CN111377579A - 一种油泥处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种油泥处理方法，所述处理方法为油泥进入干燥单元进行干燥脱水，脱水处理后得到脱水油泥和气相物料；脱水油泥进入热解反应单元进行热解反应，反应后得到裂解气、油和焦炭；气相物料经换热后得到不凝气和冷凝水；裂解气和不凝气进入燃烧单元，与含氧气氛接触进行燃烧反应，以反应产生的热烟气作为热源为干燥单元和热解反应单元提供加热热量。本发明提供一种油泥减量化、无害化和资源化处理方法，实现油泥最大限度的减量化，资源化利用，同时回收高价值油品，整个处理过程不造成二次污染。
Description
技术领域
本发明属于油泥处理技术领域，具体涉及一种油泥微波辅助干燥和低温裂解工艺。
技术背景
油泥包括采油生产过程中产生的井场落地油泥、石油储罐的罐底油泥及炼油厂的渣油等几种，其成分一般为：含油10wt%～30wt%、含水10wt%～30wt%、含泥30wt%～60wt%。含油污泥是一种组分复杂且量大而面广的棕黑色粘稠状固体废物，一般由水包油、油包水以及悬浮固体杂质组成，是一种极其稳定的悬浮乳状液体系。由于油泥中含油量较高，若直接弃置，将会引起环境污染和资源浪费。
由于含油污泥来源众多，成分复杂，处理技术也是多种多样，常见的处理方法主要有填埋法、固化法、焚烧法、焦化法及化学热洗、溶剂萃取、生物处理、制砖技术等。固化法具有固化剂廉价、处理费用低、工艺流程简单、固化效果好等优点，但同时也存在处理时间长、不能回收原油等缺点。污泥制砖工艺，适用于各类含油污泥，具有投资小、易实行、工艺简单、无污染、综合利用效果好等优点，但是该技术最大缺点是不能回收原油，不适用于含油量高的污泥。焚烧法具有流程简单，操作方便，安全可靠，处理费用低等特点，但是由于焚烧过程中控制条件要求非常高，因此不适用于大规模处理。生物法的处理范围广，能处理各类油泥，且不需加入化学药剂，运行费用低，绿色环保。但是，生物反应器处理时间长，不能回收油类资源，存在二次污染。萃取法的优点是污泥能够较彻底的处理，可以回收油类资源，且操作简单，但是萃取剂价格昂贵，处理成本高，而且萃取工艺流程长，存在二次污染。焦化处理优点是回收了油污中的油资源，并且回收率相对较高；缺点是在工艺过程中产物易结焦，使得对设备材料要求高，而且能耗较高。化学热洗技术可将油泥中的油、水、泥三相分离，回收油泥中的大部分油资源，实现污泥的资源化利用，该方法的不足之处是产生大量的污水，存在二次污水处理问题，并且处理成本高，效率低。
CN107937003A公开了一种油泥处理方法及装置，将油泥与煤焦、尘灰、焦油渣混合压球后掺入炼焦煤中转化为煤气，解决了水处理油泥处置难、处置费用高的问题，但是不能回收污油，没有实现资源化利用。
CN107777847A提供了一种油泥无害化、资源化、一体化的处理方法，在850～1000℃的裂解装置内对污油进行富氧深度裂解，采用高温将油泥全部燃烧为裂解气和残渣，能耗高且没有实现对污油的回收。
对含油污泥进行有组织的收集，并开发出经济适用的方法进行减量化、无害化处理和污油回收，不仅可以回收大量的能源，产生一定的经济效益，而且能减轻甚至消除污染，产生巨大的环境效益和社会效益。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明主要目的是提供一种油泥减量化、无害化和资源化处理方法，实现油泥最大限度的减量化，资源化利用，同时回收高价值油品，整个处理过程不造成二次污染。
本发明提供一种油泥处理方法，所述处理方法包括如下内容：
（1）油泥进入干燥单元进行干燥脱水，脱水处理后得到脱水油泥和气相物料；
（2）步骤（1）得到的脱水油泥进入热解反应单元进行热解反应，反应后得到裂解气、油和焦炭，所述热解反应在无氧气氛下进行；
（3）步骤（1）得到的气相物料经换热后得到不凝气和冷凝水；
（4）步骤（2）得到的裂解气和步骤（3）中的不凝气进入燃烧单元，与含氧气氛接触进行燃烧反应，以反应产生的热烟气作为热源为干燥单元和热解反应单元提供加热热量。
本发明油泥处理方法中，所述油泥为炼油厂含油污泥，具体可以是隔油池底泥、浮选地浮渣、原油罐底泥中的一种或几种。
本发明油泥处理方法中，所述油泥中含油量为5%～25%之间（重量含量），油泥含水率为60%～90%（重量含量），固体含量为1%～10%（重量含量）。
