CN112340962A - 一种石油油泥真空热脱附装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种石油油泥真空热脱附装置及其使用方法，属于石油油泥处理设备技术领域，包括依次连接的加料装置、热脱附反应物料仓和出料装置，以及与热脱附反应物料仓依次连接的烟尘过滤器、冷凝单元和油水分离装置；在热脱附反应物料仓上设有反应器夹套，反应器夹套内注有循环导热油，可对热脱附反应物料仓进行更均匀的加热；在热脱附反应物料仓内批次加入待处理石油油泥，并对石油油泥进行真空加热，降低其中的石油油分的沸点，并使其蒸发出来，再通过冷凝步骤，收集回收得到的石油油分；真空热脱附过程不涉及化学反应，因此回收得到的石油油分的品质高，可直接进行售卖，经济效益高。

Description

一种石油油泥真空热脱附装置及其使用方法

技术领域

本发明属于石油油泥处理设备技术领域，具体涉及一种石油油泥真空热脱附装置及其使用方法。

背景技术

石油在开采和储存过程中，会产生大量高石油烃含量的石油油泥，含有这种石油油泥的土壤属于危险废物，石油油泥的主要种类有油田废弃泥浆、大罐沉降污泥、落地油泥、污水处理过程产生的含油污泥等。

目前，处理石油油泥的方法可分为物理方法、化学方法和生物方法等。其中物理方法包括溶剂萃取、填埋、离心分离、热碱水洗涤、气浮三相分离、浓缩干化等；化学方法包括焚烧、热解、热脱附、阴燃、催化裂解、超声萃取-化学活化法等；生物方法包括生物地耕法、生物强化法、生物浮选法等。上述处理方法中，萃取及水洗类的处理方法应用最为广泛，具有成本低、石油烃去除率高、洗出油可回收等优点，但同时也存在用水量大、添加剂易污染环境等缺点；焚烧、热解、热脱附等热处理方法也经常使用，其优点是石油烃可完全去除、热值能够回收利用等，但是设备成本高、能耗大，粉尘泄露等第二次污染严重。

现有技术中对石油油泥的处理方法也进行了许多改进，例如中国发明专利申请CN106430893A(一种油泥资源化处理系统)中，给出了一种可对含油污泥进行处理的系统，包括真空热解装置、导热油加热装置、集VOC装置等，利用导热油对真空热解装置中的含油污泥进行加热分解，利用各类碳氢化合物沸点不同的原理，将挥发性污染物进行蒸发处理，从而排除污染物，该操作在密闭环境下进行，通过全自动化模式进行操作。中国发明专利申请CN108675590A(一种周期式油泥热解处理装置及其使用方法)中，处理装置包括热解炉、冷凝器、油水分离器、混合油罐、除尘及脱硫脱硝装置等，在绝氧条件下将油泥加热使水分析出、烃类及有机物解吸，实现除水除油的效果。中国实用新型专利CN208083059U(固体废物无害化处理设备)中，处理设备包括依次连接的进料装置、热脱附装置和挥发性有机化合物冷凝装置，热脱附装置包括太阳能导热油加热系统及废物搅拌系统，对固体废物进行间接加热达到污染物沸点后，污染物分离出来变成废气，废气经冷凝后由活性炭吸附装置吸附，避免了燃烧过程。但是上述几件专利中，前两件专利中发生了化学反应，最终得到的反应产物利用率低，且有液体产物，后期处理复杂；第三件专利中直接对固废进行热脱附处理，沸点高，因此加热所需的热量多，投入大；同时这三件专利均未有效利用石油油泥中的石油烃，资源浪费大。

因此，开发一种对石油油泥的处理装置及处理方法，该方法既能将石油油泥中的污染物石油烃有效分离出来，分离过程不会发生热裂解，不会产生新的处理难题；并且又能将石油油泥中的石油烃作为可回收资源有效利用，具有积极的现实意义。

发明内容

本发明欲解决的技术问题是现有技术中在对石油油泥进行处理的过程中，存在石油油泥中的石油烃分离困难，且该部分石油烃难以回收再利用等技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种石油油泥真空热脱附装置，包括依次连接的加料装置、热脱附反应物料仓和出料装置，所述石油油泥真空热脱附装置还包括与热脱附反应物料仓依次连接的烟尘过滤器、冷凝单元和油水分离装置；

所述热脱附反应物料仓上设有加料口、固体产物出料口和气体产物出料口；加料口与加料装置相连，固体产物出料口与出料装置相连；气体产物出料口与烟尘过滤器的入口相连，烟尘过滤器的出口与冷凝单元的入口相连，冷凝单元的出口与油水分离装置相连；

