CN112521956A

CN112521956A - 一种油泥热解与钢渣还原协同处置的方法

Info

Publication number: CN112521956A
Application number: CN201910885711.4A
Authority: CN
Inventors: 贾晋炜; 宋强; 闾文; 舒新前
Original assignee: China University of Mining and Technology Beijing CUMTB; Central Research Institute of Building and Construction Co Ltd MCC Group
Current assignee: China University of Mining and Technology Beijing CUMTB; Central Research Institute of Building and Construction Co Ltd MCC Group
Priority date: 2019-09-19
Filing date: 2019-09-19
Publication date: 2021-03-19

Abstract

目前，油泥处置方式有物理填埋、固化和化学焚烧、溶剂萃取及生物质处理，多数处置方式存在二次污染、投资大及难以工业化等问题。同时，在我国每年排放钢渣近亿吨，利用率仅有20%，钢渣中含有多种金属元素，是良好的催化材料，可以降低反应活化能提高热解效率。本发明提出一种油泥与钢渣低温热解，获得油泥资源化产物并实现钢渣回收的新方法。油泥热解减量化明显，与其他处理方式相比更环保，而且可以获得资源化产物热解焦、热解气、热解油。油泥热解与钢渣还原协同处置相对于传统钢渣处置方式具有回收率高、品位高，有利于提高钢渣利用价值。其中所述的实验条件为，将油泥加热软化，与一定粒度钢渣按照合适比例混合，放置于连续热解磁选装置上加热到适宜温度，选择合适的停留时间和磁选管磁场强度，获得高品质的热解油气产品和高品位的还原钢渣。

Description

一种油泥热解与钢渣还原协同处置的方法

技术领域

本发明涉及一种油泥热解与钢渣还原协同处置的方法，属于固体废弃物处理处置及钢渣高效还原交叉领域，主要涉及油泥废弃物热解资源化和钢渣的还原回收技术。

背景技术

随着我国经济的快速发展，石油需求量不断增加。到2017年，全年原油表观消费量为6.10亿吨，同比增上6.0％。据中国石油化学行业统计，我国每年约产生 300万吨的油田油泥，其中罐底泥产量最大，约占到油泥总产量的26.67％。由于油泥含有大量石油烃和致癌致畸物，容易造成环境污染和人体危害，因而有必要对油泥进行合理处置。针对油泥的组分特点，国内外进行了大量研究，开发了调质- 机械分离、溶剂萃取、生物质处理、热处理等技术。在众多处理技术中，热解处理技术具有操作简单、安全、产品丰富等特点因而受到广泛关注。热解技术是将在无氧环境、一定温度下进行分解，可以获得热解焦油、热解气和热解焦，热解处理油泥首先可以实现原料的有效减容、减量，同时热解得到的热解油、热解气通常是高热值产物。有研究发现热解焦油的组分和标准柴油相似。此外，与其他热处置方式相比，热解技术由于其无氧的环境几乎不产生二噁英、SO₂、NOx等污染物，油泥自身的重金属元素在热解过程中可以有效富集在固体产物中，减少其挥发对环境的危害。

另一方面，作为世界第一大粗钢生产国，我钢渣利用率不高于20％，目前我国的累计钢渣存放超过10亿吨，且以每年约1亿吨的速度增长。大量废弃钢渣堆积造成土地资源占用和环境污染，同时造成资源浪费。目前钢渣利用方式主要为用作建筑材料，这存在附加值低的问题，钢渣回收方式有磁选回收、高温还原回收等，存在设备能耗高，回收效果差等问题。由于钢渣中有大量的碱金属、碱土金属及过渡金属元素，是良好的催化热解材料，同时钢渣中含有约30％的全铁含量，因而与油泥进行协同处置可以利用热解产生的还原气体实现铁氧化物的有效还原，形成磁性铁氧化物有利于实现钢渣回收利用。

为此，本发明提出一种油泥热解与钢渣还原协同处置的方法，既可以降低油泥容量，克服油泥焚烧污染环境等缺点，同时，油泥热解使其大分子有机化合物裂解，产物热解焦、热解油、热解气具有良好的经济效益。油泥与钢渣热解，热解产物对油泥具有一定还原作用，实现弱磁性铁氧化物向强磁性铁氧化物转化，利用磁选回收实现强磁性铁氧化物的回收。油泥热解与钢渣还原协同处置的方法，热解温度低，能耗比钢渣直接还原大幅度降低，钢渣铁品位提高明显，有利于实现油泥废弃物资源和钢渣的可持续发展。

