CN109628194B - 一种利用含油污泥生产油煤改性燃料的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种含油污泥废热资源的综合利用方法，以含油污泥、无烟煤、活性炭为主要原料，辅以氧化剂、氧化钙、膨胀石墨等添加剂，掺混制备油煤改性燃料。本发明可使改性燃料起燃温度降低到约490℃，发热量仍达到28000kJ/kg，与无烟煤接近。与含油污泥直接燃烧比较，烟气中有害气体排放量也显著减少。本发明为废物资源化利用技术，具有原料易得、生产工艺简单、成本低廉、废气排放少等优点。

Description

一种利用含油污泥生产油煤改性燃料的方法
技术领域
本发明涉及固体废物处理及资源综合利用领域，尤其是涉及一种利用石油开采中重油废泥制备油煤改性燃料的方法。
背景技术
含油污泥是混入了原油、各种成品油和渣油等重质油的污泥，一般产生于石油开采、炼制、储运及含油污水的处置过程，含油污泥成分复杂，除10％～50％重油和水外，还含多种添加剂，如膨润土、烧碱、抗盐提切剂、抗盐抗温降滤失剂、有机盐、抑制润滑剂、加重剂、磺化酚醛树脂等。重质油是含油污泥中难以处理的部分。第二届国际重质原油和沥青砂会议(委内瑞拉，1982)定义重质油为：在原始油层温度下脱气原油粘度为(100～1000)×10Pa.s或者在15.6℃及0.1MPa下密度为934～1000kg/m3的原油。重质油成分复杂，对其按不同的族类进行分类和分离可以得到饱和烃、芳香烃、树脂和沥青质。据统计，现阶段我国的石油化工行业每年约产生300万吨含油污泥，其中，胜利油田、大庆油田和辽河油田每年共产生的含油污泥可达200万吨。
含油污泥是危险废物，若得不到有效处理、处置，大量堆积将给环境、社会和经济发展带来很多现实问题，主要包括：(1)含油污泥中石油类组分的挥发会导致周围区域环境空气中总烃浓度超标；(2)未得到及时处理的含油污泥会污染地表水，甚至会造成地下水污染，使水中的COD和石油类物质严重超标；(3)含油污泥中含有大量烃、酚、蒽和苯环化合物等有毒有害的有机物，某些物质具有致癌、致畸、致突变作用，因此，含油污泥已被列入《国家危险废物名录》。
长期以来，对石油开采废泥的处理处置一直是环保领域的研究热点，大庆油田采用“含油污泥预处理+调质装置+离心机”处理工艺，将其厂区内含油污泥处理后用于铺垫井场(刘宝宇，含油污泥处理技术在大庆油田应用研究.化工设计通讯，2017，43(5)：68-69)。李文岐等对辽河油田含油污泥样品进行脱水萃取工艺研究(李文岐，李艳芳，李丹东，等，含油污泥脱水萃取工艺研究，应用化工，2017，46(7)：1263-1265)，证明萃取油分馏程分布广泛，具备很高的回炼价值。
另外，为了尽可能减小其对环境的危害，充分利用其中的石油资源，近年来，众多学者研究发现煤和石油污泥混合燃烧可以达到废物综合利用这一目的。顾利锋等测定了混合试样的TG曲线和DTG曲线(顾利锋，陈晓平，赵长遂等，城市污泥和煤混燃特性的热重分析法研究，热能动力工程，2003，18(6)：561-563)；聂其红等用TG-DTG法研究了混合试样的燃烧特性参数，发现试样的着火温度从390℃降至280℃，燃尽温度从740℃降至704℃(聂其红，孙绍增，李争起等，褐煤混煤燃烧特性的热重分析法研究.燃烧科学与技术；2001，7(1)：72-76)。
唐子君等研究了混合试样的DTG曲线和DSC曲线，发现当含油污泥的掺比为25％时，混合试样的综合燃烧性能最好(唐子君，岑超平，方平，城市污水污泥与煤混烧的热重试验研究，动力工程学报，2012，32(11)：878-884)。吉树鹏等研究发现，当在煤中掺入40％的含油污泥时，混合试样的挥发分初析温度从410℃降至200℃，着火温度从510℃降至275℃，燃尽温度从900℃降至605℃，燃尽时间从60min降至41min(吉树鹏，衣怀峰，杜文军等，含油污泥-煤混合燃料燃烧特性研究，环境科学与技术，2014，37(6)：55-59)。
然而，煤与含油污泥混合燃烧时，也会带来大量有害气体排放等环境问题。因此，要实现石油开采废泥的有效综合利用，首要任务是减少或消除燃烧过程中有害气体的产生，达到最大程度的清洁燃烧效果。
CN105505509A公开了一种应用含油污泥的复合燃料及其制备方法，采用了辅助燃料煤粉或煤矸石、粘结剂聚丙烯酰胺、固化剂铝酸钙或硅酸钠、煤助燃剂的配合，得到的复合燃料的燃烧热值为4000～5000kCal/kg。该方法并没有对含油污泥进行改性，而是直接混合了助燃成分进行燃烧，且需要做预处理，工艺复杂，成本高。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本申请提供了一种利用含油污泥生产油煤改性燃料的方法。本发明既可实现含油固体废物的大幅减量化处理，也可实现其中石油热值资源的综合利用。
