CN109943357A - 一种含油废弃物多级裂解处理方法与设备 - Google Patents

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卢国满
唐培荣
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Abstract

一种含油废弃物多级裂解处理方法,含油废弃物区分为固态和液态,固态的经过干化,在一级固态裂解炉内裂解,裂解气和液态的一起进入二级气液裂解炉裂解,裂解气再进入三级气态裂解器,产生的石油气供给燃气发电机组。本方法,利用生成的石油气以及余热,可实现热电联产资源化利用,满足分散式系统用电需求。此外还提供了一种专用的一级固态滚筒抽提裂解炉,包括由电机带动转动的滚筒,螺旋叶片固定在滚筒内壁,叶片轴心位置有穿孔,裂解气抽提管道沿轴线穿过所述的穿孔,连接至抽气装置,滚筒底部安装有红外辐射燃烧器,滚筒的两端分别设置进料口和灰渣出口。该设备结构紧凑,推进的叶片结构简单,使用方便,故障率低,适用于各类固态含油废弃物。

Description

一种含油废弃物多级裂解处理方法与设备
技术领域
本发明涉及含油废弃物热处理领域,具体涉及一种含油废弃物多级裂解处理方法与设备。
背景技术
在石油勘探开发和石油化工行业生产过程中产生各类含油废弃物,如油泥、油砂;由于具有产生量大、含油量高、重质油组分难分离、处理难度大等特点,是目前有机废弃物处理中一个比较大的难题。
由于历史原因,多年来这些含油废弃物均采用不规范的废弃填埋,或简易提炼废油后就随意丢弃,存在着较大的环境污染隐患。近年来,随着国家环境治理力度加大,对正在产生的和已有存量的各类含油废弃物要求因地制宜、综合污染治理,因此就出现国内外各类技术在中国争先恐后应用的繁荣局面。其中,采用热相分离技术发展得最为迅猛,即采用间接加热方式,对含油废弃物进行加热,将其中的油、水等成分进行汽化,通过一定冷凝设施分离回收油作为燃料利用,产生的不凝气作为燃料燃烧供热;此类油泥热解技术已被列为国家重点环境保护实用技术。
众所周知,含油废弃物一般有“液态”和“固态”之分,“液态”属于流动性比较强,如清罐油泥、浮选油泥、废弃润滑油和机油等,正常可以采用螺杆泵或离心泵输送,含水率约~80%,含油率约3~100%;而“固态”属于散堆、不易流动的,如落地油泥、油砂、含油污水处理过程脱水后油泥等,含水率约10~60%,含油率约1~25%。若水分较高,热相分离所需的外界能耗补给就越多,为了节省能耗,热相温度常规控制在200~600℃之间;而热能是守恒的,若不能有效利用含油废弃物产生的热能,那么就要利用更多的清洁能源,如电、柴油、天燃气等,势必造成处理成本居高不下。而现有公开的已有技术中,只利用了其汽化冷凝后不凝气回烧的热能,其裂解后含碳残渣和冷凝废油潜在化学能均没有就地二次利用到系统中;其次,考虑环境承载力影响,大量含油废弃物堆存位置一般远离城镇区,若要进行就地处置,通常存在供电不配套等不利条件,而异地转移则不仅需要高额的运输成本,而且会产生异味、散落、滴漏等二次污染;第三,在一套系统中将“液态”和“固态”含油废弃物耦合裂解制取石油气利用的技术还未见有报道。
同时,现有已公开的裂解炉多使用在“固态”含油废弃物处理上,其结构及使用上还是存在诸多缺陷,如:
