CN113354228A - 一种超临界水氧化处理含油污泥的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超临界水氧化处理含油污泥方法，主要包括如下步骤：A)前处理：将含油污泥依次经过破碎、均质、预热和升压处理，含油污泥温度达到150～200℃，达到后续处理要求；B)快速加热：将来自步骤A)的含油污泥与传热输送助剂混合后在无氧化剂存在条件下，在高流速状态下迅速加热至350～400℃；C)分离：将来自步骤B)的含油污泥进行分离处理，分离出传热输送助剂后的含油污泥进入后续处理步骤；D)反应：将来自步骤C)的含油污泥在超临界水环境中、在氧化剂存在下进行氧化处理。本发明克服了含油污泥氧化反应中易结焦、系统复杂、能耗较高等技术问题，实现了含油污泥在超临界水环境中的高效无害化处理。

Description

一种超临界水氧化处理含油污泥的方法

技术领域

本发明属于环保技术领域，具体涉及一种超临界水氧化处理含油污泥的方法。

背景技术

油田和炼油厂的污水处理系统以及原油生产储运系统会产生大量含油污泥，随着环保法规的日趋严格和全社会环保意识的不断提高，含油污泥的处理越来越受到关注。含油污泥的传统处理方法包括填埋、堆肥、焚烧等，但污泥的填埋需要占用大量场地和花费大量的运费，且污染环境和地下水；堆肥法处理时间较长，且对污泥含水率有较严格要求，另外含油污泥中还可能含有重金属等有毒有害物质；焚烧法同样对污泥中含水率有较严格要求且焚烧过程中会产生SO₂、NO_X等其它二次污染物。此类传统的污泥处理方式会产生二次污染且成本较高，无害化率低。

针对传统含油污泥的处理方式不足，又出现了许多新兴的含油污泥处理方法，主要有制油、熔化、制陶瓷、制造活性炭、和超临界水处理等。其中，超临界水氧化技术是利用了超临界水的诸多优势，将超临界水作为含油污泥中的有机物与氧气发生氧化反应的媒介，进行有机污染物的快速、高效去除，具有反应速度快、反应效率高、放热反应充分实现自热，可实现污泥的减量化、无害化和资源化等优点。目前，超临界水氧化技术已经在世界范围内广泛应用于军工、化工、航天、舰船及环保等领域，用于处理各领域产生的高浓度难降解有机物，将有机物转化为无害的二氧化碳、氮气以及水等物质，具有较好的发展前景。

当前，结焦、盐沉积、腐蚀等问题一定程度上制约了超临界水氧化技术低成本可靠的工业化实施。物料在被加热过程中，尤其在200～350℃范围内时易发生结焦，结焦堵塞设备管道，导致装置无法长周期运行，严重时导致传热恶化、设备管道超温损坏；物料中无机盐也易沉积到预热设备或输送管道内表面，引发管路及设备堵塞、腐蚀，影响系统的正常运行。由于含油污泥在超临界水中的反应速度极快，且释放大量热量，注氧不当易造成局部氧浓度过大，局部反应过于剧烈超温导致设备管道超温损坏。

中国专利CN 109305722 B公开了一种分级注氧的超临界水氧化系统及基于该系统的废水和/或污泥处理方法，通过多级注氧，解决有机废水和/或污泥预热过程的结焦问题和氧气与物料混合过程造成的材料局部腐蚀问题，但总体来说氧气注入点多造成系统和管路复杂，设备及管道在高温高压下密封隐患大等问题。中国专利CN110790466 B公开了一种超临界水热火焰强化型超临界水氧化处理有机废弃物的系统及调控方法，利用超临界水热火焰区的高热量，使得相对低温待处理废液快速升温以及盐析出并在线脱出，克服了最大风险温度区的腐蚀与盐沉积问题，还降低了对待处理物料的高温预热需求，但总体来说系统能耗较高、燃料消耗较大。

发明内容

为了解决现有技术存在的处理含油污泥易结焦、系统复杂、能耗较高的技术问题，本发明提供了一种超临界水氧化处理含油污泥方法，克服了含油污泥氧化反应中易结焦、系统复杂、能耗较高等技术问题，实现了含油污泥在超临界水环境中的高效无害化处理。

