CN108916889A - 一种异位油泥无焰隐燃处理装置及处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种异位油泥无焰隐燃处理装置及处理方法，装置包括反应系统、与反应系统的内部相连通的空气注入系统、与反应系统的顶部相适配的尾气处理系统以及分别与反应系统、空气注入系统、尾气处理系统电连接的监控调节系统；处理时，将油泥置于反应区内，空气注入系统将空气通入至引燃启动区内，利用引燃剂对油泥进行引燃，监控调节系统根据温度监测机构测得的温度数据，通过空气注入系统调节引燃启动区内的空气通入量，反应后的尾气由尾气处理系统收集处理后排放。与现有技术相比，本发明点火效率及油泥处理能力高，能耗低，易于控制，灵活性好。

Description

一种异位油泥无焰隐燃处理装置及处理方法

技术领域

本发明属于油泥处理技术领域，涉及一种异位油泥无焰隐燃处理装置及处理方法。

背景技术

油泥是指油田在生产过程中，由于原油开采、储存、集输、加工以及原油采出液处理过程中所产生的污泥，油泥中含有原油或原油中的某些成分。随着油泥的产量不断增加，若不加以处理而直接排放，不但占用大量耕地，还会对周围土壤、水体、空气都将造成污染；油泥中还含有大量的病原菌、寄生虫(卵)、重金属、多氯联苯、二噁英、放射性核素等难降解的有毒有害物质，对环境及周边生物都会产生很大的污染。

现有的油泥处理方法主要有以下几种：

1)简单处理：油泥直接填埋或固化后填埋。这种处理方法既浪费了其中的宝贵能源，还有可能导致环境污染。

2)萃取法：利用“相似相溶”原理，选择一种合适的有机溶剂作萃取剂，将油泥中的原油回收利用。然而，在目前，萃取法处理油泥还在试验开发阶段，且萃取剂价格昂贵，同时在处理过程中还会有一定的损失，所以萃取法成本过高。

3)生物法：油泥的生物处理技术主要有土地耕作法、堆肥处理法和生物反应器法，主要是利用微生物将含油污泥中的石油烃类降解为无害的土壤成分。其中，土地耕作法和堆肥处理法需大面积土地，生物反应器法仍有废渣排放，且处理时间长，操作复杂。

4)阴燃法：阴燃技术是一种利用有机污染物自身热值实现污染处理的技术方法，其主要原理是直接加热点燃土壤中的易燃有机污染物，使土壤中的有机污染物发生燃烧反应，一部分有机污染物通过燃烧分解为水和CO₂，一部分VOCs则受热挥发。阴燃法通常利用电阻棒直接对油泥进行点火，点火效率较低，点燃时间长达近6h，严重影响处理效率，且对直接点燃的油泥污染物粘度还需满足一定要求，直接作用于我国常见的油泥效果不佳；在燃烧过程中，修复介质随空气扩散进行传播，传播速率受到空气传输效率的制约，难以控制。因此，点火时长和空气传输效率低等问题大大限制了阴燃技术的处理效率。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种异位油泥无焰隐燃处理装置及处理方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种异位油泥无焰隐燃处理装置，该装置包括反应系统、与反应系统的内部相连通的空气注入系统、与反应系统的顶部相适配的尾气处理系统以及分别与反应系统、空气注入系统、尾气处理系统电连接的监控调节系统。空气注入系统为反应系统内的油泥提供燃烧所需的空气以维持隐燃过程的持续进行，反应产生的尾气和部分受热挥发的污染物，如部分VOCs及CO等，通过尾气处理系统进行集中处置后排放，监控调节系统对油泥处理的整个过程进行监控及自动化调节。

进一步地，所述的反应系统包括顶部开口的反应器壳体以及设置在反应器壳体内的温度监测机构，所述的反应器壳体内由下而上依次设有引燃启动区、反应区及覆盖区，所述的温度监测机构设置在反应区内。引燃启动区对反应区内的油泥进行引燃，使油泥由下而上逐渐发生隐燃反应，温度监测机构对反应区内油泥的反应进程及反应状态进行监测。