中国专利 CN 108793663 A 《一种油泥裂解防粘壁装置》,通过在反应釜内设置有多个滚动碰撞钢球,来清除油泥裂解过程中粘在反应釜内壁上的炭渣,这种采用机械摩擦作用,会增加反应釜内壁磨损,且结构复杂,会导致运行维护频繁、处理成本增加。
中国专利 CN 108456539 A 《含烃有机物热分解处理方法》,将含烃有机物与防结焦剂充分混合通过进料系统进入密封的热解炉中,投加比例最高达到10%,从而防止尾渣结焦;这不仅增加了药剂投入和单位处理成本,还有可能带来药剂的二次环境污染。
中国专利 CN 207552148 U 《一种组合式往复油泥裂解炉》,包括组合式箱体及其体外设置有加热炉,且箱体一端设置有液体进料口和固体进料口;箱体内设置有往复式物料传送装置、底部设置有滑动滚轴等,该类裂解炉整体置于炉内烘烤,对机械结构强度要求很高、耐温性更强,不利于长期稳定运行。
发明内容
本发明技术拟在解决以上含油废弃物热相分离技术问题,创新性采用“固、液、气”耦合联用多级裂解制取石油气技术,设计热相温度分阶梯达到600~1000℃,将“液态”和“固体”含油废弃物通过不同裂解气化途径,最终将其含油有机成分尽可能转化成石油气;该石油气可就地回烧给系统供热或供给燃气发电机发电来驱动系统电机。
一种含油废弃物多级裂解处理方法,含油废弃物区分为可能存在的固态和可能存在的液态,可能存在的固态的含油废弃物经过干化,在一级固态裂解炉内裂解,裂解气和可能存在的液态的含油废弃物一起进入二级气液裂解炉裂解,裂解气再进入三级气态裂解器,产生的石油气供给燃气发电机组。
当只有固态的含油废弃物或者只有液态的含油废弃物时也同样可以使用上述方法,只是根据可能存在的含油废气物种类情况灵活调整。
优选的,所述的二级气液裂解炉内装载催化填料,填料粒径5mm~50mm,催化填料负载催化剂。
优选的,所述的三级气态裂解器产生的石油气,通过除酸、脱硫、除尘和冷却后,储存于石油气暂存设施。
优选的,所述的一级固态裂解炉,存在可以转动的滚筒,螺旋叶片固定在滚筒内壁,滚筒沿轴线连接有裂解气抽提管道,抽气装置通过抽提管道产生负压真空环境,滚筒外采用红外辐射燃烧器加热,固态裂解温度为600~800℃。
石油气首先供给一级固态裂解炉的红外辐射燃烧器和二级气液裂解炉的辅助燃烧器当燃料气使用,富余的石油气进入燃气发电机组进行发电,产生的电力可以并网或供给自身系统使用。
所述的石油气冷却净化过程,产生的余热给干化系统利用。
一级固态裂解炉为间接加热或直接加热裂解炉中一种,优选为间接加热,即含油废弃物与热源介质是不直接接触的;一级固态裂解炉裂解温度控制在600~800℃;一级固态裂解炉内裂解气抽提管道经抽提后,须维持负压范围-100Kpa~-0.1Kpa。
一级固态裂解炉产生的初级裂解气(温度约600~800℃),在二级气液裂解炉底部耐火保温腔体内进行裂解,裂解的过程优选的是缺氧催化氧化;底部耐火保温腔体内填充有催化填料,成分为钙钛矿纳米复合氧化物催化块或者其它的催化剂,透气孔径为100~500目;底部耐火保温腔体内最底层还设置有均匀布气管,该布气管连通空气或氧气供给系统,优选纯氧作为氧化剂;所谓缺氧,就是氧化剂O2供给量设计只占初级裂解气全部氧化燃烧理论所需的O2需要量的10%~50%之间。