本发明油泥处理方法中，步骤（1）中所述干燥单元中干燥脱水的温度为90～120℃，优选为95～110℃，干燥时间为1～10h，优选为2～5h。
本发明油泥处理方法中，步骤（1）中所述干燥脱水包括两个阶段，其中第一阶段为起始温度至80℃这一阶段，优选第一阶段采用微波加热，将油泥的含水量降低至10wt%～30wt%，第二阶段采用以燃烧单元产生的热烟气为热源加热、微波加热两种方式中的一种或几种，优选采用以燃烧单元产生的热烟气为热源的加热方式。
本发明油泥处理方法中，所述微波是指波长为1mm～1m，频率为300～300000MHz，具有穿透特性的电磁波，常用的微波频率为915MHz和2450 MHz。
本发明油泥处理方法中，步骤（2）中得到的焦炭可以返回干燥单元和/或热解反应单元，也可以进行活化改性后作为吸附剂使用，当所述焦炭返回热解反应单元时，焦炭与脱水油泥质量比为1：1～1：100，优选1：1～1：10。
本发明油泥处理方法中，步骤（2）中所述热解反应单元的热解反应温度为200～450℃，优选为200～350℃，当热解反应温度达到250～300℃时，开启微波加热，当达到反应温度后，关闭微波加热，进入恒温阶段，采用以燃烧单元产生的热烟气为热源的加热方式维持所需反应温度，反应时间为1～3h。
本发明油泥处理方法中，步骤（2）中所述热解反应过程中通入载气，所述载气为氮气，惰性气体中的一种或几种，所述惰性气体为氦气、氖气、氩气、氪气、氙气中的一种或几种。
本发明油泥处理方法中，所述燃烧单元产生的热烟气经脱硫脱硝，有效控制氮氧化物和硫化物的含量，达到排放标准。
与现有技术相比，本发明所提供的油泥处理方法具有如下优点：
（1）本发明所述油泥处理方法中，在干燥单元和热解反应单元，通过以燃烧单元产生的热烟气作为热源加热和微波加热两种加热方式的配合，同时将热解反应单元得到的活性炭返回干燥单元和热解反应单元使用，解决了油类化合物收率低的问题。避免了加热过程中因外热内冷的温度差过大，导致油泥干燥时外层首先干燥而形成硬壳板结阻碍内部水分继续外移，减小了烃类化合物的二次裂解反应，大大提高了油类化合物的收率。
（2）本发明所述油泥处理方法中，在干燥单元中，起始阶段通过使用微波加热方式对油泥进行处理，可以首先加速打破油泥的稳定存在状态，含水油泥内部和表面同时被加热，且表面由于蒸发冷却的缘故，温度低于内部，内部蒸汽迅速产生，形成梯度。而且由于含水油泥的初始含水率非常高，物料内部的压力上升很快，形成“泵”效应，驱动水分从油泥内部流向表面，加快干燥速度。整个过程中，温度梯度、传热、蒸气压迁移方向一致，大大加快了干燥过程。而且微波加热可以提高油泥破乳效果，大大提高了油泥的脱水速率。
（3）本发明所述油泥处理方法中，在热解反应单元中，当热解反应进行到一定程度时开启微波辅助加热，此时反应体系中油泥状态已经发生变化，体系的介电常数增大，此时开启微波加热，可以加速烃类化合物的快速扩散，减少裂解反应的发生，提高油类化合物的回收率。
（4）本发明所述油泥处理方法中，对微波辅助的时间点和时长进行有效的控制可以提高微波的利用效率，以最少的能量输出获得最佳的效果。
（5）本发明所述油泥处理方法，实现了含油污泥的减量化、无害化、资源化利用，整个反应系统不产生带污染的废气、废水、废渣。干燥后的冷凝水为纯净水，可以作为工业用水进行二次利用，燃烧单元产生的热烟气经过脱硫脱硝后达到排放标准，热解反应单元产生的焦炭不仅可以作为优良的吸波剂使用，进行活化改性后还可以作为吸附剂使用。
（6）本发明所述油泥处理方法，实现了系统内热量的集成，整个反应系统以燃烧单元产生的热烟气提供的能量为主要热源，同时在特定阶段辅助以微波加热，在两种加热方式的协同作用下，大大提高了热量利用效率，缩短了干燥时间和热解时间，充分利用了热烟气的能量，使整个反应系统的能耗降到最低，体现了节能高效的特点。通过对微波辅助加热时间点和时长的控制，基本实现了热量的自给自足，而且实现了油泥的资源化利用，为油泥干燥和热解过程产生的不凝气和裂解气提供了一种新的利用手段。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明油泥处理方法作进一步说明。此处描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