作为优选的技术方案，所述的覆盖区内设有洁净沙土。洁净沙土的主要作用是隔绝油泥与外部空气，从而减少油泥中有机污染物受热后挥发逸散，同时也起到一定的保温作用。

作为优选的技术方案，所述的反应器壳体的侧壁上一上一下分别设有进料口及出料口。待处理的油泥通过螺旋上料机经进料口加入至反应区内，反应结束后的残留物经出料口排出。

进一步地，所述的引燃启动区内一下一上分别设有沙土层及引燃剂层，所述的沙土层内埋设有与空气注入系统相连通的空气扩散板及加热棒，并且所述的加热棒位于空气扩散板的上方。空气扩散板上均匀开设有多个出气口，空气注入系统通过空气扩散板将空气均匀注入并分散在引燃启动区内，使空气均匀向上扩散。当反应启动时，加热棒通电加热，不断向上扩散的空气将加热棒的热量带至引燃剂层，使引燃剂层内的引燃剂将反应区内的油泥底部引燃；同时，由于空气不断向上扩散，油泥底部的燃烧锋不断向上传播，使油泥由下而上依次发生隐燃反应，实现对油泥的隐燃处理。沙土层的主要作用为隔离加热棒与油泥，防止隐燃反应直接发生于加热棒表面而损伤设备，同时促进热量在引燃启动区内均衡传递。

作为优选的技术方案，所述的加热棒为电阻棒。

作为优选的技术方案，所述的引燃剂层内的引燃剂可选用木炭、煤炭、汽油、柴油、酒精、石蜡、木屑等燃料，引燃剂本身可迅速点燃，减少加热棒加热时间，并可直接加热油泥，大大缩短油泥引燃所需时间。

进一步地，所述的温度监测机构包括多个由下而上依次设置在反应区内的热电偶，所述的热电偶与监控调节系统电连接。在油泥由下而上依次发生隐燃反应的过程中，设置在不同高度的热电偶分别监测相应位置处的油泥温度，以确定隐燃传播状况，对油泥的反应进程进行监控。

作为优选的技术方案，所述的热电偶沿反应器壳体径向设置。

进一步地，所述的油泥呈多孔状堆设在反应区内，所述的热电偶埋设在油泥内。反应区内设有多孔空气导流通道，使油泥呈多孔型堆填方式，扩大气固接触面积，提高燃烧效率，改善内部空气传输能力，促进隐燃均匀快速传播。

进一步地，所述的空气注入系统包括空气压缩机以及设置在空气压缩机上的空气输送管道，所述的空气压缩机通过空气输送管道与引燃启动区相连通。空气压缩机通过空气输送管道将空气输送至引燃启动区内的空气扩散板上，并通过空气扩散板使空气向反应区内均匀扩散。

进一步地，所述的空气输送管道上设有加热器及空气流量调节阀，所述的监控调节系统分别与加热器、空气流量调节阀电连接。加热器对空气进行加热，以满足油泥的引燃及隐燃需求；空气流量调节阀对空气的通入量进行调节。监控调节系统根据油泥的反应状态，自动调节加热器及空气流量调节阀的工作状态。

进一步地，所述的尾气处理系统包括依次相连通的尾气抽提罩、气液分离器、排风机及尾气处理器，所述的尾气抽提罩设置在反应器壳体的上方。在排风机的抽吸作用下，油泥反应产生的尾气由尾气抽提罩汇聚收集，并经气液分离器分离出水分，剩余的废气由尾气处理器净化处理后排放。尾气抽提罩可设计成是开放式或密闭式。

进一步地，所述的监控调节系统包括设置在尾气抽提罩与气液分离器之间的气体分析仪、与气体分析仪电连接的数据采集器以及控制器。气体分析仪对尾气抽提罩收集的尾气成分进行分析，并将数据传送至数据采集器，以通过尾气成分判断反应进程。控制器根据数据采集器收集的热电偶温度数据、尾气成分数据，自动调节加热器的加热温度及空气流量调节阀的开度，以调节反应区内空气的温度及流量。