二级气液裂解炉中还可以投入“液态”含油废弃物,并填充容积比例约5~30%颗粒型催化填料,填料粒径5mm~50mm,该催化填料是带有一定粒径的天然橄榄石,负载镍金属及其氧化物催化剂。二级气液裂解炉裂解温度控制在600~1000℃;所述的二级气液裂解炉能够将催化填料达到悬浮流化状态,可采用鼓泡流化床、循环流化床中工艺的任一种改造而来的。
三级气态裂解器是一种固定床,外壳带隔热保温层,负载镍金属及其氧化物的白云石颗粒。
本发明还创新性提出了一种滚筒抽提裂解炉,用于“固态”含油废弃物裂解气化,其结构技术原理是:含油废弃物在滚筒内不断受热过程,也是裂解气不断产生的过程,因此通过在滚筒中心位置沿轴线设置裂解气抽提管道,能够快速地将产生的裂解气在第一时间内实现裂解气从含油废弃物表面分离排出,也便于热量集中供应给未被裂解气化的油组分,从而提高裂解气化效率;其次,营造滚筒内部中心位置负压真空环境,有利于裂解气在低于常压沸点下就被热解吸挥发析出,从而为系统裂解节省能耗;第三,采用红外辐射燃烧器,能够将辐射热量作为主要热量快速供应给滚筒内的含油废弃物,不存在导热滞后问题,具有导热快、传热效率高等优势;第四,螺旋叶片固定在滚筒内壁上,由滚筒带动螺旋叶片转动,从而带动含油废弃物沿轴向移动,这样的结构有利于保护滚筒内壁不受磨损,且由于有螺旋叶片的支撑而使滚筒结构强度大大增强;第五,本结构的滚筒内是可以充满整个物料运行,从而保证容积的有效利用,这在已公开的裂解炉设备中是做不到的;第五,每座滚筒抽提裂解炉配置独立裂解气抽提管道,可根据工艺要求,并联或独立配置抽提系统,这样可根据产生的裂解气组分性质,配套相对应的后续处理系统,设计比较灵活。
具体的,一种专用的一级固态裂解炉,用于含油废弃物多级裂解处理方法,是滚筒抽提裂解炉,包括由电机带动转动的滚筒,螺旋叶片固定在滚筒内壁,叶片轴心位置有穿孔,裂解气抽提管道沿轴线穿过所述的穿孔,连接至抽气装置,滚筒底部安装有红外辐射燃烧器,滚筒的两端分别设置进料口和灰渣出口。
所述的滚筒外壳外有隔热保温层,隔热保温层和滚筒外壳之间有腔体,腔体的顶部有烟气排出口。
所述的腔体内有阻挡装置。用于延长烟气与内壁接触热交换的时间。
一级固态裂解炉具有多个滚筒,底部有一组红外辐射燃烧器,滚筒叠合串联使用,干化使用上端的滚筒进行。
有益效果:
本发明的处理方法与公知技术相比
1.使含油废弃物的含碳有机成分得到更充分裂解气化,使裂解后的灰渣热灼减率不超过5%。
2.能够处理含水率高达40~80%的含油废弃物,而处理成本能降低20%以上。
3.利用生成的石油气以及余热,可实现热电联产资源化利用,满足分散式系统用电需求。
本发明的固态裂解炉与公知技术相比
1.采用红外辐射燃烧器,属于低氮、环保型燃烧器,燃烧热利用效率90%以上,且辐射热量占到总发热量50%以上;给红外辐射燃烧器供应的燃料气不局限于本系统产生的石油气,还包括天然气、煤气、罐装液化石油气等。
2.滚筒中心位置设置真空抽提过滤管道,确保裂解气不泄露,抽提的裂解气粉尘浓度小于20mg/m3
3.滚筒热相裂解温度可有效控制在600~800℃,因此裂解效率至少可提高1倍以上且确保灰渣热灼减率不超过5%。
4.将螺旋叶片固定在滚筒内部进行驱动,裂解气由滚筒内壁向中心抽提管道单向流动,与物料受热温度由高到低流向一致,避免了传统裂解设备内壁结焦的可能,且无需添加防结焦药剂。
5.本滚筒抽提裂解炉结构还可扩展到任何含烃类有机废弃物和土壤热解、裂解应用上。