本发明的技术方案如下：
一种利用含油污泥生产油煤改性燃料的方法，具体步骤为：
(1)按质量比称取含油污泥、氧化剂、氧化钙、膨胀石墨＝1∶0.05～0.3∶0.1～0.3∶0.01～0.05，混合均匀，研磨，得物料A；
(2)按重量比称取物料A：无烟煤：粉末活性炭＝30～40∶50∶10～20，混合均匀，研磨成粉，即得油煤改性燃料。
优选的，所述含油污泥的含油量大于20％、含水率小于30％。
优选的，所述氧化剂包括过硫酸钾、过硫酸钠、或过氧化钙。
以上所述的过硫酸钾、过硫酸钠、过氧化钙、氧化钙为工业级化学品，均可由市场购置，膨胀石墨、无烟煤、粉末活性炭均可由市场购置。
本发明有益的技术效果在于：
本发明以含油污泥和无烟煤为主要原料，以过硫酸盐或过氧化钙为氧化剂，活性炭和膨胀石墨为吸附材料，生石灰提供碱性环境。在300℃以下温度，氧化剂可快速将油泥热分解，有害气体迅速被活性炭和膨胀石墨吸附、固定，而氧化钙提供碱性环境，减少和抑制氮氧化物、二氧化硫、氰化氢等酸性气体的排放，有害气体排放量显著低含油污泥直接燃烧。
本发明的油煤改性燃料，起燃温度约为490℃，热值达到28000J/kg，SO2排放量低于20mg/m3，氮氧化物排放量低于30mg/m3，性能稍优于无烟煤。本发明系固体废物资源化利用技术，原料易得、价格低廉，生产工艺简单，可制成型煤替代燃煤，便于推广使用。
具体实施方式
下面结合实施例和应用例，对本发明进行具体描述，本发明不限于以下实施例所列内容。实施例中所用的过硫酸钾、过硫酸钠、过氧化钙、氧化钙为工业级化学品，均可由市场购置；膨胀石墨、无烟煤、粉末活性炭均可由市场购置。
实施例1油煤改性燃料(I)配制
称取25g新疆克拉玛依油田的含油污泥、6g过硫酸钾、6g氧化钙、1g膨胀石墨混合均匀，研磨后，与50g无烟煤、10g粉末活性炭混合均匀，研磨成粉，即得油煤改性燃料(I)。
实施例2油煤改性燃料(II)配制
称取20g新疆克拉玛依油田的含油污泥、5g过氧化钙、3g氧化钙、0.5g膨胀石墨混合均匀，研磨后，与50g无烟煤、20g粉末活性炭混合均匀，研磨成粉，即得油煤改性燃料(II)。
实施例3油煤改性燃料(III)配制
称取20g新疆克拉玛依油田的含油污泥、6g过硫酸钾、6g氧化钙、1g膨胀石墨混合均匀，研磨后，与50g无烟煤、20g粉末活性炭混合均匀，研磨成粉，即得油煤改性燃料(III)。
实施例4油煤改性燃料(Ⅳ)配制
称取25g新疆克拉玛依油田的含油污泥、1.25g过氧化钙、2.5g氧化钙、0.25g膨胀石墨混合均匀，研磨后，与50g无烟煤、10g粉末活性炭混合均匀，研磨成粉，即得油煤改性燃料(Ⅳ)。
应用例1油煤改性燃料(I)使用
取30g油煤改性燃料(I)置于燃烧实验炉中进行加热，当温度升至487℃时，燃料开始冒出火星，燃料逐渐开始燃烧，测量着火温度约490℃，比无烟煤(515℃)低25℃。通过综合烟气分析仪对燃烧废气进行检测，有害气体排放为18.9mg/m3SO2、25.7mg/m3NOx，低于无烟煤燃烧废气排放(155.7mg/m3SO2、35.4mg/m3NOx)，而燃烧废气中CH4、HCN、HF、HCl、NH3等排放浓度也明显低于含油污泥直接燃烧的排放废气。此外，利用量热仪测定油煤改性燃料(I)发热量为约28000kJ/kg，稍高于无烟煤发热量。
应用例2油煤改性燃料(II)使用
取30g油煤改性燃料(II)置于燃烧实验炉中进行加热，测量着火温度约495℃，比无烟煤(515℃)低20℃。通过综合烟气分析仪对燃烧废气进行检测，有害气体排放为45.7mg/m3SO2、24.1mg/m3NOx，低于无烟煤燃烧废气排放(155.7mg/m3SO2、35.4mg/m3NOx)，而燃烧废气中CH4、HCN、HF、HCl、NH3等排放浓度也显著低于含油污泥直接燃烧的排放废气。此外，用量热仪测定油煤改性燃料(II)发热量为约27000kJ/kg，与无烟煤发热量接近。因此，含油污泥和多种添加剂的掺入降低了燃料的着燃点，而发热值几乎不影响，改性燃料的热效率得到较大提高，有害气体排放量也明显减少，作为普通化石燃料使用是可行的。

Claims (2)

1.一种利用含油污泥生产油煤改性燃料的方法，其特征在于具体步骤为：
(1)按质量比称取含油污泥、氧化剂、氧化钙、膨胀石墨＝25：6：6：1，混合均匀，研磨，得物料A；
(2)按重量比称取物料A：无烟煤：粉末活性炭＝38：50：10，混合均匀，研磨成粉，即得油煤改性燃料；
所述含油污泥的含油量大于20％、含水率小于30％；
所述氧化剂为过硫酸钾。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述过硫酸钾为工业级化学品。
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