一种基于所述的装置的异位油泥无焰隐燃处理方法，该方法包括以下步骤：

1)将油泥置于反应区内，空气注入系统将空气通入至引燃启动区内，利用引燃剂对油泥进行引燃；

2)监控调节系统根据温度监测机构测得的温度数据，通过空气注入系统调节引燃启动区内的空气通入量，反应后的尾气由尾气处理系统收集处理后排放。

装填时，先将干净的沙土置于空气扩散板上，之后注入引燃剂，再将待处理油泥置于引燃剂上层，并进行蜂窝状导流通道钻孔。热电偶从反应器壳体中心沿半径向外辐射，每隔0.2-0.3m布设一组，垂直方向间隔0.1-0.2m设置监测节点，用以全面监测燃烧传输情况。

在短暂加热至点燃引燃剂后(热电偶监测到最底层区域的燃烧锋值)，关闭加热棒，并实时监测燃烧情况，根据燃烧进程调节空气通入速率。尾气经收集并净化处理后排出。根据热电偶监测的反应区内温度下降情况及尾气中污染物成分是否低于排放标准，以判定反应结束。

根据油泥粘度、成分等性质，调整热电偶排布、导流孔位置及空气注入速率。

本发明是将油泥按照多孔导流的方式堆填入反应区内，采用电加热引燃剂的方式使油泥发生无焰隐燃，并保持空气注入，使反应区内部形成燃烧锋并不断沿着空气传输方向传播，实现自我维持的无焰隐燃，完成油泥污染物处理；反应生成的尾气通过冷凝、气液分离等进行处理，达标后排放。

与现有技术相比，本发明具有以下特点：

1)利用引燃剂点火，引燃油泥，提高了点火效率，缩短了处理周期，同时避免了油泥与加热棒的直接接触，降低了对油泥粘度的苛刻要求，可直接对油泥进行无焰隐燃处理，充分利用油泥自身的热值，大大降低了处理能耗，其处理成本仅相当于一般热处理技术的50％，特别适用于燃烧热值高、渗透性较好的污染土壤，如油泥及高浓度石油污染场地修复，处理能力高；

2)通过热电偶监测温度数据，根据燃烧进程自动控制加热棒的关闭、实时调节空气注入温度、压力及速率，实现反应区内油泥自我维持的无焰隐燃反应，一次点火后无需额外添加引燃剂及能量；

3)油泥采用多孔堆填方式，强化空气导流，并利用热电偶等可视化手段实时监测油泥燃烧情况，由控制器根据燃烧进程进行自动实时调节，使无焰隐燃沿着空气传输方向传播；同时，通过空气导流和反应放热的共同作用，在燃烧锋上方形成干燥锋，降低了未反应油泥中的水分对隐燃反应的干扰，实现一次引燃后无需再添加引燃剂及能量的自我维持的无焰隐燃处理，大大提高了燃烧修复效率；

4)采用模块化处理装置，便于移动，可根据场地情况、油泥体量灵活组装，处理后装置便于回收，节省装置成本。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明中反应系统的结构示意图；

图中标记说明：

1—反应器壳体、101—引燃启动区、102—反应区、103—覆盖区、2—沙土层、3—引燃剂层、4—空气扩散板、5—加热棒、6—热电偶、7—空气压缩机、8—空气输送管道、9—加热器、10—尾气抽提罩、11—气液分离器、12—排风机、13—尾气处理器、14—气体分析仪、15—数据采集器、16—导流孔、17—空气流量调节阀。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例：

如图1所示的一种异位油泥无焰隐燃处理装置包括反应系统、与反应系统的内部相连通的空气注入系统、与反应系统的顶部相适配的尾气处理系统以及分别与反应系统、空气注入系统、尾气处理系统电连接的监控调节系统。

如图2所示，反应系统包括顶部开口的反应器壳体1以及设置在反应器壳体1内的温度监测机构，反应器壳体1内由下而上依次设有引燃启动区101、反应区102及覆盖区103，温度监测机构设置在反应区102内。引燃启动区101内一下一上分别设有沙土层2及引燃剂层3，沙土层2内埋设有与空气注入系统相连通的空气扩散板4及加热棒5，并且加热棒5位于空气扩散板4的上方。温度监测机构包括多个由下而上依次设置在反应区102内的热电偶6，热电偶6与监控调节系统电连接。油泥呈多孔状堆设在反应区102内，热电偶6埋设在油泥内。