本发明实施例和比较例中所用油泥为罐底油泥，所述油泥含水量为51.6wt%，灰分含量为12.9wt%，挥发分含量为32.9wt%，固定碳含量为2.6wt%。
实施例1
油泥进入干燥单元进行干燥脱水，开启频率为2450MHz的微波加热，微波功率为600W，加热至80℃后关闭微波，以反应产生的热烟气作为热源继续加热至95℃，脱水处理全过程为5h，得到脱水油泥和气相物料，脱水油泥的水含量为24wt%，气体经换热后得到不凝气和冷凝水；脱水油泥进入热解反应单元，在氮气气氛下，以反应产生的热烟气为热源加热至250℃后，开启频率为2450MHz的微波进行加热，微波功率为1000W，加热至裂解反应器温度为360℃关闭微波，以反应产生的热烟气作为热源保持反应温度为360℃，热解反应时间为1h，反应后得到裂解气、油和焦炭；裂解气和脱水单元的不凝气进入燃烧单元，反应产生的热烟气为干燥单元和热解反应单元提供加热热量。反应后油泥减重89wt%，液体油回收率为72wt%，反应体系能耗为0.41KWh/kg油泥。
实施例2
油泥进入干燥单元进行干燥脱水，开启频率为2450MHz的微波加热，微波功率为700W，加热至80℃后关闭微波，以反应产生的热烟气作为热源继续加热至105℃，脱水处理全过程为2h，得到脱水油泥和气相物料，脱水油泥的水含量为21wt%，气体经换热后得到不凝气和冷凝水；脱水油泥进入热解反应单元，在氮气气氛下，以反应产生的热烟气为热源加热至250℃后，开启频率为2450MHz的微波进行加热，微波功率为1000W，加热至裂解反应器温度为360℃关闭微波，以反应产生的热烟气作为热源保持反应温度为360℃，热解反应时间为1h，反应后得到裂解气、油和焦炭；裂解气和脱水单元的不凝气进入燃烧单元，反应产生的热烟气为干燥单元和热解反应单元提供加热热量。反应后油泥减重91wt%，液体油回收率为73wt%，反应体系能耗为0.34KWh/kg油泥。
实施例3
油泥进入干燥单元进行干燥脱水，开启频率为2450MHz的微波加热，微波功率为700W，加热至80℃后关闭微波，以反应产生的热烟气作为热源继续加热至105℃，脱水处理全过程为2h，得到脱水油泥和气相物料，脱水油泥的水含量为21wt%，气体经换热后得到不凝气和冷凝水；脱水油泥进入热解反应单元，在氮气气氛下，以反应产生的热烟气为热源加热并保持反应温度为250℃后，热解反应时间为1h，反应后得到裂解气、油和焦炭；裂解气和脱水单元的不凝气进入燃烧单元，反应产生的热烟气为干燥单元和热解反应单元提供加热热量。反应后油泥减重76wt%，液体油回收率为41wt%，反应体系能耗为0.28KWh/kg油泥。
实施例4
油泥进入干燥单元进行干燥脱水，开启频率为2450MHz的微波加热，微波功率为700W，加热至80℃后关闭微波，以反应产生的热烟气作为热源继续加热至105℃，脱水处理全过程为2h，得到脱水油泥和气相物料，脱水油泥的水含量为21%，气体经换热后得到不凝气和冷凝水；脱水油泥进入热解反应单元，在氮气气氛下，以反应产生的热烟气为热源加热至250℃后，开启频率为2450MHz的微波进行加热，微波功率为1000W，加热至裂解反应器温度为450℃关闭微波，以反应产生的热烟气作为热源保持反应温度为450℃，热解反应时间为0.5h，反应后得到裂解气、油和焦炭；裂解气和脱水单元的不凝气进入燃烧单元，反应产生的热烟气为干燥单元和热解反应单元提供加热热量。反应后油泥减重94wt%，液体油回收率为69wt%，反应体系能耗为0.39KWh/kg油泥。
实施例5
油泥进入干燥单元进行干燥脱水，开启频率为2450MHz的微波加热，微波功率为700W，加热至80℃后关闭微波，以反应产生的热烟气作为热源继续加热至105℃，脱水处理全过程为2h，得到脱水油泥和气相物料，脱水油泥的水含量为21wt%，气体经换热后得到不凝气和冷凝水；脱水油泥与其占质量分数20%的热解焦炭混合均匀后进入热解反应单元，在氮气气氛下，以反应产生的热烟气为热源加热至250℃后，开启频率为2450MHz的微波进行加热，微波功率为1000W，加热至裂解反应器温度为360℃关闭微波，以反应产生的热烟气作为热源保持反应温度为360℃，热解反应时间为0.5h，反应后得到裂解气、油和焦炭；裂解气和脱水单元的不凝气进入燃烧单元，反应产生的热烟气为干燥单元和热解反应单元提供加热热量。反应后油泥减重94wt%，液体油回收率为73wt%，反应体系能耗为0.24KWh/kg油泥。