所述热脱附反应物料仓通过真空气管连接有真空泵；热脱附反应物料仓的外侧设有反应器夹套；

所述石油油泥真空热脱附装置还包括导热油加热装置，导热油加热装置包括加热器和与加热器相连的导热油循环管道，导热油循环管道的两端与反应器夹套相连通，导热油循环管道和反应器夹套内注有导热油；

所述热脱附反应物料仓内设有搅拌器，搅拌器包括搅拌轴和设置在搅拌轴上的搅拌叶；

所述冷凝单元中设有冷却液管道，冷却液管道连接外部冷却液；所述冷凝单元的出口连接有尾气处理装置；

所述石油油泥真空热脱附装置还包括中央控制系统，中央控制系统包括可编程控制器，可编程控制器分别与加料装置、出料装置、热脱附反应物料仓、导热油加热装置、烟尘过滤器、冷凝单元、油水分离装置和尾气处理装置相连，并控制其运行过程。

所述烟尘过滤器由耐高温高分子聚合物材料制成，内部平行布满沙漏形孔隙。气流从大口进入小口，烟尘自然落下，再从小口进入大口气流扩张。扩张过程向外放热。反复几次之后，固体烟尘被去除。烟尘过滤器单元周围也以热油循环加热，保持高温，以避免石油烃液体遇冷凝结在烟尘过滤器上。

进一步地，所述冷凝单元包括冷凝器，冷凝器包括冷凝器进气口、冷凝器出气口和冷凝器出液口，冷凝器进气口与烟尘过滤器的出口相连，冷凝器出气口与尾气处理装置相连，冷凝器出液口与油水分离装置相连；冷凝器中设有冷却液管道，冷却液管道连接外部冷却液。

更进一步地，所述冷凝单元还包括冷却器，所述冷却器包括冷却器进气口和冷却器出气口，所述冷却器进气口与冷凝器出气口相连，冷却器出气口与冷凝器进气口相连；冷却器中设有冷却液管道，冷却液管道连接外部冷却液。

更进一步地，所述冷却器的数量为1。

进一步地，所述搅拌轴外设有搅拌轴夹套，在搅拌叶外设有搅拌叶夹套，导热油循环管道的两端与搅拌轴夹套相连，搅拌叶夹套与搅拌轴夹套相连，在搅拌轴夹套和搅拌叶夹套内注有导热油。

进一步地，所述加热器的热源包括电能、燃气、柴油、生物质能、沼气、太阳能中的一种或几种。

进一步地，所述尾气处理装置中依次设有急冷装置和活性炭吸附室。

进一步地，所述热脱附反应物料仓的内壁材质为铁基合金材料。

进一步地，所述搅拌叶的结构包括螺旋式、锚式、板式、桨式和涡轮式中的一种或几种。

本发明同时要求保护一种石油油泥真空热脱附装置的使用方法，包括如下步骤：

(1)打开加料装置，石油油泥通过热脱附反应物料仓加料口进入热脱附反应物料仓中；打开热脱附反应物料仓的真空泵，对热脱附反应物料仓进行抽真空处理；

(2)打开搅拌器，搅拌轴带动搅拌叶在热脱附反应物料仓内对石油油泥进行搅拌；打开导热油加热装置，导热油通过导热油循环管道进入反应器夹套中，对热脱附反应物料仓进行加热；

(3)加热后的固体产物通过固体产物出料口进入出料装置中；加热蒸发得到的可挥发产物通过气体产物出料口进入烟尘过滤器中进行过滤处理；

(4)经过过滤处理后的可挥发气体进入冷凝单元中，经过冷凝得到的液体进入油水分离装置中，分别收集油水分离装置中分离产生的油分和水分；无法冷凝的气体进入尾气处理装置中进行处理后排放。尾气处理装置可去除气体中的残余可挥发气体，保证达标排放。

本发明采用真空热脱附技术对石油油泥进行真空加热并回收石油油分，真空热脱附技术的概念源自于德国，它在密闭腔室中创造负压环境，降低石油烃沸腾的沸点。加热同时扰动石油油泥，使油泥中的石油烃分子从孔隙中释放出来，被真空抽取收集。由于真空负压的沸点低，加热温度相对较低(小于350℃)，一般不发生化学反应，油泥中的原石油组分可以完好地脱离出来，而不像热解那样产生难处理的副产物。回收到的油品和污染产生的地方开采的石油组分完全一致。

