CN109538139A - 一种油基钻屑的热脱附处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种油基钻屑的热脱附处理方法。该热脱附处理方法包括：将物料进行热脱附处理；其中，热脱附采用电磁加热，物料采用双螺旋方式进行进料和传送；物料经热脱附处理后，高温残渣冷却后排出，其中，不凝气经过催化氧化处理，达标后直接排放；冷凝液回收分离矿物油，完成对油基钻屑的热脱附处理。本发明的处理方法适用于无明火的、明火受限和无燃料供应的场所。
Description
技术领域
本发明涉及一种油基钻屑的脱附处理方法，尤其涉及一种无明火的油基钻屑的热脱附处理方法，属于石油化工含有固体废料资源化处理方法。
背景技术
随着页岩气等非常规油气开发规模逐渐扩大，开采过程产生的油基钻井废弃物处理处置也逐渐受到重视。由于油基钻屑含有页岩碎屑和大量矿物油、乳化剂等化学药剂，成分复杂，属于危险废物，处理难度较大。目前，油基泥浆主要处理技术有：甩干-离心分离技术、常温化学脱附技术、微生物处理技术和热脱附技术。其中，热脱附处理技术具有处理周期短、除油效率高等突出优点，在国内外受到高度重视，被普遍认为是油基钻屑重要工艺之一。
热脱附处理技术主要是在绝氧条件下，在热脱附炉中对物料加热，使其达到物料中挥发性物质的沸点，从而使其从物料中蒸发脱除的过程。目前，广泛采用的热脱附装置大多配套燃气、燃料油或生物质燃烧器，通过燃料燃烧提供热能，现场需要配套敷设燃气、燃油管线或定期运输固体燃料，对建设场地燃料供应条件和交通条件要求较高。由于部分油气田井场或海上钻井平台均属于防火高度敏感区，杜绝任何明火作业装置登台工作，而且多数油气田均地处偏远地区，交通不便利，燃料供应设施不完善，因此，依靠常规燃料供热的热脱附工艺无法进入井场或钻井平台开展工作。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种无明火的可以在明火受限和无燃料供应的场所中适用的油基钻屑的处理方法。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种油基钻屑的热脱附处理方法，该热脱附处理方法包括以下步骤：
对物料进行热脱附处理；其中，热脱附处理采用电磁加热方式进行加热，物料采用双螺旋方式进行进料和传送；
物料经热脱附处理后，高温残渣冷却后排出，其中，不凝气经过催化氧化处理，达标后直接排放；冷凝液回收分离矿物油，完成对油基钻屑的热脱附处理。
本发明的油基钻屑的热脱附处理方法，采用电磁加热，尾气处理单元采用催化氧化处理，全流程中无明火，适于在安全等级要求较高和燃料供应条件不具备的油田或海上钻井平台中应用，满足特殊场合的建设需求。
本发明的油基钻屑的热脱附处理方法，电磁加热采用三段式进行，可实现对热脱附炉主体不同段位温度精准控制，对物料进行梯度加热，在不同位置实现对物料中水分和不同沸点的挥发性烃类的脱附，热能利用率高。
本发明的油基钻屑的热脱附处理方法，采用电磁加热，通过电磁场产生的电磁涡流，使得炉壁和推料螺旋均为有效发热体，共同对物料进行加热，物料受热更加均匀，系统传热效率高，由于加热面积大，相同换热面积的情况下，热脱附炉结构更加紧凑，适于建成撬装移动式装备。
本发明的油基钻屑的热脱附处理方法，物料采用双螺旋方式进行进料和传送，双螺旋结构具有自清洁功能，可有效避免单轴螺旋推进高含液物料时出现的抱轴和粘壁现象，对物料含液率适应性更加宽泛，对炉内结焦也有一定地抑制作用。
本发明的油基钻屑的热脱附处理方法，对排出的污水进行除油处理后，通过降低水温，重新回用于外排残渣的冷却，并为热脱附气冷却喷淋塔供水，减少新鲜水的消耗，无需配套循环冷却水系统，适应于偏僻缺水的建设环境。
附图说明
图1为本发明的一具体实施方式的油基钻屑的热脱附处理装置的结构示意图。
图2为本发明的一具体实施方式的油基钻屑的热脱附处理装置的截面结构示意图。
图3为本发明的另一具体实施方式的油基钻屑的热脱附处理方法的工艺流程图。
主要附图符号说明：
