CN112429924B - 一种以含油污泥为粘结剂制备无机多孔材料并回收油的系统及方法 - Google Patents

一种以含油污泥为粘结剂制备无机多孔材料并回收油的系统及方法 Download PDF

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Abstract

一种以含油污泥为粘结剂制备无机多孔材料并回收油的系统及方法，属于多孔材料制备及含油污泥资源回收利用领域。本发明首先将含油污泥与无机矿物质混合后，经机械烘焙挤压装置挤压后，得到固体颗粒和水/油混合物；固体颗粒经脱脂和烧结得到多孔材料，过程中产生大量的有机气体，气体经收集后实现再利用；水/油混合物经水/油分离单元后实现水和油的分离，获得原油，实现原油的回收；水经循环回到含水率调节单元，或经废水处理单元后回到含水率调节单元。本发明所述的系统及方法不仅获得了可利用的多孔材料，同时能有效解决含油污泥的污染问题，能有效利用含油污泥中的固相和有机组分，还能回收部分原油，实现了含油污泥的无害化和资源化。

Description

一种以含油污泥为粘结剂制备无机多孔材料并回收油的系统 及方法
技术领域
本发明涉及多孔材料制备及含油污泥资源回收利用领域，具体涉及一种以含油污泥为粘结剂制备无机多孔材料并回收油的系统及方法。
背景技术
多孔材料是指在材料基体中分布着一定量的孔或者空隙的材料，是由相互贯通或封闭的空挡构成的网结构，常见的制备方法包括热分解法、沉淀法、水热晶化法等。多孔材料中所含的孔通常被用于满足材料的某些使用性能，如过滤、散热、催化、吸音、降噪等。多孔材料制备过程中均需添加粘结剂，以赋予原料以足够的强度，采用热分解法制备多孔材料时，为使材料制备完成时具备多孔特性，因此需要粘结剂具有在脱脂或烧结过程中蒸发“消失”的特征。
含油污泥是石油化工行业产生的典型固体废弃物，成分复杂，含大量高毒性、致畸、致癌物质，危害巨大；同时含油污泥体系稳定，难以用常规的处理处置方法实现三相分离。2016年发布的《国家危险废物名录》中纳入了含油污泥，解决含油污泥的污染问题十分迫切。含油污泥粘度高，如果能合理利用其粘度高这一特点，将实现含油污泥的资源化；同时含油污泥含油率高，对环境和人体的危害也主要来自油组分，如果能实现对原油的有效回收，不仅能降低其危害性，也能实现其资源化。
基于以上特点，发明一种以含油污泥为粘结剂制备无机多孔材料并回收油的系统及方法，将含油污泥与无机矿物质混合后，通过挤压烘焙等过程将其混合物制成多孔材料。多孔材料制备过程中，含油污泥充当粘结剂，使无机矿物质物料相互粘连起来，赋予无机矿物质物料以足够的强度，在后续脱脂和烧结过程中，含油污泥中的有机组分降解并从材料中蒸发“消失”，从而在颗粒中形成孔隙，使无机矿物质制备多孔材料变得可行；同时烘焙挤压过程中，需要较大的外力，因此物料需要具备一定的抗挤压强度和适度的压缩性，含油污泥的压缩性较大，在高压下极易发生变形，混合物中的无机矿物质充当高压缩性物料的调理剂，形成有一定刚度的骨架结构，烘焙挤压成型过程中可实现原油的回收，实现含油污泥的资源化。
发明内容
本发明提供了一种以含油污泥为粘结剂制备无机多孔材料并回收油的系统及方法，不仅获得了可利用的多孔材料，同时能有效解决含油污泥的污染问题，能有效利用含油污泥中的固相和有机组分，还能回收部分原油，实现了含油污泥的无害化和资源化。
本发明采用的技术方案如下：
一种以含油污泥为粘结剂制备无机多孔材料并回收油的系统，所述的系统包括含油污泥均质化单元、无机矿物质破碎筛分装置、物料混合单元、含水率调节单元、机械烘焙挤压装置、水/油分离单元、废水处理单元、气体再利用单元、气体收集装置、材料颗粒脱脂单元和材料颗粒烧结单元。
含油污泥均质化单元与无机矿物质破碎筛分装置均依次连接物料混合单元、含水率调节单元和机械烘焙挤压装置。机械烘焙挤压装置实现含油污泥与无机矿物质的联合挤压，分别连接材料颗粒脱脂单元和水/油分离单元。其中，材料颗粒脱脂单元与材料颗粒烧结单元连接，产出多孔材料，材料颗粒脱脂单元和材料颗粒烧结单元均依次连接气体收集装置和气体再利用单元；水/油分离单元将油水分离得到原油，并分别与含水率调节单元及废水处理单元相连，废水处理单元也与含水率调节单元相连。
一种以含油污泥为粘结剂制备无机多孔材料并回收油的方法，该方法是由上述系统实现的，具体如下：
(1)含油污泥在含油污泥均质化单元得到均质，同时无机矿物质经过无机矿物质破碎筛分装置处理后得到合适尺寸的无机矿物质，均质化后的含油污泥与无机矿物质以一定比例在物料混合单元中混合。
