解汽抽出后进行冷却及分离。
2.如权利要求1所述的一种有机物污染土壤的热解析修复方法，其特征在于，步骤(1)中，所述预处理包括：将有机物污染土壤翻抛晾晒，破碎，筛拣，去除有机物污染土壤中的杂物后，继续进行翻抛晾晒，至其含水率降至20％以下。
3.如权利要求1所述的一种有机物污染土壤的热解析修复方法，其特征在于，步骤(2)还包括：在将待处理物料进行热解析之前，对待处理物料进行计量并除去待处理物料中的铁质杂质。
4.如权利要求1所述的一种有机物污染土壤的热解析修复方法，其特征在于，步骤(2)中，进行热解析的过程分为预干燥段和热解析段，预干燥段温度为100～200℃，停留时间10～30min；热解段温度为200～700℃，停留时间10～30min。
5.如权利要求1所述的一种有机物污染土壤的热解析修复方法，其特征在于，步骤(3)中，将热解析产生的热解汽抽出后进行冷却及分离包括：将抽出的热解汽采用冷水喷淋直接冷却，冷却后得到的油水混合物进行气浮油水分离，或将抽出的热解汽采用换热盘管间接冷却，冷却后得到的油水混合物进行重力沉降分离。
6.一种有机物污染土壤的热解析修复系统，包括：
预处理模块，用于对待处理物料进行预处理；
计量进料模块，用于将预处理后的物料进行计量并均匀传输给热解析处理模块；
热解析处理模块，用于对物料进行热解析，并输出热解析产生的热解汽及还原土；
热解汽处理模块，用于将热解析处理模块输出的热解汽进行冷却及分离；
还原土资源化模块，用于对热解析处理模块输出的还原土进行处理。
7.如权利要求6所述的一种有机物污染土壤的热解析修复系统，其特征在于，所述计量进料模块通过刮板输送机连续进料。
8.如权利要求6所述的一种有机物污染土壤的热解析修复系统，其特征在于，所述热解析处理模块中设有烟气通道，所述热解析处理模块通过逆流的高温烟气进行加热，所述逆流是指高温烟气的流动方向与物料进料时的传输方向相反。
9.如权利要求6所述的一种有机物污染土壤的热解析修复系统，其特征在于，所述热解析处理模块包括喂料螺旋推进器和热解螺旋进料器，所述喂料螺旋推进器将来自计量进料模块的物料传输至热解螺旋进料器以对物料进行热解析。
10.如权利要求6所述的一种有机物污染土壤的热解析修复系统，其特征在于，所述热解析处理模块在绝氧环境下将进行热解析的所述物料间接加热至所述待处理物料中有机污染物沸点以上。
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