1进料口 2电磁线圈 3给料室 4双螺旋进料设备 5第一热电偶 6第二热电偶 7第三热电偶 8第四热电偶 9第五热电偶 10第六热电偶 11星型卸料阀 12热脱附气冷凝器13气动双闸板阀门 14螺旋传动轴 15双螺旋推进器
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
热电偶，是温度测量仪表中常用的测温元件，它直接测量温度，并把温度信号转换成热电动势信号，通过电气仪表(二次仪表)转换成被测介质的温度。
电磁线圈，是将通电导线缠绕导体，周围形成变频磁场，并绕成螺旋形加强磁场，即用最小的空间来实现最高的磁场强度。
如图1所示，在本发明的一具体实施方式中提供了一种油基钻屑的热脱附处理装置，该热脱附处理装置可以包括：
进料设备、热脱附炉主体、出料设备；
其中，进料设备与热脱附炉主体连通，热脱附炉主体与出料设备连通；
进料设备包括进料口1、给料室3；给料室3的底部设置有双螺旋进料设备4；
热脱附主体包括固定炉罐和传输机构，固定炉罐外部缠绕电磁线圈2。
具体地，油基钻屑经过传送机进入到进料设备的进料口1中。如图1所示，进料口1的下部设置有阀门，用于控制整个体系的密闭性。进一步地，阀门采用本领域常规的阀门即可，比如可以采用气动双闸板阀门13。通过气动双闸板阀门13控制油基钻屑进入到给料室3。如图1所示，给料室3的底部设置进料设备，采用的进料设备可以为双螺旋进料设备4，双螺旋进料设备4采用变频控制，确保进料顺畅的同时，保证体系的密闭性。其中，变频控制可以通过变频电机实现。需要说明的是，双螺旋进料设备即为具有双螺旋结构的进料设备。
物料通过双螺旋进料设备4进入到热脱附炉主体，热脱附主体包括固定炉罐和传输机构。具体地，传输机构可以为双螺旋推进器15，如图1和图2所示。该双螺旋推进器15由螺旋传动轴14带动，推进物料翻转移动如图2所示，双螺旋推进器15具有双螺旋结构，即两套螺旋刮板相互咬合交错排列，同步实现物料翻炒和推进作用；而且两个螺旋圆心距离为4/3-5/3倍半径(是两个螺旋各自形成的圆形的半径)，互相咬合刮除推进器上粘附的物料，对于处理高粘度物料具有自清洁功能。采用双螺旋结构的推进式传输板，可有效避免单轴螺旋推进高含液物料时出现的抱轴和粘壁现象，使物料含液率适应性更加宽泛，对炉内结焦也有一定地抑制作用。此外，双螺旋推进器15的内部缠绕有电磁线圈2，使得双螺旋推进器15可以向物料辐射热量，增大换热面积，提高热效率。通过调节物料的推进速率为0.1m/min-0.8m/min，可以实现物料在炉内停留时间的控制，确保出料的处理效果。
如图1所示，固定炉罐外部均缠绕电磁线圈2。通电后，高频电流流过线圈会产生高速变化的交变磁场，会在金属炉壁内产生交变的涡流，涡流使容器底部的铁原子高速且无规则地运动，原子互相碰撞、摩擦而产生热能，从而起到加热物料的效果。电磁加热通过控制线圈缠绕圈数及缠绕方式，可实现对热脱附炉主体不同段位的温度进行精准控制，对物料进行梯度加热，在不同位置实现对物料中水分和不同沸点的挥发性烃类物质的脱附，热能利用率较高。
进一步地，热脱附炉主体分为三段式结构，如图1所示，由轴线AA和轴线BB将热脱附炉主体分为低温预热段、中温干燥段和高温脱附段。热脱附炉主体采用梯度加热方式，每段独立控制温度。为了实现精确、独立控制温度，可以在固定炉罐和双螺旋推进器15的低温预热段、中温干燥段和高温脱附段中分别设置热电偶，比如图1中的第一热电偶5、第二热电偶6、第三热电偶7、第四热电偶8、第五热电偶9、第六热电偶10。不同控温段长度与双螺旋推进器15推送物料速度匹配，各控温段温度区设置相应温度，实现物料在各温度段脱除不同污染物的目的。
经热脱附炉主体处理的物料，进入出料设备，出料设备的顶部连接热脱附气冷凝器12，用于冷凝分离热脱附处理产生的油气分离为不凝气和冷凝液。其中，采用的冷凝器可以为直接喷淋式换热器。经冷凝后出口温度为75℃-95℃，该温度的控制可最大程度实现油气的冷凝，并确保冷凝液的水质满足后续处理要求冷凝液。分离出的冷凝液采用高效碟片式离心机进行分离，离心机的转数为5000-12000rpm，处理时间为5-20min，在该条件下可实现油与水的高效分离。出料设备的底部设有卸料阀，比如可以为星型卸料阀11，用于控制热脱附处理的残渣的排放。