附图及附图说明
图1处理方法的流程图
图2一级固态裂解炉的示意图
图3滚筒布置方式示意图
图4处理方法的设备连接图
其中,1是进料口,2是灰渣出口,3是滚筒,4是螺旋叶片,5是抽提管道,6是红外辐射燃烧器,7是电机,8是烟气排出口,9是连接至抽气装置,10是滚筒托轮,11是隔热保温层,12是一级固态裂解炉,13是三级气体裂解器,14是抽气装置,15是液态含油污染物进料口,16是石油气冷却过滤净化装置,17是活性炭过滤层,18是隔热保温层,19是布气板,20是裂解气出口,21是冷却水和碱液投加口,22石油气采样和燃烧口,23是排液口,24是辅助加热器,25是催化填料,26是二级气液裂解炉,27是暂存设施。
具体实施方式
实施例1
“固态”含油废弃物经破碎后进入干化系统,干化系统采用≤60℃低温真空烘干,在干化过程中,含油废弃物会自动粘结成不同规则形状的颗粒料,干化后优选含油废弃物含水率≤20%。颗粒料可以依靠重力、或斗式提升、或螺旋输送机,投入到一级固态裂解炉12进料口1;一级固态裂解炉12裂解温度控制在600~800℃;一级固态裂解炉12产生的裂解气被抽提进入二级气液裂解炉26内,经过缺氧催化氧化后,与泵喷入炉内的“液态”含油废弃物混合在一起,由炉内中部流化状态的催化填料再次被裂解气化;优选的系统可配置辅助加热器24,是为了维持工艺所需的流化裂解温度达到600~1000℃。二级气液裂解炉26出来的裂解气经过活性炭过滤层17后,进入三级气态裂解器13,利用裂解气中组分物理热和化学能将裂解气中焦油再次发生催化裂解和重整干化气。经三级气态裂解器13反应后的裂解气,在通过一系列除酸、脱硫、除尘和冷却后,得到的石油气进入暂存设施27。获得石油气首先供应给一级固态裂解炉12的红外辐射燃烧器6和二级气液裂解炉的辅助加热器24当燃料气使用;富余的石油气进入燃气发电机组进行发电,产生的电力可以并网或供给自身系统使用;所述的裂解气冷却净化过程,产生的余热给≤60℃干化系统利用;所述的燃气发电机组会产生500℃左右烟气余热,可进一步配套导热油或蒸汽锅炉,产生余热给≤60℃干化系统利用。
实施例2
一种一级固态裂解炉12,具体是滚筒抽提裂解炉,它由滚筒螺旋叶片4、裂解气抽提管道5、外红辐射燃烧器6、减速机和电机驱动机构7、滚筒托轮10、隔热保温11及烟气排气管8组成。滚筒3外壳与隔热保温层11之间有10~500mm腔体,该腔体是便于红外辐射燃烧器6烟气流通并将热传导给滚筒3;滚筒3外壳根据需要,可设置一些阻挡装置,对过流烟气起到阻尼作用。滚筒螺旋叶片4是连接在滚筒3内壁上,每个叶片轴心位置上留有60~210mm穿空孔径,便于裂解气抽提管道5无障碍通过;滚筒上螺旋叶片4之间的螺距可以是等距的,优选是由进料端开始沿轴线方向逐渐变小。每座滚筒3是靠前、后滚筒托轮10组件支撑,并由变频矢量电机7和减速机驱动机构带动运动;该驱动机构可以满足滚筒3的顺时针或逆时针转动。裂解气抽提管道5是固定在支架左右两端的,管道5外径可选取50~200mm;抽提管道5壁上开一定尺寸的长条孔,并用10~200目不锈钢滤网进行内外包裹;裂解气抽提出口9可以设置灰渣出口2端或进料口1端,优选是在进料口1端抽提。滚筒3的两端分别设置进料口1和灰渣出口2,且须保持一定气密性,防止产生裂解气泄露。底层滚筒3底部由若干个、若干排红外辐射燃烧器6沿着轴线紧密排列组成。隔热保温层11顶部分别与不同位置的烟气支管相连,最终汇聚到主管后于烟气排出口8排放。