(2)混合后的物料经过含水率调节单元，之后经过机械烘焙挤压装置，得到固体颗粒和水/油混合物，其中，固体颗粒依次经材料颗粒脱脂单元脱脂和材料颗粒烧结单元烧结后得到多孔材料，脱脂和烧结的过程中产生大量的有机气体，气体依次经过气体收集装置和气体再利用单元实现再利用，防止有机废气对环境的二次污染，并实现了含油污泥中有机组分的再利用。水/油混合物经水/油分离单元后得到原油和水。产生的水一方面经循环进入含水率调节单元，实现循环利用，另一方面通入废水处理单元，防止二次污染，废水处理单元处理后的水可以补偿含水率调节单元的用水。
所述的无机矿物质经破碎、筛分后，尺寸为20-100目。
所述的含油污泥与无机矿物质的混合比例，需要根据含油污泥的含油率、含水率，以及产物的需要进行调整。所述的含水率调节单元的水的添加量，需要根据含油污泥的含水率，以及产物的需要进行调整。
所述的机械烘焙挤压装置所施加的压力为25-200MPa；施压时间为60-120s；烘焙温度为60-180℃。
所述的脱脂工序在材料颗粒脱脂单元中进行，脱脂气氛为氮气；脱脂温度为200-550℃；脱脂时间为30-120min。
所述的烧结工序在真空烧结炉或气氛烧结炉中进行，烧结温度为600-1300℃；烧结时间为60-180min。
所述的水/油分离单元采用溶剂萃取技术。
本发明的效果和益处：本发明同现有技术相比，提供了一种以含油污泥为粘结剂制备无机多孔材料并回收油的系统及方法，具有如下优点：
(1)多孔材料制备时，配料过程中均需添加粘结剂，使制备原料更易成型，本发明中利用含油污泥的粘性，使其在无机矿物质内部充当粘结剂，以制备多孔材料，同时有效利用含油污泥中的固相部分。
(2)含油污泥组成复杂，是一种危险废物；常规的处理处置方法处理效果不稳定、处理周期长、成本高，难以实现含油污泥的有效无害化。而通过本发明提供的系统和方法，含油污泥作为粘结剂，实现其无害化和资源化。
(3)目前我国无机矿物质等工业固废，如粉煤灰，污染严重且堆积量巨大，本发明中利用无机矿物质进行多孔材料的制备，变“废”为“宝”，有利于减轻无机矿物质的废弃现状，同时，无机矿物质在含油污泥中也承担刚性骨架构建的角色，降低了含油污泥的压缩性，使材料的成型变得可行。
(4)含油污泥中的油组分为烯烃、烷烃、芳香烃、环烷烃、胶质及沥青质等石油类碳氢化合物，热值高，常规处理工艺难以实现其资源化，而本发明的工艺可以有效回收含油污泥中的油组分。
(5)本发明的系统内包含气体收集装置和气体再利用单元，因此利用本发明进行颗粒脱脂和烧结时，不仅可以有效预防有机气体对环境的二次污染，也能使含油污泥中的有机组分得到合理有效的利用，进一步实现含油污泥的资源化。
(6)本发明具备废水处理单元，防止了体系对环境的二次污染。
附图说明
图1为以含油污泥为粘结剂制备无机多孔材料并回收油的系统及方法示意图。
具体实施方式
一种以含油污泥为粘结剂制备无机多孔材料并回收油的系统，所述的系统包括含油污泥均质化单元、无机矿物质破碎筛分装置、物料混合单元、含水率调节单元、机械烘焙挤压装置、水/油分离单元、废水处理单元、气体再利用单元、气体收集装置、材料颗粒脱脂单元和材料颗粒烧结单元。
一种以含油污泥为粘结剂制备无机多孔材料并回收油的方法，该方法是由上述系统实现的，具体实施方式如下：
实验选用的含油污泥取自盘锦市某炼油厂，常温状态下为黑褐色，半固体胶粘状，并伴随着刺鼻的石油类气体的气味，含油污泥含水率51.05％、含油率28.00％、含固率20.95％；实验选择大连市某燃煤发电厂的粉煤灰作为与含油污泥混合的无机矿物质；两种物料混合后，含油污泥作为材料粘合剂使粉煤灰颗粒互相粘合在一起，同时粉煤灰作为骨架构建者改善了含油污泥的粘性和可压缩性，帮助含油污泥形成刚性骨架结构。
含油污泥经含油污泥均质化单元均质后备用；粉煤灰经破碎筛分装置后，选取60-100目的粉煤灰作为原始物料；上述两种物料以干重1:1的比例充分混合获得混合物，干基含水率52.15％，不进行含水率调节，称取4.00g左右(含油污泥约2.65g)的混合物料进入万用机进行烘焙挤压，在120℃下烘焙30min后，以10mm/min的预紧速度施加0.314kN的预紧压力，压力达到预紧力后以0.1kN/s的加压速度加压，目标压力为7.85kN(25MPa)，达到目标压力后保持60s，至此完成烘焙挤压过程，得到分离的液相和固体颗粒；固体颗粒进入材料颗粒脱脂单元，氮气氛围下在300℃下保持60min，之后进入材料颗粒烧结单元，氮气氛围下在1000℃下保持120min，使得其中的有机组分热降解并挥发出来，从而形成多孔的结构，获得多孔结构的材料。该系统及方法有效合理地利用了含油污泥中的固相部分，同时有效利用了粉煤灰，制成的多孔材料可用于减噪、减震等用途，实现了含油污泥和粉煤灰的再利用和减量化；颗粒脱脂和烧结过程中有大量的有机组分蒸发出来，经气体收集装置收集后，在气体再利用单元进行再利用，不仅降低了直接排放造成的二次污染，还合理有效地利用了含油污泥中的有机组分；液相是水/油混合物，溶于CH2Cl2后进行溶剂萃取分离水和油，获得产物原油，实现含油污泥中油的回收。