实现真空热脱附需要比一般间接热脱附设备更加精致复杂的设备，特别是在密封真空环节，以保证实现目标真空度。其冷凝收集系统也需要能够最大量地回收油泥中原有的石油组分，以在回收利用中达到最高的经济效益。其回收油组分亦可以代替电或燃气作为初始加热的能源。这样一来，高石油烃含量的石油处理的能源投入产出可产生收益。

与现有技术相比，本发明的石油油泥真空热脱附装置及其使用方法具有如下优点：

(1)采用批次式装料，单次加热时密封，石油分子有害气体不外泄，不会对环境造成二次污染；

(2)热脱附反应物料仓内为真空环境，可降低石油烃的沸点，因此热消耗小，有效节约了能源；

(3)可直接从石油油泥中回收具有经济价值的油分，回收过程不涉及化学反应，因此回收得到的油分品质高，可直接用以出售，经济效益高；

(4)对石油油泥进行处理后，分离出有用的水分和油分，减少了危险废弃物的量，减少了环境污染；

(5)通过中央控制系统对装置进行智能化控制，操作简单；同时可对温度、压力、物料运输速度等条件根据物理反应模型计算，并根据过往案例模型纠偏，控制精度高。

附图说明

图1：石油油泥真空热脱附装置的结构示意图。

附图标记说明：1-加料装置；2-热脱附反应物料仓；21-搅拌器；211-搅拌轴；212-搅拌叶；3-出料装置；4-烟尘过滤器；5-冷凝单元；51-冷凝器；52-冷却器；6-尾气处理装置；7-导热油加热装置；71-加热器；72-导热油循环管道；8-油水分离装置；91-水回收罐；92-油回收罐。

具体实施方式

下面通过具体实施例进行详细阐述，说明本发明的技术方案。

如图1所示，石油油泥真空热脱附装置包括依次连接的加料装置1、热脱附反应物料仓2和出料装置3，以及与热脱附反应物料仓2依次连接的烟尘过滤器4、冷凝单元5和油水分离装置8；热脱附反应物料仓2的内壁材质为铁基合金材料，具体为瑞典钢或德国产耐高温合金钢，可耐750℃高温。具体地，该实施例中热脱附反应物料仓2是钢制反应罐。

热脱附反应物料仓2为热脱附反应器，热脱附反应物料仓2上设有加料口、固体产物出料口和气体产物出料口；加料口与加料装置1相连，固体产物出料口与出料装置3相连；气体产物出料口与烟尘过滤器4的入口相连，烟尘过滤器4的出口与冷凝单元5的入口相连，冷凝单元5的出口与油水分离装置8相连；油水分离装置8的出口分别连接有水回收罐91和油回收罐92。

在加料装置1的出口处设有螺杆推出机构，螺杆推出机构的出口与热脱附反应物料仓2的加料口相连，螺杆推出机构能够更有效地将加料装置1中的石油油泥原料加入热脱附反应物料仓2中进行反应；同样地，在出料装置2的出口处也设有螺杆推出机构，便于将处理完成后的固液产物排出。

热脱附反应物料仓2通过真空气管连接有真空泵；热脱附反应物料仓2的外侧设有反应器夹套；石油油泥真空热脱附装置还包括导热油加热装置7，导热油加热装置7包括加热器71和与加热器71相连的导热油循环管道72，导热油循环管道72的两端与反应器夹套相连通，导热油循环管道72和反应器夹套内注有导热油；加热器71为燃烧加热，具体燃料为燃气、柴油或沼气等；同时加热器71也可以是电加热。

热脱附反应物料仓2内设有搅拌器21，搅拌器21包括搅拌轴211和设置在搅拌轴211上的搅拌叶212；搅拌轴211外设有搅拌轴夹套，导热油循环管道72的两端与搅拌轴夹套相连，在搅拌轴夹套内注有导热油。搅拌叶212的结构为板式搅拌叶，包括与搅拌轴21垂直的横向的搅拌叶和与搅拌轴21平行的垂直搅拌叶，因此搅拌器21在热脱附反应物料仓2中的搅拌方式包括横向搅拌、纵向搅拌和螺旋搅拌等。在搅拌叶212上也设有搅拌叶夹套，搅拌叶夹套与搅拌轴夹套相连，导热油循环管道72中的导热油同时会进入搅拌轴夹套和搅拌叶夹套中，以确保搅拌过程中也能对热脱附反应物料仓2内的物料进行加热。

