CN111320996B - 一种含油污泥基活性焦制备联产油气装置及工艺 - Google Patents

一种含油污泥基活性焦制备联产油气装置及工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种含油污泥基活性焦制备联产油气的装置，包括三段炉及与三段炉连接的气固分离器，三段炉的炉膛从上到下依次由呈梯度升温的热解区、炭化活化区和氧化区组成，热解区的底部设置有第一多孔分布板，炭化活化区的底部和侧壁上分别设置有第二多孔分布板和溢流口，氧化区的侧壁上和底部分别设置有气体入口、与气固分离器的连接的固体燃料入口和灰渣出口；本发明还公开了一种含油污泥基活性焦制备联产油气的工艺，将含油污泥与含碳氢物料依次热解、炭化、活化和再次活化，得到含油污泥基活性焦和油气产品，并对副产物和热量回收利用。本发明的装置采用三区划分，实现了含油污泥基物料的分级转化；本发明的工艺实现了含油污泥的资源化利用。

Description

一种含油污泥基活性焦制备联产油气装置及工艺
技术领域
本发明属于石油化工及环保技术领域，具体涉及一种含油污泥基活性焦制备联产油气装置及工艺。
背景技术
我国在石油开采和炼制中，每年产生的各类含油污泥如废弃泥浆、罐底污泥、污水处理过程产生的含油污泥等，以及原油炼化过程中产生的油渣，总量达到了4000万吨以上，基于环境、社会和经济协调发展的需要，污泥处理已成为各大油田企业亟待解决的问题。
活性焦是一种专门用于烟气净化的特殊活性炭产品。活性焦具有较大比表面积、发达的孔隙结构，同时具备负载性能和还原性能。既可以作吸附剂，通过物理吸附原理吸附不同分子物质；亦能作为催化剂载体用于各类催化净化等过程。
全球对环境污染高度重视，随着我国《大气污染物防治重点工业行业清洁生产技术推广方案》（工信部节[2014]273号）和国家鼓励发展的重大环保技术装备目录（2014年版）等指导性政策文件的出台，进一步推进了活性焦烟气净化技术的推广与应用，烟气净化专用活性焦需求量将越来越大。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供了一种含油污泥基活性焦制备联产油气的装置。该装置中三段炉的炉膛从上到下依次划分为热解区、炭化活化区和氧化区，从三段炉的物料入口到灰渣出口实行三段梯度控温，实现了含油污泥基物料的分级转化，在制备含油污泥基活性焦的同时联产油气，该装置耦合了热解提取油气、半焦炭化活化及燃烧供热，工艺过程高度集成，能量利用效率高。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种含油污泥基活性焦制备联产油气的装置，其特征在于，该装置包括三段炉以及与三段炉顶部的出气口连接的气固分离器，所述三段炉的顶部开设有物料入口，所述三段炉的炉膛从上到下依次由热解区、炭化活化区和氧化区组成，所述热解区的底部设置有第一多孔分布板，所述炭化活化区的底部设置有第二多孔分布板，所述炭化活化区的侧壁上设置有溢流口，所述氧化区的侧壁上分别设置有固体燃料入口和气体入口，氧化区的底部设置有灰渣出口，所述固体燃料入口与设置在气固分离器底部的固体出口连接，所述气固分离器的上部设置有气体出口，所述热解区、炭化活化区和氧化区依次呈梯度升温。
上述的一种含油污泥基活性焦制备联产油气的装置，其特征在于，所述热解区的下部为喉口结构，所述喉口结构的炉膛外壁与三段炉的外壳之间填充有蓄热复合材料，其余炉膛外壁与三段炉的外壳之间填充有绝热保温材料。