本具体实施方式中的油基钻屑的脱附处理装置，采用电磁加热，无明火，安全性较高，适于在安全等级要求较高和燃料供应条件不具备的油田或海上钻井平台中应用。
在本发明的另一具体实施方式中，提供了一种油基钻屑的热脱附处理方法，该处理方法包括以下步骤：
对物料进行热脱附处理；其中，热脱附处理采用电磁加热方式进行加热，物料采用双螺旋方式进行进料和传送；
物料经热脱附处理后，高温残渣冷却后排出，其中，不凝气经过催化氧化处理，达标后直接排放；冷凝液回收分离矿物油，完成对油基钻屑的热脱附处理。
在本具体实施方式中，上述油基钻屑的热脱附处理方法可以通过图1所示的热脱附处理装置实现，具体工艺如图3所示，包括以下步骤：
将物料送入热脱附炉主体，进行热脱附处理；
物料经脱附处理后，高温残渣冷却后排出，热脱附油气进入水冷喷淋塔，其中，不凝气经过催化氧化处理，直接排出；冷凝液进入油水分离器，回收分离含油污水，完成对油基钻屑的脱附处理。
本具体实施方式提供的油基钻屑的脱附处理方法，在确保物料处理量和处理效果不低于传统燃料热脱附工艺的前提下，拓展了热脱附工艺的应用领域，填补了该技术在明火应用受限和无燃料供应场所无法应用的技术空白。此外，独特的加热方式，使得热脱附炉内温度精确控制成为可能，同时提高了换热效率，在处理量相同的条件下，热脱附炉尺寸较传统的燃料加热式热脱附炉减小1/4，更加便于运输和在交通不便利的油田中的应用。
具体地，钻屑储池中的油基钻屑通过螺旋上料机进行破碎分拣，筛分提出大件石块等杂物，与来自钻井固控系统的物料一同进入电磁热脱附炉的进料斗，料斗底部设置气动双闸板阀门，严格控制系统密闭性。物料经双闸板阀进入给料室，给料室底部设置双螺旋进料设备，采用变频控制，确保进料顺畅的同时，保证系统密闭性。物料通过双螺旋进料设备进入到热脱附炉主体。
进行热脱附处理时，物料的推进速率为0.1m/min-0.8m/min。采用梯度加热，每段独立控制温度，如图1所示，热脱附炉主体包括低温预热段、中温干燥段和高温热脱附段。其中，低温预热段的加热温度为80℃-150℃，中温干燥段的加热温度为150℃-250℃，高温热脱附段的加热温度为250℃-500℃。
物料处理完毕后经冷却螺旋排出设备，水平螺旋设置冷却夹套，对出料降温，避免复燃。其中，高温残渣进入冷却排料螺旋，排出残渣。排出的热脱附油气在尾端风机抽吸作用下进入旋风除尘器，去除尾气裹挟的大粒径粉尘，再进入直接喷淋式换热器冷凝，分离冷凝液和不凝气。油气经冷凝后出口温度应为75℃-95℃，该温度的控制可最大程度实现油气的冷凝，并确保冷凝液的水质满足后续处理要求。
喷淋塔排出的不凝气从塔顶排出，进入催化氧化单元，该单元采用电加热至250℃-400℃，完成废气的彻底氧化分解后达标排放。
喷淋塔定期排出的冷凝液进入油水分离器静止，冷凝液采用高效碟片式离心机，离心机的转数在5000-12000rpm，处理时间为5-20min，实现油与水的高效分离，分离上层冷凝的石油类，进入污油储罐回收，并排出下层污水进入含油污水处理单元。
含污水处理单元，采用本领域技术人员熟知的污水除油工艺，包括隔油池、气浮装置等设施，控制出水石油类浓度不高于300mg/L，悬浮物浓度不高于200mg/L。污水处理单元分离出的原油进入污油罐回收，除油后的污水进入风冷换热器，风冷换热器可采用管式换热器或板式换热器等间接接触式换热设备。换热后污水温度降低至40℃以下进入脱附装置冷却螺旋对脱附处理后的残渣降温，然后再进入喷淋罐储水槽，为水冷喷淋塔提供喷淋水。污水处理单元排出的污泥送入电磁脱附装置的储料斗，重新进行系统处理。为了避免冷却水中污染物积累，每天外排大约总水量5-10％的污水，进入场区污水处理系统处理后达标排放。
实施例
分别取自国内某油气田三个不同井场产生的油基钻屑作为处理对象，污泥性质见表1，采用油基钻屑的热脱附处理方法进行处理，电磁热脱附炉工作控制参数见表2、不凝气催化氧化装置工作参数见表3、处理后的残渣性质见表4、外排污水性质见表5，热脱附装置尾气处理后符合《大气污染综合排放标准》(GB16297-1996)的二级标准要求。
表1油基钻屑性质