导热油循环管道72的材质是热的良导体，具体为铁铜或铁铜的合金。

在热脱附反应物料仓2上设置反应器夹套、在搅拌轴211上设置搅拌轴夹套，并在反应器夹套和搅拌轴夹套内注入导热油，通过导热油加热装置7将加热后的导热油在热脱附反应物料仓2及搅拌轴211内循环流动，通过热循环，可让热脱附反应物料仓2内的反应物料受热更加均匀，进一步提高真空热脱附的效率，并且能够脱附出石油油泥中更多的有效成分，提高回收率。

此外，热脱附反应物料仓2的反应器内部还外接有氮气供应管道，在反应过程中对热脱附反应物料仓2内部通入氮气进行气体保护，可防止高温下氧气和石油烃发生反应，从而影响回收得到的石油烃的品质。

为了增加冷凝效果，冷凝单元5中包括冷凝器51和冷却器52，冷却器52可进一步为气体降温，冷凝器5包括冷凝器进气口、冷凝器出气口和冷凝器出液口，冷凝器进气口与烟尘过滤器4的出口相连，冷凝器出气口与尾气处理装置6相连，冷凝器出液口与油水分离装置8相连；冷却器52包括冷却器进气口和冷却器出气口，冷却器52的冷却器进气口与冷凝器出气口相连，冷却器出气口与冷凝器5的冷凝器进气口相连。

冷凝器51和冷却器52中设有冷却液管道，冷却液管道连接外部冷却液。具体地，冷凝器51和冷却器52中的冷却液管道连接的外部冷却液为冷却水。冷凝水管中的冷水不断循环，带走热量，冷凝器51中蒸发出的含有气体凝结成液体，作为回收油分回收利用。

尾气处理装置6为选用化工行业中常用的尾气处理设备，在尾气处理装置6中依次设有-15℃的急冷装置和活性炭吸附室，可用于吸附尾气中的颗粒杂质，并去除异味，进一步减少尾气对环境的危害。经过尾气处理装置6中的气体为冷凝后残余的少量挥发性有机气体。

本发明中，冷凝单元5中的气体冷却和冷凝过程在真空环境中进行，油水分离也在真空环境中进行，尾气处理过程在大气环境中进行。

本发明的石油油泥真空热脱附装置还包括中央控制系统，中央控制系统包括可编程控制器，可编程控制器分别与加料装置1、出料装置3、热脱附反应物料仓2、导热油加热装置7、烟尘过滤器4、冷凝单元5、油水分离装置8和尾气处理装置6相连，并通过软件程序，对石油油泥真空热脱附装置实现智能化的温度和压力控制。

采用本发明的石油油泥真空热脱附装置对石油油泥进行真空热脱附时，操作步骤包括：

(1)打开加料装置，石油油泥通过热脱附反应物料仓加料口进入热脱附反应物料仓2中；打开热脱附反应物料仓2的真空泵，对热脱附反应物料仓2进行抽真空处理；抽真空完成后，可对热脱附反应物料仓2内通氮气，进行氮气保护。

(2)打开搅拌器21，搅拌轴211带动搅拌叶212在热脱附反应物料仓2内进行搅拌；打开导热油加热装置7，导热油通过导热油循环管道72进入反应器夹套中，对热脱附反应物料仓2进行加热；

(3)加热后的固体产物通过固体产物出料口进入出料装置3中；加热蒸发得到的可挥发产物通过气体产物出料口进入烟尘过滤器4中进行过滤处理；

(4)经过过滤后的气体进入冷凝单元5中，经过冷凝得到的液体进入油水分离装置8中，分别收集油水分离装置8中分离产生的油分和水分；油分进入油回收罐92中，水分进入水回收罐91中，即可回收循环利用；无法冷凝的气体进入尾气处理装置中进行处理后排放。

该装置在运行过程中，热脱附反应物料仓2内的加热温度＜450℃，真空度为＜100KPa。热脱附反应物料仓2内的加热分两个步骤进行，具体为：第一步加热到80-150℃，以脱去水分，真空度为80KPa；第二步加热到350-400℃，物料温度330℃，真空度＜10KPa。因此热脱附反应仓2的设备最高运行温度为450℃。

采用该真空热脱附设备进行石油油泥的真空热脱附时，不发生任何化学反应，仅为物理过程的加热蒸发和冷凝，因此石油油泥中的石油烃成分不发生任何改变，回收后得到的油品与开采得到的石油组分完全一致，可直接进行回收利用，变废为宝。