发明内容

本发明的目的是针对油泥热解与钢渣还原过程参数进行研究，针对油泥热解资源化和钢渣高效还原而开发的清洁、高效、经济的处置方法。

为实现上述目的，本发明以罐底油泥和转炉钢渣为原料，进行热解，获得热解焦、热解油、热解气，并将焦和钢渣于磁选管磁选回收获得高品位钢渣，其特征在于该方法按如下步骤进行：

(1)将油泥加热软化处理；

(2)将钢渣进行破碎和筛分处理；

(3)将钢渣与油泥按照一定比例机械搅拌混合；

(4)在连续热解-磁选装置上进行不同温度、升温速率、停留时间和添加比例的热解实验。

(5)收集热解油、热解气，并进行称量记录；热解固体残渣冷却后收集备用；

(6)将冷却的热解固体残渣，放入磁选机中进行不同磁选强度的实验，获得钢渣和油泥热解焦。

本发明方法，步骤1所述油泥样品加热温度为50～75℃，每1000g油泥加热时间为4min。

本发明的方法中，步骤2所述钢渣破碎后粒度＜0.074mm。

本发明的方法中，步骤3钢渣按照油泥质量的10、15、20和25％加入油泥样品中，搅拌时间为5min。

本发明的方法中，步骤4热解反应终温为400～600℃，升温速率为20～40℃ /min，停留时间为10～30min，钢渣添加比例为油泥质量的15、20、25和30％。

本发明的方法中，步骤5热解油采用三级水冷后收集，称重；热解气采用气袋收集称重，热解固体残渣待反应装置冷却后收集称重。

本发明方法，步骤6所述磁选机磁场强度为200、250、300、350mt，磁选时间为5min。

本发明的有益效果在于：

(1)针对油泥进行有效的资源化处置，有利于解决油泥堆积带来的环境问题，同时油泥热解相对于其他垃圾处理方式，由于反应条件无氧，不产生SO₂、 NO_X、二噁英等污染物。

(2)油泥热解三相产物有良好的工业应用价值，经济性良好，热解焦可作为燃料或吸附材料，热解气可用于发电或合成气制备原料，热解油是重要的化工品原料和燃料，在染料、医药、农业等领域作用重大。

(3)以油泥热解产物为还原剂还原钢渣，使钢渣铁品位得到提升，经济价值明显，社会效益显著。同时，反应条件是低温热解(≤700℃)，相对于传统的煤基、气基直接还原，还原效果相当，能耗大大降低。

总之，本发明针对油泥与钢渣低温热解，具有无污染、能耗低、还原效果好、经济效益高的特点。该方法不但可以解决油泥堆积和传统钢渣还原能耗高、污染大的问题，而且经济性良好，市场潜力巨大。

附图说明

图1为本发明实例中所述的油泥热解与钢渣还原协同处置系统示意图。其中，1油泥桶，2钢渣破碎机，3热搅拌机，4热解回转炉，5固体储存桶，6冷凝装置，7回收油桶，8气体储存罐，9磁选机

图2为热解温度对油泥热解产物产率影响

图3为升温速率对油泥热解产物产率影响

图4为热解停留时间对油泥热解产物产率影响

图5为钢渣添加量对油泥热解产物产率影响

图6为磁场强度对钢渣磁选产品影响

具体实施方式

下面结合油泥与钢渣低温热解及磁选实验结果对本发明进一步详细说明，但本发明的实施方式并不仅限于此。

实施例1

以油泥为原料，热解终温为400～600℃，升温速率为20℃/min，停留时间为20min，油泥热解的三相产物(热解焦、热解油、热解气)产率随温度变化见附图 2所示。

由附图2可以看出，随着热解温度升高，热解焦产率逐渐降低，热解气和热解油产率先增大后缓慢降低。550℃时热解油产率为10.63％。温度为600℃时，热解油产率为10.41％。综合考虑能耗和液体收率选择热解温度为550℃为热解终温进行后续实验。