| 物料名称 | 含油率(％) | 含水率(％) | 总含液率(％) | 含固率(％) | |
| 实施例1 | 油基钻屑A | 5 | 15 | 20 | 80 |
| 实施例2 | 油基钻屑B | 10 | 5 | 15 | 85 |
| 实施例3 | 油基钻屑C | 15 | 10 | 25 | 75 |
表2电磁热脱附工艺主要参数
| 反应温度(℃) | 停留时间(min) | 操作压力(Pa) | 氧气浓度(％) | |
| 实施例1 | 320-450 | 20-50 | -50至-200 | ≤5％ |
| 实施例2 | 300-480 | 30-60 | -50至-200 | ≤5％ |
| 实施例3 | 360-500 | 30-60 | -50至-200 | ≤5％ |
表3不凝气催化氧化装置主要工作参数
| 反应温度(℃) | 停留时间(min) | 操作压力(MPa) | |
| 实施例1 | 180-250 | 10-60 | 0.03-0.3 |
| 实施例2 | 200-400 | 10-60 | 0.03-0.3 |
| 实施例3 | 200-450 | 10-60 | 0.03-0.3 |
表4处理后残渣性质检测结果
| 含油率(％) | 含水率(％) | 总含液率(％) | 含固率(％) | |
| 实施例1 | 0.3 | 8 | 8.3 | 91.7 |
| 实施例2 | 0.5 | 5 | 5.5 | 94.5 |
| 实施例3 | 0.8 | 2 | 2.8 | 97.2 |
表5处理后外排污水性质检测结果
| COD(mg/L) | 石油类(mg/L) | SS(mg/L) | |
| 实施例1 | ≤500 | 50-300 | 50-200 |
| 实施例2 | ≤600 | 50-300 | 50-200 |
| 实施例3 | ≤500 | 50-300 | 50-200 |
以上实施例说明，本发明的油基钻屑的热脱附处理方法可以有效地对油基钻屑进行脱除矿物油等挥发性物质处理。
Claims (10)
1.一种油基钻屑的热脱附处理方法，其特征在于，该热脱附处理方法包括以下步骤：
对物料进行热脱附处理；其中，热脱附处理采用电磁加热，物料采用双螺旋方式进行进料和传送；
物料经热脱附处理后，高温残渣冷却后排出，其中，不凝气经过催化氧化处理，达标后直接排放；冷凝液回收分离矿物油，完成对油基钻屑的热脱附处理。
2.根据权利要求1所述的热脱附处理方法，其特征在于，所述物料的推进速率为0.1m/min-0.8m/min。
3.根据权利要求1所述的热脱附处理方法，其特征在于，所述对物料进行热脱附处理时，对物料采用三段式加热方式，分别为低温预热段、中温干燥段和高温热脱附段。
4.根据权利要求3所述的热脱附处理方法，其特征在于，所述低温预热段的加热温度为80℃-150℃。
5.根据权利要求3所述的热脱附处理方法，其特征在于，所述中温干燥段的加热温度为150℃-250℃。
6.根据权利要求3所述的热脱附处理方法，其特征在于，所述高温热脱附段的加热温度为250℃-500℃。
7.根据权利要求1所述的热脱附处理方法，其特征在于，冷凝液回收分离时的离心转数为5000rpm-12000rpm。
8.根据权利要求1所述的热脱附处理方法，其特征在于，冷凝液回收分离时的处理时间为5min-20min。
9.根据权利要求1所述的热脱附处理方法，其特征在于，该脱附处理方法通过油基钻屑的脱附处理装置完成，该脱附处理装置包括：
进料设备、热脱附炉主体、出料设备；
其中，所述进料设备与热脱附炉主体连通，所述热脱附炉主体与所述出料设备连通；
所述进料设备包括进料口、给料室；所述给料室的底部设置有双螺旋进料设备；
所述热脱附炉主体包括固定炉罐和双螺旋推进器，所述固定炉罐外部缠绕电磁线圈，所述双螺旋推进器的内部缠绕有电磁线圈。
10.根据权利要求9所述的热脱附处理方法，其特征在于，所述双螺旋推进器中两个螺旋的圆心距离为4/3-5/3倍半径。
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