上述的一种含油污泥基活性焦制备联产油气的装置，其特征在于，所述溢流口位于炭化活化区中部的侧壁上。
上述的一种含油污泥基活性焦制备联产油气的装置，其特征在于，所述热解区的温度为200℃~600℃，所述炭化活化区的温度为600℃~950℃。
另外，本发明还提供了一种含油污泥基活性焦制备联产油气的工艺，其特征在于，该工艺包括以下步骤：
步骤一、向脱水干化后的含油污泥中掺混经破碎处理后的含碳氢物料，混合均匀后干燥调质，得到松散状的调质油泥；所述含碳氢物料为废塑料、废轮胎橡胶和煤中的一种或两种以上；
步骤二、将步骤一中得到的调质油泥送入三段炉中依次进行热解、炭化和活化，得到含油污泥基活性焦前体和油气产品；
步骤三、对步骤二中得到的油气产品进行回收，经冷凝得到回收油和不凝气，其中，部分不凝气燃烧为步骤二中的热解、炭化及活化供热，其余不凝气燃烧为步骤一中含油污泥的脱水干化供热，并得到低压蒸汽；
步骤四、利用步骤三中得到的低压蒸汽对步骤二中得到的含油污泥基活性焦前体进行再次活化，得到含油污泥基活性焦，同时回收活性焦前体的高温显热并得到过热蒸汽，将过热蒸汽通入步骤二中的三段炉中，为活化过程提供活化剂。
本发明将脱水干化后的含油污泥与破碎后的含碳氢物料混匀后干燥调质得到调质油泥，然后进行热解并提取调质油泥中的油气产品，得到热解半焦，再在更高的温度条件对热解得到的热解半焦进行炭化活化处理，得到高显热的含油污泥基活性焦前体；将油气产品经冷凝后得到回收油和不凝气，而不凝气燃烧为热解、炭化及活化供热，又为含油污泥的脱水干化供热，并得到低压蒸汽，将低压蒸汽与高显热的含油污泥基活性焦前体直接接触进行再活化，得到含油污泥基活性焦，同时得到过热蒸汽，而过热蒸汽为活化过程提供活化剂。因此，本发明通过对含油污泥与含碳氢物料的混合物依次进行热解、炭化、活化处理和再次活化处理，制备得到含油污泥基活性焦并联产油气，得到的含油污泥基活性焦可用于烟气净化、吸附剂及催化剂载体等，得到的油气可进一步回收利用。本发明实现了含碳氢物料的资源化利用，避免了含油污泥对环境的污染，提高了工艺中各产物的利用率，减少了资源浪费，同时制备得到高附加值的含油污泥基活性焦，达到了很好的经济和环保综合效益。
上述的工艺，其特征在于，步骤一中所述经破碎处理后的含碳氢物料的粒径不大于100mm，所述脱水干化采用的方法为机械脱水或热力脱水，所述热力脱水的温度为100℃~105℃。该优选粒径的含碳氢物料有利于与脱水干化后的含油污泥混合均匀，提高含油污泥的松散化调制效果，得到松散状的调质油泥细小颗粒，以满足三段分级炉中各流化床对颗粒粒径的要求；优选采用机械脱水或热力脱水，并优选热力脱水的温度为100℃~105℃，有利于实现含油污泥中外水的充分脱除，且不会造成含油污泥中泥品的大量析出。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明含油污泥基活性焦制备联产油气装置中的三段炉的炉膛从上到下依次划分为热解区、炭化活化区和氧化区，从三段炉的物料入口到灰渣出口实行三段梯度控温，实现了含油污泥基物料的分级转化，在制备含油污泥基活性焦的同时联产油气，该装置耦合了热解提取油气、半焦炭化活化及燃烧供热，工艺过程高度集成，能量利用效率高。
2、本发明通过分级控制三段炉中热解区、炭化活化区和氧化区的温度以及炭化活化流化床的床层厚度，使得热解过程和炭化活化过程的充分进行，最大限度地实现了调质油泥资源的分级转化和回收。