实施例6
油泥与占其质量2%的热解焦炭混合均匀，作为原料一起进入干燥单元进行干燥脱水，开启频率为2450MHz的微波加热，微波功率为700W，加热至80℃后关闭微波，以反应产生的热烟气作为热源继续加热至105℃，脱水处理全过程为1.2h，得到脱水油泥和气相物料，脱水油泥的水含量为20wt%，气体经换热后得到不凝气和冷凝水；脱水后的混合原料进入热解反应单元，在氮气气氛下，以反应产生的热烟气为热源加热至250℃后，开启频率为2450MHz的微波进行加热，微波功率为1000W，加热至裂解反应器温度为360℃关闭微波，以反应产生的热烟气作为热源保持反应温度为360℃，热解反应时间为0.5h，反应后得到裂解气、油和焦炭；裂解气和脱水单元的不凝气进入燃烧单元，反应产生的热烟气为干燥单元和热解反应单元提供加热热量。反应后油泥减重94%，液体油回收率为74wt%，反应体系能耗为0.23KWh/kg油泥。
对比例1
采用整个工艺采用电加热方式，油泥进入干燥单元进行干燥脱水，在105℃脱水处理2h后得到脱水油泥和气相物料，脱水油泥的水含量为27wt%，气体经换热后得到不凝气和冷凝水；脱水油泥进入热解反应单元，在氮气气氛下于360℃进行热解反应1h，反应后得到裂解气、油和焦炭；裂解气和脱水单元的不凝气进入燃烧单元，以反应产生的热烟气作为热源为干燥单元和热解反应单元提供加热热量。反应后油泥减重83wt%，液体油回收率为58%，反应体系能耗为3.7KWh/kg油泥。
Claims (11)
1.一种油泥处理方法，所述处理方法包括如下内容：
（1）油泥进入干燥单元进行干燥脱水，脱水处理后得到脱水油泥和气相物料；
（2）步骤（1）得到的脱水油泥进入热解反应单元进行热解反应，反应后得到裂解气、油和焦炭，所述热解反应在无氧气氛下进行；
（3）步骤（1）得到的气相物料经换热后得到不凝气和冷凝水；
（4）步骤（2）得到的裂解气和步骤（3）中的不凝气进入燃烧单元，与含氧气氛接触进行燃烧反应，以反应产生的热烟气作为热源为干燥单元和热解反应单元提供加热热量。
2.按照权利要求1所述的油泥处理方法，其特征在于：所述油泥中含油量为5wt%～25wt%，油泥含水率为60wt%～90wt%，固体含量为1wt%～10wt%。
3.按照权利要求1所述的油泥处理方法，其特征在于：步骤（1）中所述干燥单元中干燥脱水的温度为90～120℃，干燥时间为1～10h。
4.按照权利要求1或3所述的油泥处理方法，其特征在于：步骤（1）中所述干燥单元中干燥脱水的温度为95～110℃，干燥时间为2～5h。
5.按照权利要求1所述的油泥处理方法，其特征在于：步骤（1）中所述干燥脱水包括两个阶段，其中第一阶段为起始温度至80℃，第一阶段采用微波加热，将油泥的含水量降低至10%～30%，第二阶段采用以燃烧单元产生的热烟气为热源加热、微波加热两种方式中的一种或几种。
6.按照权利要求5所述的油泥处理方法，其特征在于：第二阶段采用以燃烧单元产生的热烟气为热源的加热方式。
7.按照权利要求1所述的油泥处理方法，其特征在于：所述微波是指波长为1mm～1m，频率为300～300000MHz，具有穿透特性的电磁波，微波频率为915MHz和2450 MHz。
8.按照权利要求1所述的油泥处理方法，其特征在于：步骤（2）中得到的焦炭返回干燥单元和/或热解反应单元。
9.按照权利要求1所述的油泥处理方法，其特征在于：步骤（2）中所述热解反应单元的热解反应温度为200～450℃，当热解反应温度达到250～300℃时，开启微波加热，当达到反应温度后，关闭微波加热，进入恒温阶段，采用以燃烧单元产生的热烟气为热源的加热方式维持所需反应温度。
10.按照权利要求1所述的油泥处理方法，其特征在于：步骤（2）中所述热解反应单元的热解反应温度为200～350℃。
11.按照权利要求1所述的油泥处理方法，其特征在于：步骤（2）中所述热解反应过程中通入载气，所述载气为氮气，惰性气体中的一种或几种，所述惰性气体为氦气、氖气、氩气、氪气、氙气中的一种或几种。
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