含油废弃物颗粒物落入滚筒抽提裂解炉内后,被滚筒螺旋叶片4驱动下,不断沿着轴线向前推进,推进速度0.001~0.1m/min;在此过程中,含油废弃物颗粒物受滚筒外红外辐射燃烧器辐6射热、传导热双重作用下,颗粒料温度不断上升到600~800℃之间,同时产生的裂解气由中间带孔的裂解气抽提管道5输送出去;裂解气抽提管道5是与高温爪式真空泵或罗茨真空风机中任一种进气口连接,滚筒3是由驱动齿轮被减速机和变频矢量电机7带动。
多个滚筒3之间可以有多种布置方式,具体应根据工程规模大小和混合物料性质而定;若物料含水率高,则可采用B、C两种形式,上层滚筒可作为含油废弃物干化功能,利用红外辐射燃烧器6燃烧烟气余热给干化提供热源,在结构上上层滚筒3灰渣出口2对接下层滚筒进料口1;若物料颗粒化成型好,且含水率满足设计要求,可按A方式布置滚筒排列。
实施例3
一级固态裂解炉12是由隔热保温层11、内胆、红外辐射燃烧器6、抽提管道5组成,隔热保温层11内嵌可移动内胆Φ300mm×600mm,内胆有设置灰渣出口2并可高温密封,内胆轴线中心位置设有抽提管5 Φ50mm×820mm,抽提管5伸入内胆部分均布间隔50mm开孔Φ8mm并外部包裹40目不锈钢滤网,运行过程中内胆可带动抽提管5进行正反转;红外燃烧器6被隔热保温层11包裹并放置在内胆的底部,正常燃烧消耗石油液化气0.1~0.3kg/h。
抽提管5是与高温抽提泵的进风口连接的并设置纯氧吸气风阀,而高温抽提泵出风口是与二级气液裂解炉26底部进风口连接;高温抽提泵出风口一段管路上设置辅助加热器24,是为了给裂解气加温用,辅助加热器24内管路上有Φ80*150mm内腔筒体内填充颗粒型催化填料25。
二级气液裂解炉26是由隔热保温层18、布气板19、液态含油污染物进料口15 、活性炭过滤层17、三级气态裂解器13、裂解气出口20组成,二级气液裂解炉26内腔底部设置布气室,布气室上部有带孔的布气板19;二级气液裂解炉26内腔上部由下至上分别为活性炭过滤层17、三级气态裂解器13、集气室;二级气液裂解炉26内腔中部为流化填料反应区,运行时流化填料填充20%体积;含油液态料进料口15设置在流化填料反应区中部位置;二级气液裂解炉26有裂解气出口20。
二级气液裂解炉26裂解气出口20进入石油气冷却过滤净化装置16,它是由密闭筒体、裂解气进气管、冷却水和碱液投加口21、石油气采样和燃烧口22、排液口23组成;排液口23设置在密闭筒体距顶部150mm位置,并在密闭筒体内注入漫过排液口23液位的冷却碱液,冷却碱液pH≥11.0;裂解气进气管底部距密闭筒体底100mm,冷却水和碱液投加口21管底部距密闭筒体底50mm;在密闭筒体顶部开石油气采样和燃烧口22,用于石油气收集和检测,同时产生的石油气可进行点燃燃烧。
操作程序步骤:
1.准备阶段:在一级固态裂解炉内胆里装满“固态”含油废弃物颗粒料(由80#重油与土壤拌合后混合物,按重量比10%添加80#重油,土壤含水率18.2%);在二级气液裂解炉内中部填充20%容积的负载镍金属橄榄石的流化填料,并将收集的“液态”含油污染物注入二级气液裂解炉;在简易冷却净化器内注入冷却碱液。