3、本发明通过在热解区设计具有蓄放热功能的喉口结构，有效保证了热解温度的稳定，提高了油气的回收效率，显著提高了装置的原料适应性，适用于多种原料，极大地提高了本发明装置的推广应用价值和应用前景。
4、本发明以含油污泥和含碳氢物料为原料，将活性焦制备和油气回收技术相耦合，进行含油污泥基活性焦制备并联产汽油，实现了含油污泥、含碳氢物料的资源化利用，避免了含油污泥对环境的污染，减少了资源浪费，同时制备得到可用于高附加值的含油污泥基活性焦，达到了很好的经济和环保综合效益。
5、本发明提出的活性焦制备工艺过程，利用回收的水蒸气对炭化物进行活化，不使用化学活化剂，避免了对环境的二次污染，降低了制备成本。
下面通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明含油污泥基活性焦制备联产油气装置的结构示意图。
图2为本发明含油污泥基活性焦制备联产油气工艺的流程框图。
附图标记说明
1—气固分离器； 1-1—固体出口； 1-2—气体出口；
2—三段炉； 2-1—出气口； 2-2—物料入口；
2-3—热解区； 2-4—炭化活化区； 2-5—氧化区；
2-6—第一多孔分布板； 2-7—第二多孔分布板； 2-8—溢流口；
2-9—固体燃料入口； 2-10—气体入口； 2-11—灰渣出口。
具体实施方式
本发明含油污泥基活性焦制备联产油气装置通过实施例1进行详细描述。
实施例1
如图1所示，本实施例的一种含油污泥基活性焦制备联产油气装置包括三段炉2以及与三段炉2顶部的出气口2-1连接的气固分离器1，所述三段炉2的顶部开设有物料入口2-2，所述三段炉2的炉膛从上到下依次由热解区2-3、炭化活化区2-4和氧化区2-5组成，所述热解区2-3的底部设置有第一多孔分布板2-6，所述炭化活化区2-4的底部设置有第二多孔分布板2-7，所述炭化活化区2-4的侧壁上设置有溢流口2-8，所述氧化区2-5的侧壁上分别设置有固体燃料入口2-9和气体入口2-10，氧化区2-5的底部设置有灰渣出口2-11，所述固体燃料入口2-9与设置在气固分离器1底部的固体出口1-1连接，所述气固分离器1的上部设置有气体出口1-2，所述热解区2-3、炭化活化区2-4和氧化区2-5依次呈梯度升温。本发明的含油污泥基活性焦制备联产油气的装置包括三段炉以及与三段炉顶部的出气口连接的气固分离器，并将三段炉的炉膛从上到下依次分为三个区域：热解区、炭化活化区和氧化区，实现了三段炉的物料入口到灰渣出口之间的三段分级梯度升温，其中，热解区与设置在其底部的第一多孔分布板组成热解流化床，对含油污泥基原料进行热解，得到热解半焦和油气产品，油气产品携带热解产生的微小的炭颗粒及其他细粉颗粒经由三段炉顶部的出气口进入气固分离器进行进一步回收，含油污泥基活性焦前体进入炭化活化区，炭化活化区与设置在其底部的第二多孔分布板组成炭化活化流化床，对热解半焦进行高温炭化和活化，得到含油污泥基活性焦前体并从溢流口溢出，经后续再次活化，得到含油污泥基活性焦；油气产品携带热解产生的微小的炭颗粒及其他细粉颗粒在气固分离器中经气固分离后，得到洁净的油气产品和炭颗粒，洁净的油气产品从气体出口排出，经后续的冷凝工艺得到回收油和不凝气，炭颗粒作为固体燃料经由固体燃料入口进入三段炉的氧化区进行气化燃烧供热，不凝气作为燃料气体经由气体入口进入三段炉的氧化区进行气化燃烧供热，为热解区和炭化活化区提供热量、气氛及流化介质，燃烧后的灰渣从灰渣出口排出。本发明的装置通过设置三段梯度控温区域，实现了含油污泥基物料的分级转化，在得到含油污泥基活性焦的同时联产油气，而将热解、炭化及活化过程集成耦合，提高了系统能效及产品附加值。