本发明的石油油泥真空热脱附装置通过真空负压降低油品的沸点，热油循环实现均匀加热，密闭空间实现油气分子全回收的处理石油污染油泥的方法。它可以将石油开采、存储、加工过程中产生的含石油烃的土壤中的有价油品从介质中脱附蒸腾分离出来，回收再利用。从废弃物中回收经济物，变废为宝。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的设计构思之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种石油油泥真空热脱附装置，包括依次连接的加料装置、热脱附反应物料仓和出料装置，其特征在于：所述石油油泥真空热脱附装置还包括与热脱附反应物料仓依次连接的烟尘过滤器、冷凝单元和油水分离装置；

所述热脱附反应物料仓上设有加料口、固体产物出料口和气体产物出料口；加料口与加料装置相连，固体产物出料口与出料装置相连；气体产物出料口与烟尘过滤器的入口相连，烟尘过滤器的出口与冷凝单元的入口相连，冷凝单元的出口与油水分离装置相连；

所述热脱附反应物料仓通过真空气管连接有真空泵；热脱附反应物料仓的外侧设有反应器夹套；

所述石油油泥真空热脱附装置还包括导热油加热装置，导热油加热装置包括加热器和与加热器相连的导热油循环管道，导热油循环管道的两端与反应器夹套相连通，导热油循环管道和反应器夹套内注有导热油；

所述热脱附反应物料仓内设有搅拌器，搅拌器包括搅拌轴和设置在搅拌轴上的搅拌叶；

所述冷凝单元中设有冷却液管道，冷却液管道连接外部冷却液；所述冷凝单元的出口连接有尾气处理装置；

所述石油油泥真空热脱附装置还包括中央控制系统，中央控制系统包括可编程控制器，可编程控制器分别与加料装置、出料装置、热脱附反应物料仓、导热油加热装置、烟尘过滤器、冷凝单元、油水分离装置和尾气处理装置相连，并控制其运行过程。

2.如权利要求1所述的石油油泥真空热脱附装置，其特征在于：所述冷凝单元包括冷凝器，冷凝器包括冷凝器进气口、冷凝器出气口和冷凝器出液口，冷凝器进气口与烟尘过滤器的出口相连，冷凝器出气口与尾气处理装置相连，冷凝器出液口与油水分离装置相连；冷凝器中设有冷却液管道，冷却液管道连接外部冷却液。

3.如权利要求2所述的石油油泥真空热脱附装置，其特征在于：所述冷凝单元还包括冷却器，所述冷却器包括冷却器进气口和冷却器出气口，所述冷却器进气口与冷凝器出气口相连，冷却器出气口与冷凝器进气口相连；冷却器中设有冷却液管道，冷却液管道连接外部冷却液。

4.如权利要求3所述的石油油泥真空热脱附装置，其特征在于：所述冷却器的数量为1。

5.如权利要求1所述的石油油泥真空热脱附装置，其特征在于：所述搅拌轴外设有搅拌轴夹套，在搅拌叶外设有搅拌叶夹套，导热油循环管道的两端与搅拌轴夹套相连，搅拌叶夹套与搅拌轴夹套相连，在搅拌轴夹套和搅拌叶夹套内注有导热油。

6.如权利要求1所述的石油油泥真空热脱附装置，其特征在于：所述加热器的热源包括电能、燃气、柴油、生物质能、沼气、太阳能中的一种或几种。

7.如权利要求1所述的石油油泥真空热脱附装置，其特征在于：所述尾气处理装置中依次设有急冷装置和活性炭吸附室。

8.如权利要求1所述的石油油泥真空热脱附装置，其特征在于：所述热脱附反应物料仓的内壁材质为铁基合金材料。

9.如权利要求1所述的石油油泥真空热脱附装置，其特征在于：所述搅拌叶的结构包括螺旋式、锚式、板式、桨式和涡轮式中的一种或几种。

10.一种如权利要求1-9中任一项所述的石油油泥真空热脱附装置的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)打开加料装置，石油油泥通过热脱附反应物料仓加料口进入热脱附反应物料仓中；打开热脱附反应物料仓的真空泵，对热脱附反应物料仓进行抽真空处理；

(2)打开搅拌器，搅拌轴带动搅拌叶在热脱附反应物料仓内对石油油泥进行搅拌；打开导热油加热装置，导热油通过导热油循环管道进入反应器夹套中，对热脱附反应物料仓进行加热；

(3)加热后的固体产物通过固体产物出料口进入出料装置中；加热蒸发得到的可挥发产物通过气体产物出料口进入烟尘过滤器中进行过滤处理；

(4)经过过滤处理后的气体进入冷凝单元中，经过冷凝得到的液体进入油水分离装置中，分别收集油水分离装置中分离产生的油分和水分；无法冷凝的气体进入尾气处理装置中进行处理后排放。

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