2.开启高温抽提泵,通过调节阀门,维持泵进气管负压在-20Kpa;接着开启夹套电加热器,通过检测二级气液裂解炉布气室温度(维持在800℃),来反馈调节电加热器调功功率;之后,开启液化石油气钢瓶与红外辐射燃烧器自动点火燃烧,依据检测高温抽提泵进气管温度(维持在700℃)来调节燃烧器大小火。
3.采用若干个10L采样袋对石油气采样口进行收集石油气。
4.根据工艺设计需要,可以缓慢正反旋转内胆。
5.当二级气液态裂解炉集气室温度达到950℃,往含油液态料进口定量投入“液态”含油废弃物(来源于某厂机床维修换下的废弃机油)。
6.根据检测排液口温度和pH值,实时补充冷却水和碱液。
7.每隔10min,做好以下主要参数记录:液化石油气钢瓶重量、高温抽提泵进气管温度和负压、二级气液裂解炉布气室温度、二级气液裂解炉集气室温度、排液口pH值和温度、采样袋累积容积。
试验分析:
进料:80#重油与土壤混合物2公斤、废弃机油0.1公斤
产出情况:灰渣1.3公斤,石油气约110L
成分检测:灰渣热灼减率<0.1%
石油气热值:125Kj/L。

Claims (10)

1.一种含油废弃物多级裂解处理方法,其特征在于,含油废弃物区分为可能存在的固态和可能存在的液态,可能存在的固态的含油废弃物经过干化,在一级固态裂解炉内裂解,裂解气和可能存在的液态的含油废弃物一起进入二级气液裂解炉裂解,裂解气再进入三级气态裂解器,产生的石油气供给燃气发电机组。
2.根据权利要求1所述的含油废弃物多级裂解处理方法,其特征在于,所述的二级气液裂解炉内装载催化填料,填料粒径5mm~50mm,催化填料负载催化剂。
3.根据权利要求1所述的含油废弃物多级裂解处理方法,其特征在于,所述的三级气态裂解器产生的石油气,通过除酸、脱硫、除尘和冷却后,储存于石油气暂存设施。
4.根据权利要求1所述的含油废弃物多级裂解处理方法,其特征在于,所述的一级固态裂解炉,存在可以转动的滚筒,螺旋叶片固定在滚筒内壁,滚筒沿轴线连接有裂解气抽提管道,抽气装置通过抽提管道产生负压真空环境,滚筒外采用红外辐射燃烧器加热,固态裂解温度为600~800℃。
5.根据权利要求1所述的含油废弃物多级裂解处理方法,其特征在于,石油气首先供给一级固态裂解炉的红外辐射燃烧器和二级气液裂解炉的辅助燃烧器当燃料气使用,富余的石油气进入燃气发电机组进行发电,产生的电力可以并网或供给自身系统使用。
6.根据权利要求1或5所述的含油废弃物多级裂解处理方法,其特征在于,所述的石油气冷却净化过程,产生的余热给干化系统利用。
7.一种专用的一级固态裂解炉,用于权利要求1~5所述的含油废弃物多级裂解处理方法,是滚筒抽提裂解炉,其特征在于,包括由电机带动转动的滚筒,螺旋叶片固定在滚筒内壁,叶片轴心位置有穿孔,裂解气抽提管道沿轴线穿过所述的穿孔,连接至抽气装置,滚筒底部安装有红外辐射燃烧器,滚筒的两端分别设置进料口和灰渣出口。
8.根据权利要求7所述的专用一级固态裂解炉,其特征在于,所述的滚筒外壳外有隔热保温层,隔热保温层和滚筒外壳之间有腔体,腔体的顶部有烟气排出口。
9.根据权利要求7所述的专用一级固态裂解炉,其特征在于,所述的腔体内有阻挡装置。
10.根据权利要求1所述的含油废弃物多级裂解处理方法,其特征在于,一级固态裂解炉具有多个滚筒,底部有一组红外辐射燃烧器,滚筒叠合串联使用,干化使用上端的滚筒进行。
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