更优选地，所述热解区2-3的下部为喉口结构，所述喉口结构的炉膛外壁与三段炉2的外壳之间填充有蓄热复合材料，其余炉膛外壁与三段炉2的外壳之间填充有绝热保温材料。由于热解区、炭化活化区和氧化区依次呈梯度升温，含油污泥基原料进入三段炉的热解区中后先进行干燥，再进行热解，因此优选将热解区的下部设为喉口结构，经干燥后的含油污泥基原料进入喉口结构中进行热解，根据填充的蓄热复合材料的性能控制热解温度的范围，当热解区喉口结构中的温度高于最高热解温度时，填充的蓄热复合材料开始吸热，当热解区喉口结构区域的温度低于设定的最低热解温度时，向填充的蓄热复合材料中通入水蒸气，填充的蓄热复合材料开始放热，而在其余炉膛外壁与三段炉的外壳之间填充有绝热保温材料，进一步避免了热解区、炭化活化区和氧化区中热量的损失，保证了各区域中温度的稳定；即通过喉口结构以及蓄热复合材料、绝热保温材料的设置，保证了热解温度的稳定，有利于针对不同含油污泥基原料高效回收油气产品，提高原料适应性。
更优选地，所述溢流口2-8位于炭化活化区2-4中部的侧壁上。炭化活化区与设置在其底部的第二多孔分布板组成炭化活化流化床，溢流口到第二多孔分布板的距离为炭化活化流化床的床层厚度，因此，该优选的溢流口位置满足了炭化活化区中气、固两相流化及强化传热传质效率的要求，确保了从热解区下行至炭化活化流化床的热解半焦有充分的停留时间和反应效率，完成了高温炭化和气化反应过程，得到含油污泥基活性焦前体，提高了含油污泥基活性焦前体的制备效率及品质。
更优选地，所述热解区的温度区间为200℃~600℃，所述炭化活化区的温度区间为600℃~950℃。一般含油污泥中油气的回收温度为200℃~600℃，当热解区的温度低于200℃时油气难以析出回收，当温度高于600℃时油气易发生裂解，因此该优选的热解区的温度有利于提高调质油泥中油气的回收效率，回收得到更多的高附加值油品；另外，由于优选热解区的下部为喉口结构，且喉口结构的炉膛外壁与三段炉的外壳之间填充有蓄热复合材料，最常用的蓄热复合材料主要成分为氧化钙，当热解区的温度低于200℃时通入水蒸气，使氧化钙转化为氢氧化钙并发出大量的热量，当热解区的温度高于600℃时，由于氢氧化钙的分解温度为600℃左右，氢氧化钙吸热分解生成氧化钙，从而实现精确控温的目的，进一步保证了热解过程的稳定进行。该优选的炭化活化区的温度有利于热解半焦进行高温炭化和气化，有利于提高含油污泥基活性焦的品质。
本发明的含油污泥基活性焦制备联产油气工艺通过实施例2~实施例4进行详细描述。
如图2所示，本发明含油污泥基活性焦制备联产油气的具体工艺流程为：将含油污泥经脱水干化后得到的干化油泥与含碳氢物料经破碎处理后得到的含碳氢物料颗粒混匀后干燥调质，然后依次进行热解、炭化和活化，得到油气产品和含油污泥基活性焦前体，油气产品经冷凝后得到回收油和不凝气，部分不凝气为步骤二中的热解、炭化及活化过程燃烧供热，其余不凝气为步骤一中的含油污泥脱水干化燃烧供热,并得到低压蒸汽，含油污泥基活性焦前体经再次活化后得到含油污泥基活性焦，并得到过压蒸汽，将过压蒸汽作为活化剂用于活化过程。
实施例2
本实施例包括以下步骤：
步骤一、向经102℃热力脱水干化后的含油污泥中掺混经破碎处理后的粒径不小于50mm且不大于100mm的含碳氢物料，混合均匀后干燥调质，得到松散状的调质油泥；所述含碳氢物料为废轮胎橡胶和煤的混合物；