空气注入系统包括空气压缩机7以及设置在空气压缩机7上的空气输送管道8，空气压缩机7通过空气输送管道8与引燃启动区101相连通。空气输送管道8上设有加热器9及空气流量调节阀17，监控调节系统分别与加热器9、空气流量调节阀17电连接。

尾气处理系统包括依次相连通的尾气抽提罩10、气液分离器11、排风机12及尾气处理器13，尾气抽提罩10设置在反应器壳体1的上方。

监控调节系统包括设置在尾气抽提罩10与气液分离器11之间的气体分析仪14、与气体分析仪14电连接的数据采集器15以及控制器。

基于本装置的异位油泥无焰隐燃处理方法包括以下步骤：

1)先将干净的沙土置于空气扩散板4上，之后注入引燃剂，再将待处理油泥置于反应区102内引燃剂上层，并进行蜂窝状导流通道钻孔，在油泥中钻出导流孔16，空气注入系统将空气通入至引燃启动区101内，利用引燃剂对油泥进行引燃；

2)监控调节系统根据温度监测机构测得的温度数据，通过空气注入系统调节引燃启动区101内的空气通入量，反应后的尾气由尾气处理系统收集处理后排放。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种异位油泥无焰隐燃处理装置，其特征在于，该装置包括反应系统、与反应系统的内部相连通的空气注入系统、与反应系统的顶部相适配的尾气处理系统以及分别与反应系统、空气注入系统、尾气处理系统电连接的监控调节系统。

2.根据权利要求1所述的一种异位油泥无焰隐燃处理装置，其特征在于，所述的反应系统包括顶部开口的反应器壳体(1)以及设置在反应器壳体(1)内的温度监测机构，所述的反应器壳体(1)内由下而上依次设有引燃启动区(101)、反应区(102)及覆盖区(103)，所述的温度监测机构设置在反应区(102)内。

3.根据权利要求2所述的一种异位油泥无焰隐燃处理装置，其特征在于，所述的引燃启动区(101)内一下一上分别设有沙土层(2)及引燃剂层(3)，所述的沙土层(2)内埋设有与空气注入系统相连通的空气扩散板(4)及加热棒(5)，并且所述的加热棒(5)位于空气扩散板(4)的上方。

4.根据权利要求2所述的一种异位油泥无焰隐燃处理装置，其特征在于，所述的温度监测机构包括多个由下而上依次设置在反应区(102)内的热电偶(6)，所述的热电偶(6)与监控调节系统电连接。

5.根据权利要求4所述的一种异位油泥无焰隐燃处理装置，其特征在于，所述的油泥呈多孔状堆设在反应区(102)内，所述的热电偶(6)埋设在油泥内。

6.根据权利要求2所述的一种异位油泥无焰隐燃处理装置，其特征在于，所述的空气注入系统包括空气压缩机(7)以及设置在空气压缩机(7)上的空气输送管道(8)，所述的空气压缩机(7)通过空气输送管道(8)与引燃启动区(101)相连通。

7.根据权利要求6所述的一种异位油泥无焰隐燃处理装置，其特征在于，所述的空气输送管道(8)上设有加热器(9)及空气流量调节阀(17)，所述的监控调节系统分别与加热器(9)、空气流量调节阀(17)电连接。

8.根据权利要求2所述的一种异位油泥无焰隐燃处理装置，其特征在于，所述的尾气处理系统包括依次相连通的尾气抽提罩(10)、气液分离器(11)、排风机(12)及尾气处理器(13)，所述的尾气抽提罩(10)设置在反应器壳体(1)的上方。

9.根据权利要求8所述的一种异位油泥无焰隐燃处理装置，其特征在于，所述的监控调节系统包括设置在尾气抽提罩(10)与气液分离器(11)之间的气体分析仪(14)、与气体分析仪(14)电连接的数据采集器(15)以及控制器。

10.一种基于如权利要求2至9任一项所述的装置的异位油泥无焰隐燃处理方法，该方法包括以下步骤：

1)将油泥置于反应区(102)内，空气注入系统将空气通入至引燃启动区(101)内，利用引燃剂对油泥进行引燃；

2)监控调节系统根据温度监测机构测得的温度数据，通过空气注入系统调节引燃启动区(101)内的空气通入量，反应后的尾气由尾气处理系统收集处理后排放。