本发明提供的超临界水氧化处理含油污泥的方法，主要包括如下步骤：

A)前处理：

将含油污泥依次经过破碎、均质、预热和升压处理，含油污泥温度达到150～200℃，达到后续处理要求；

B)快速加热：

将来自步骤A)的含油污泥与传热输送助剂混合后在无氧化剂存在条件下，在高流速状态下迅速加热至350～400℃；

C)分离：

将来自步骤B)的含油污泥进行分离处理，分离出的传热输送助剂和分离出传热输送助剂后的含油污泥分别进入后续处理步骤；

D)反应：

将来自步骤C)的含油污泥在超临界水环境中、在氧化剂存在下进行氧化处理，含油污泥中的有机物完全氧化成二氧化碳、水、氮气以及盐类等无毒的小分子化合物；反应后的物料初步分离为两部分，一部分为气相物料，另一部分为反应残渣。气相物料包括反应生产的气相产物和其它气相，反应残渣包括反应液相和固相残渣。

所述前处理步骤可以通过设置物料储罐、加热器、升压装置等来实现。

所述快速加热步骤中，含油污泥优选加热至351～380℃，快速加热的目的主要保证含油污泥在无氧化剂条件下、高流速、短停留时间下迅速加热，以避开200～350℃的温度区间；在200～350℃的温度区间内，含油污泥易结焦，堵塞管道和设备；由于结焦要经历成核、生长等阶段，在结焦缩核反应来不及完全发生时就将含油污泥快速升温，从而有效避免含油污泥结焦。快速加热方法可以选用电加热器、加热炉等一种或多种同时使用。

为更好、更快促进传热、提高输送速度、防止结焦，在含油污泥快速加热前注入化学性质不活泼、热稳定性高的流体特别是气体作为传热输送助剂，如二氧化碳等，一方面可以促进含油污泥的升温与输送速度，另一方面可将沉积到加热器表面的小结焦颗粒在高速流体的作用下带离加热器。

所述分离步骤分离出的传热输送助剂可采用不同的后续处理方式：

一是直接排空；

二是直接返回快速加热步骤循环使用；

三是先送至反应步骤，从反应步骤取热后再返回快速加热步骤循环使用；

四是将分离出的传热输送助剂分成两部分，一部分直接返回快速加热步骤循环使用，另一部分送至反应步骤从反应步骤取热后再返回快速加热步骤循环使用。

分离出传热输送助剂后，含油污泥在后续的反应步骤可降低反应单元的负荷；分离出的反应输送助剂循环使用，返回快速加热单元前重新和含油污泥一起输送，使含油污泥得到均匀、快速的加热，还可以起到节能降耗的目的；由于含油污泥在超临界水中氧化反应为放热反应，将传热输送助剂送至反应步骤，一方面借助氧化反应放热将传热输送助剂进行加热，降低快速加热步骤的能耗，另一方面可以将反应单元的热量带走，降低反应单元的结焦倾向，使设备在相对低的金属壁温下使用。分离步骤可通过如旋风分离器等实现。

所述反应步骤在超临界水氧化反应器内进行，在反应器内，升温的含油污泥在超临界水的环境中与从氧化剂入口进入反应器的氧化剂发生反应，污泥中的有机物被完全氧化成二氧化碳、水、氮气以及盐类等无毒的小分子化合物，完成无害化处理；同时在反应器内完成初步的分离，反应气相产物和其它气相从反应器顶部的气体出口离开反应腔体，反应液相、固相残渣等从反应腔体底部离开反应腔体。

进一步，超临界水氧化反应器内可设置物料分散器，使污泥分散到反应器空间内避免局部物料沉积与反应过剩；

进一步，超临界水氧化反应器内可设置氧化剂分散器，使氧化剂分散的与物料进行反应，避免氧化剂局部浓度过大和局部温度过高的问题。

所述氧化剂可以为氧气、液氧、空气或过氧化氢等。

本发明具有以下有益效果：

1)通过快速升温，再注氧化剂的方法，避免了物料在加热过程中的结焦；物料在反应单元内才与氧化剂接触，在超临界水环境中实现快速反应，有效抑制了物料在设备管道内的结焦结垢和设备的腐蚀，保障设备管道的长周期稳定运行；