步骤二、将步骤一中得到的调质油泥送入三段炉2中依次进行热解、炭化和活化，其中热解的温度为350℃，炭化和活化的温度为800℃，得到含油污泥基活性焦前体和油气产品；
步骤三、对步骤二中得到的油气产品进行回收，经冷凝得到回收油和不凝气，其中，部分不凝气燃烧为步骤二中的热解、炭化及活化供热，其余不凝气燃烧为步骤一中含油污泥的脱水干化供热，并得到低压蒸汽；
步骤四、利用步骤三中得到的低压蒸汽对步骤二中得到的含油污泥基活性焦前体进行再次活化，得到含油污泥基活性焦，同时回收活性焦前体的高温显热并得到过热蒸汽，将过热蒸汽通入步骤二中的三段炉2中，为活化过程提供活化剂。
本实施例中的脱水干化的方法还可为机械脱水；
本实施例中的含碳氢物料还可为除了废轮胎橡胶和煤的混合物以外的废塑料、废轮胎橡胶和煤中的一种或两种以上。
实施例3
本实施例包括以下步骤：
步骤一、向经105℃热力脱水干化后的含油污泥中掺混经破碎处理后的粒径不小于45mm且不大于100mm的含碳氢物料，混合均匀后干燥调质，得到松散状的调质油泥；所述含碳氢物料为煤；
步骤二、将步骤一中得到的调质油泥送入三段炉2中依次进行热解、炭化和活化，其中热解的温度为600℃，炭化和活化的温度为950℃，得到含油污泥基活性焦前体和油气产品；
步骤三、对步骤二中得到的油气产品进行回收，经冷凝得到回收油和不凝气，其中，部分不凝气燃烧为步骤二中的热解、炭化及活化供热，其余不凝气燃烧为步骤一中含油污泥的脱水干化供热，并得到低压蒸汽；
步骤四、利用步骤三中得到的低压蒸汽对步骤二中得到的含油污泥基活性焦前体进行再次活化，得到含油污泥基活性焦，同时回收活性焦前体的高温显热并得到过热蒸汽，将过热蒸汽通入步骤二中的三段炉2中，为活化过程提供活化剂。
本实施例中的脱水干化的方法还可为机械脱水；
本实施例中的含碳氢物料还可为除了煤以外的废塑料、废轮胎橡胶和煤中的一种或两种以上。
实施例4
本实施例包括以下步骤：
步骤一、向经100℃热力脱水干化后的含油污泥中掺混经破碎处理后的粒径不小于55mm且不大于100mm的含碳氢物料，混合均匀后干燥调质，得到松散状的调质油泥；所述含碳氢物料为废塑料；
步骤二、将步骤一中得到的调质油泥送入三段炉2中依次进行热解、炭化和活化，其中热解的温度为200℃，炭化和活化的温度为600℃，得到含油污泥基活性焦前体和油气产品；
步骤三、对步骤二中得到的油气产品进行回收，经冷凝得到回收油和不凝气，其中，部分不凝气燃烧为步骤二中的热解、炭化及活化供热，其余不凝气燃烧为步骤一中含油污泥的脱水干化供热，并得到低压蒸汽；
步骤四、利用步骤三中得到的低压蒸汽对步骤二中得到的含油污泥基活性焦前体进行再次活化，得到含油污泥基活性焦，同时回收活性焦前体的高温显热并得到过热蒸汽，将过热蒸汽通入步骤二中的三段炉2中，为活化过程提供活化剂。
本实施例中的脱水干化的方法还可为机械脱水；
本实施例中的含碳氢物料还可为除了废塑料以外的废塑料、废轮胎橡胶和煤中的一种或两种以上。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (5)