Claims (6)

1.一种以含油污泥为粘结剂制备无机多孔材料并回收油的方法，其特征在于，所述的方法是由一种以含油污泥为粘结剂制备无机多孔材料并回收油的系统实现的，具体如下：
（1）含油污泥在含油污泥均质化单元得到均质，同时无机矿物质经过无机矿物质破碎筛分装置处理后得到合适尺寸的无机矿物质，均质化后的含油污泥与无机矿物质以一定比例在物料混合单元中混合；
（2）混合后的物料经过含水率调节单元，之后经过机械烘焙挤压装置，得到固体颗粒和水/油混合物，其中，固体颗粒依次经材料颗粒脱脂单元脱脂和材料颗粒烧结单元烧结后得到多孔材料，脱脂和烧结的过程中产生大量的有机气体，气体依次经过气体收集装置和气体再利用单元实现再利用，防止有机废气对环境的二次污染，并实现了含油污泥中有机组分的再利用；水/油混合物经水/油分离单元后得到原油和水；产生的水一方面经循环进入含水率调节单元，实现循环利用，另一方面通入废水处理单元，防止二次污染，废水处理单元处理后的水可以补偿含水率调节单元的用水；
所述的系统包括含油污泥均质化单元、无机矿物质破碎筛分装置、物料混合单元、含水率调节单元、机械烘焙挤压装置、水/油分离单元、废水处理单元、气体再利用单元、气体收集装置、材料颗粒脱脂单元和材料颗粒烧结单元；
含油污泥均质化单元与无机矿物质破碎筛分装置均依次连接物料混合单元、含水率调节单元和机械烘焙挤压装置；机械烘焙挤压装置实现含油污泥与无机矿物质的联合挤压，分别连接材料颗粒脱脂单元和水/油分离单元；其中，材料颗粒脱脂单元与材料颗粒烧结单元连接，产出多孔材料，材料颗粒脱脂单元和材料颗粒烧结单元均依次连接气体收集装置和气体再利用单元；水/油分离单元将油水分离得到原油，并分别与含水率调节单元及废水处理单元相连，废水处理单元也与含水率调节单元相连；
所述的无机矿物质为粉煤灰；
所述的机械烘焙挤压装置所施加的压力为25-200 MPa；施压时间为60 -120 s；烘焙温度为60-180 °C；
所述的脱脂工序在材料颗粒脱脂单元中进行，脱脂气氛为氮气；脱脂温度为200-550 °C；脱脂时间为30-120 min。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述的无机矿物质经破碎、筛分后，尺寸为20-100目。
3.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述的含油污泥与无机矿物质的混合比例，需要根据含油污泥的含油率、含水率，以及产物的需要进行调整。
4.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述的含水率调节单元的水的添加量，需要根据含油污泥的含水率，以及产物的需要进行调整。
5.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述的烧结工序在真空烧结炉或气氛烧结炉中进行，烧结温度为600-1300 °C；烧结时间为60-180 min。
6.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述的水/油分离单元采用溶剂萃取技术。
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