实施例2

在实施例1基础上，考察升温速率对热解产物产率影响，实验升温速率分别为 20、25、30、35、40℃/min。升温速率对油泥热解三相产物产率影响见附图3。

由附图3可知，当升温速率＜30℃/min时，随着升温速率的增大，油泥热解焦产率逐渐降低，热解油和热解气产率逐渐增大，当升温速率＞30℃/min时，热解油产率有所下降，热解气产率继续缓慢增加，这表明较高的升温速率使热解油发生二次裂解，降低热解油产率。为获得最佳焦油产率，后续试验选择升温速率为 30℃/min进行实验，此时的热解油产率为11.34％。

实施例3

在实施例2基础上探讨不同热解停留时间对油泥热解产物产率影响，其中停留时间为10～30min。实验结果见附图4。

附图4为不同热解停留时间对铁矿石磁选产品的产率和品位影响，随着停留时间的不断增加，热解油产率逐渐增大，当停留时间超过20min后，热解油产率降低，这是由于过高的停留时间促进了热解油的裂解反应。从提高油泥中油回收率的角度考虑选择停留时间为20min时条件最佳，并将停留20min作为后续试验条件。

实施例4

在确定了不同温度条件对油泥热解影响后，考察不同钢渣添加量对油泥热解影响，钢渣添加比例为油泥质量的15、20、25和30％，实验结果见附图5。

附图5为不同钢渣添加量对油泥热解产物产率影响，其中添加量为0时的热解温度为550℃，升温速率为30℃/min，停留时间为20min。在此基础上进行的。由图可知随着钢渣添加量增大，热解油产率逐渐增大，这表明添加钢渣促进了油泥的热解，有利于提高热解油产率。由图可知，当钢渣添加量为25％时，热解油产率最大为14.21％。

实施例5

在确定最佳油泥热解钢渣的添加比例后，对磁选管磁选机的磁场强度进行实验，研究磁选管磁场强度对铁矿石产品影响。实验选择磁场强度为200、250、 300、350mt，实验见附图6。

选择不同磁选管磁场强度，获得磁选钢渣的产率和品位不同，磁场强度增大，产率不断增大，但品位呈现先增大后降低的趋势。例如，200mt时，磁选钢渣产率和品位分别为52.01％、49.63％；250mt时，钢渣产率和品位分别为60.67％、 53.08％；300mt时的产率和品位分别为63.02％、49.35％。所以当磁场强度为250mt 时，钢渣品位最高为53.08％，比原钢渣品位提高19.31％，由此可见通过油泥热解与钢渣还原协同处置是的钢渣品位大幅度提高，实现了废弃资源的有效回收。

Claims

1.一种油泥热解与钢渣还原协同处置的方法，其特征在于：将（1）油泥桶中的油泥在（3）热搅拌桶内加热软化处理；将收集的钢渣在（2）破碎机内进行破碎、筛分；将钢渣样品和油泥在（3）热搅拌机内机械搅拌，实现油泥与钢渣的均匀混合；将油泥与钢渣混合样品（4）热解回转窑，进行不同温度、升温速率和停留时间的热解实验；热解反应产生的挥发分进入（6）冷凝装置后收集在（7）回收油桶，未冷凝气体（热解气）收集在（8）气体储存罐中，热解固体产物收集在（5）固体储存桶；将冷却的热解固体产物，放入（9）磁选机中进行不同磁选强度的实验，获得钢渣和油泥热解焦，钢渣进行称重和铁品位测定；实例中所述的油泥热解与钢渣还原协同处置系统示意图；其中，1油泥桶，2破碎机，3热搅拌机，4热解回转炉，5固体储存桶，6冷凝装置，7回收油桶，8气体储存罐，9磁选机。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述1中，油泥样品为罐底油泥，黑色粘稠，流动性差；加热条件为：加热温度为50~75℃，每1000g油泥加热时间为4min。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述2中，钢渣为转炉钢渣，该钢渣结构致密，呈黑灰色；使用（2）破碎机破碎钢渣使其粒度＜0.074mm。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述3中，钢渣按照油泥质量的15、

20、25和30%加入油泥样品中，在（3）热搅拌机上机械搅拌5min后进行热解。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述4中，（4）热解回转窑的反应终温为400~600℃，升温速率为20~40℃/min，达到终温后停留时间为10~30min。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述6中，热解固体在反应炉底部

进入（5）固体储存桶，固体冷却后加水和酒精润湿，放于（9）磁选机中，选择200、250、300、350mt磁场强度磁选5min，获得钢渣和热解焦；钢渣矿于干燥箱105~120℃干燥4小时后称重，并采用GB/T 6730.5—2007测定品位。