2)含油污泥在超临界水环境中发生快速氧化反应，反应后有机物被完全氧化成二氧化碳、水、氮气以及盐类等无毒的小分子化合物，不形成二次污染，环保性好。

3)快速加热物料前注入传热输送助剂，有助于物料的传热和输送，传热输送助剂的加入并不会提前发生物料的氧化反应；同时可以将传热输送助剂分离循环使用，降低能耗。

4)通过在超临界水氧化反应器内设置物料分散器、氧化剂分散器实现了物料与氧化剂的分散、均匀接触，即使在较快反应速度下反应腔体内温度也更均匀，不易出现局部高温。

附图说明

图1是本发明方法的一种工艺流程示意图；

图2是本发明方法的另一种工艺流程示意图；

图中：1-含油污泥，2-传热输送助剂，3-超临界水，4-氧化剂，5-气相物料，6-反应残渣。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

如图1所示，本发明提供的一种超临界水氧化处理含油污泥的方法为：

A)前处理：

将含油污泥1引入前处理单元，在前处理单元内，含油污泥1依次经过破碎、均质、预热和升压处理，含油污泥1温度达到150～200℃，达到后续处理要求；

B)快速加热：

将来自前处理单元的含油污泥与来自分离单元的传热输送助剂2混合后共同引入快速加热单元，在快速加热单元内，在无氧化剂存在条件下，在高流速状态下迅速加热至350～400℃；

C)分离：

将来自快速加热单元的含油污泥引入分离单元，经分离单元分离出的传热输送助剂2直接返回快速加热单元循环使用，分离出的含油污泥进入后续反应单元；

D)反应：

将来自分离单元的含油污泥引入反应单元，反应单元内可设置氧化剂分散器和物料分散器，将超临界水3和氧化剂4引入反应单元，含油污泥在超临界水环境中、在氧化剂存在下进行氧化处理，含油污泥中的有机物完全氧化成二氧化碳、水、氮气以及盐类等无毒的小分子化合物；反应后的物料初步分离为两部分，一部分为气相物料5，另一部分为反应残渣6。物料分散器可使含油污泥分散到反应器空间内避免局部物料沉积与反应过剩；氧化剂分散器可使氧化剂分散的与含油污泥进行反应，避免氧化剂局部浓度过大和局部温度过高的问题。

如图2所示，本发明提供了另一种超临界水氧化处理含油污泥的方法，其与图1的区别在于分离步骤C)：

将来自快速加热单元的含油污泥引入分离单元，经分离单元分离出的传热输送助剂2先送至反应单元，从反应单元取热后再返回快速加热单元循环使用，分离出的含油污泥进入后续反应单元。

Claims (6)

1.一种超临界水氧化处理含油污泥的方法，其特征在于主要包括如下步骤：

A)前处理：

将含油污泥依次经过破碎、均质、预热和升压处理，含油污泥温度达到150～200℃，达到后续处理要求；

B)快速加热：

将来自步骤A)的含油污泥与传热输送助剂混合后在无氧化剂存在条件下，在高流速状态下迅速加热至350～400℃；

C)分离：

将来自步骤B)的含油污泥进行分离处理，分离出的传热输送助剂和分离出传热输送助剂后的含油污泥分别进入后续处理步骤；

D)反应：

将来自步骤C)的含油污泥在超临界水环境中、在氧化剂存在下进行氧化处理，含油污泥中的有机物完全氧化成二氧化碳、水、氮气以及盐类等无毒的小分子化合物；反应后的物料初步分离为两部分，一部分为气相物料，另一部分为反应残渣。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述快速加热步骤中，含油污泥加热至351～380℃。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述传热输送助剂为二氧化碳。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述分离出的传热输送助剂直接返回快速加热步骤循环使用。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述分离出的传热输送助剂先送至反应步骤，从反应步骤取热后再返回快速加热步骤循环使用。

6.根据权利要求1～5任一所述的方法，其特征在于：所述氧化剂为氧气、液氧、空气或过氧化氢。

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