1.一种含油污泥基活性焦制备联产油气的装置，其特征在于，该装置包括三段炉（2）以及与三段炉（2）顶部的出气口（2-1）连接的气固分离器（1），所述三段炉（2）的顶部开设有物料入口（2-2），所述三段炉（2）的炉膛从上到下依次由热解区（2-3）、炭化活化区（2-4）和氧化区（2-5）组成，所述热解区（2-3）的底部设置有第一多孔分布板（2-6），热解区（2-3）与设置在其底部的第一多孔分布板（2-6）组成热解流化床，对含油污泥基原料进行热解，得到热解半焦和油气产品，所述炭化活化区（2-4）的底部设置有第二多孔分布板（2-7），所述炭化活化区（2-4）的侧壁上设置有溢流口（2-8），炭化活化区（2-4）与设置在其底部的第二多孔分布板（2-7）组成炭化活化流化床，对热解半焦进行高温炭化和活化，得到含油污泥基活性焦前体并从溢流口（2-8）溢出，经后续再次活化，得到含油污泥基活性焦，所述氧化区（2-5）的侧壁上分别设置有固体燃料入口（2-9）和气体入口（2-10），氧化区（2-5）的底部设置有灰渣出口（2-11），所述固体燃料入口（2-9）与设置在气固分离器（1）底部的固体出口（1-1）连接，所述气固分离器（1）的上部设置有气体出口（1-2），油气产品携带热解产生的微小的炭颗粒及其他细粉颗粒在气固分离器（1）中经气固分离后，得到洁净的油气产品和炭颗粒，洁净的油气产品从气体出口（1-2）排出，经后续的冷凝工艺得到回收油和不凝气，炭颗粒作为固体燃料经由固体燃料入口（2-9）进入三段炉的氧化区（2-5）进行气化燃烧供热，不凝气作为燃料气体经由气体入口（2-10）进入三段炉的氧化区（2-5）进行气化燃烧供热，为热解区（2-3）和炭化活化区（2-4）提供热量、气氛及流化介质，燃烧后的灰渣从灰渣出口（2-11）排出，所述热解区（2-3）、炭化活化区（2-4）和氧化区（2-5）依次呈梯度升温，所述热解区（2-3）的下部为喉口结构，所述喉口结构的炉膛外壁与三段炉（2）的外壳之间填充有蓄热复合材料，其余炉膛外壁与三段炉（2）的外壳之间填充有绝热保温材料。
2.根据权利要求1所述的一种含油污泥基活性焦制备联产油气的装置，其特征在于，所述溢流口（2-8）位于炭化活化区（2-4）中部的侧壁上。
3.根据权利要求1所述的一种含油污泥基活性焦制备联产油气的装置，其特征在于，所述热解区的温度区间为200℃~600℃，所述炭化活化区的温度区间为600℃~950℃。
4.一种利用如权利要求1~ 3中任一权利要求所述的装置进行含油污泥基活性焦制备联产油气的工艺，其特征在于，该工艺包括以下步骤：
步骤一、向脱水干化后的含油污泥中掺混经破碎处理后的含碳氢物料，混合均匀后干燥调质，得到松散状的调质油泥；所述含碳氢物料为废塑料、废轮胎橡胶和煤中的一种或两种以上；
步骤二、将步骤一中得到的调质油泥送入三段炉（2）中依次进行热解、炭化和活化，得到含油污泥基活性焦前体和油气产品；
步骤三、对步骤二中得到的油气产品进行回收，经冷凝得到回收油和不凝气，其中，部分不凝气燃烧为步骤二中的热解、炭化及活化供热，其余不凝气燃烧为步骤一中含油污泥的脱水干化供热，并得到低压蒸汽；
步骤四、利用步骤三中得到的低压蒸汽对步骤二中得到的含油污泥基活性焦前体进行再次活化，得到含油污泥基活性焦，同时回收活性焦前体的高温显热并得到过热蒸汽，将过热蒸汽通入步骤二中的三段炉（2）中，为活化过程提供活化剂。
5.根据权利要求4所述的工艺，其特征在于，步骤一中所述经破碎处理后的含碳氢物料的粒径不大于100mm，所述脱水干化采用的方法为机械脱水或热力脱水，所述热力脱水的温度为100℃~105℃。
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