CN113355122B - 一种水泥窑协同处置钻井岩屑的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及废物处理领域，本发明提供了一种水泥窑协同处置钻井岩屑的方法，本方法首先采用热裂解的方式将钻井岩屑中大量的油气分离出来，并分离出废水，得到具有燃烧价值的废油，然后将岩屑渣粉碎后与其他矿物原料配比研磨成多孔陶瓷球原料；本发明的方法不但无害化处理钻井岩屑，而且使用水泥窑协同处置的方法，较少的消耗能源，最大限度的资源化利用钻井岩屑，充分实现钻井岩屑的无害化、减量化和资源化。

Description

一种水泥窑协同处置钻井岩屑的方法
技术领域
本发明涉及废物处理领域，尤其是一种水泥窑协同处置钻井岩屑的方法。
背景技术
钻井岩屑是页岩气或石油在开采过程中产生的主要固体废弃物，其中含有重金属、多环芳烃、石油烃等多种污染物质，其成分复杂、污染严重，若处置不当，极易对环境造成污染。
CN111927353A提供一种钻井岩屑处理装置，包括：两个渣浆泵、搅拌器、隔断阀、螺旋输送器、倒浆泵、固相输送泵、液相收集仓、渣浆泵输送管线、固相输送泵排料管线、倒浆泵倒浆管线和双螺旋收集三角仓；两个渣浆泵伸入液相收集仓中，通过渣浆泵输送管线与外部设备连接；搅拌器伸入液相收集仓中；液相收集仓与双螺旋收集三角仓通过围板隔开，隔断阀位于围板的底部；螺旋输送器位于双螺旋收集三角仓的底部且与固相输送泵连接；固相输送泵与固相输送泵排料管线连接；倒浆泵倒浆管线分别连接双螺旋收集三角仓和液相收集仓；倒浆泵位于倒浆泵倒浆管线上，可以适应各种工况，实现一体化作业，提高工作效率，保障设备的使用寿命及安全，杜绝出现跑浆现象。
CN103191834A一种石油钻井岩屑甩干机，属于固液分离设备技术领域，旨在解决现有的固液分离设备构造设计不合理，污染环境和浪费资源的问题。它是采用圆锥形筛网固定在转臂上，转臂轴孔中装有中心轴，中心轴上装有刮料器，变速器固定在甩干机外壳上，电机连接变速器的输入轴，变速器连接转臂和中心轴，甩干机机座的外壳内连有隔板将机壳分隔为湿腔、干腔和传动腔共3个腔室，甩干机外壳的顶部固定有加料漏斗，底部固定有排料漏斗。其结构简单，适用于石油钻井岩屑的固液分离和回收，以及其它适用行业的固液分离。
CN111734330A提供了一种钻井水基岩屑处理系统，包括加药预处理系统、筛分系统、压滤系统和水处理站；所述加药预处理系统包括水基岩屑暂存池和预处理池；所述筛分系统包括高频振动筛、冲洗水管路系统、筛上物运输车辆和泥浆暂存池；所述压滤系统包括浓缩池、泥浆泵池、厢式隔膜压滤机、泥饼仓和压滤水储存池；所述水处理站与压滤水储存池相连，且水处理站用于处理压滤水。该发明的处理系统能处理钻井水基岩屑，能实现固液完全分离，固体能运送到砖厂和水泥厂作原料，液体经过水处理设施处理达标后进行回用，能实现无害化处理利用钻井水基岩屑，能保护环境。
无害化处理这些钻井岩屑是目前危废处理的基本要求，但是如何使用最少的能源消耗，最大限度的资源化利用钻井岩屑是目前难以解决的问题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种水泥窑协同处置钻井岩屑的方法。
一种水泥窑协同处置钻井岩屑的方法，其方案为：
S1、热解析处理，将1000-1500份的钻井岩屑使用输送机送入到热解析装置中，所述的热解析装置采用水泥窑高温尾气加热，控制装置内维度为150-200℃，热解析时间为10-20min，分离得到油气和岩屑渣；
S2、油气分离，热解析装置中挥发的油气在冷却塔中冷却，进入到冷却槽中，然后在沉淀罐中静置分离出废水，得到的废油进入到储油罐；
S3、焚烧岩屑渣，将岩屑渣进行粉碎得到岩屑渣粉，然后将800-1000份的岩屑渣粉与200-300份的硅灰石，50-100份的滑石，10-100份的高岭土，80-200份的致孔剂，30-60份的钾长石和20-40份的钠长石加入磨料机中，球磨30-60min后造粒成球，在80-120℃下干燥后在水泥窑中，控温到700-1000℃，煅烧后得到多孔陶瓷球；所述得致孔剂为一种低阶煤水煤浆，其制备方法为：
按照质量份数，加入30-45份的甲基含氢聚硅氧烷和1.3-3.8份的辛烯基琥珀酸酐和0.8-3.4份的二烯丙基二乙基氯化铵，0.5-0.9份质量百分比含量为5-9%的氯铂酸的异丙醇溶液至反应釜中，通入氮气，50-60℃搅拌130-160min，然后加入0.5-1.5份多乙烯多胺，150-190份的水，0.5-1.5份过硫酸铵，加热到60-80℃，在研磨机中与1000-1200份的沥青研磨乳化30-60min，得到乳化沥青，
然后将100-150份得到的乳化沥青加入到1000-2000份的煤粉中，搅拌混合均匀后在90-110℃下烘干煤粉，然后将煤粉加入到10000-12000份的水中，并加入12-25份的分散剂，搅拌混合均匀后即可得到所述的低阶煤水煤浆。
所述甲基含氢聚硅氧烷为市售产品，如深圳红叶杰科技有限公司的产品；结构式示意为：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE002
反应机理为：甲基含氢聚硅氧烷和辛烯基琥珀酸酐和二烯丙基二乙基氯化铵，发生硅氢加成反应，其部分反应的方程式示意为：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE004
Figure DEST_PATH_IMAGE006
进一步的，其双键聚合生成饱和的化合物。
所述的焚烧岩屑渣产生的烟气需要经过烟气净化系统二次燃烧并净化后排放。
所述的钻井岩屑含有废油率为18%-24%。
所述的岩屑渣含有废油率为0.8%-2.4%。
所述的煤粉为廉价低阶煤粉。
所述的分散剂为木质素磺酸钠或萘磺酸钠。
所述乙烯基硅树脂为具有流动性的甲基乙烯基硅树脂、苯基乙烯基硅树脂；
本发明提供了一种水泥窑协同处置钻井岩屑的方法，本方法首先采用热裂解的方式将钻井岩屑中大量的油气分离出来，并分离出废水，得到具有燃烧价值的废油，然后将岩屑渣粉碎后与其他矿物原料配比研磨成多孔陶瓷球原料；本发明使用一种低阶煤灰制备的水煤浆作为多孔陶瓷球的致孔剂，基含氢聚硅氧烷和辛烯基琥珀酸酐和二烯丙基二乙基氯化铵，发生硅氢加成反应，其双键聚合生成饱和的化合物；本发明用一种乳化沥青对低阶煤灰进行表面改性，能将低阶煤亲水性降低，制备水煤浆沉成浆性能优异，稳定性好，能够均匀分散于孔陶瓷球原料中，提高材料孔隙率和空隙均匀性，有利于增强材料的强度；本发明的方法不但无害化处理钻井岩屑，而且使用水泥窑协同处置的方法，较少的消耗能源，最大限度的资源化利用钻井岩屑，充分实现钻井岩屑的无害化、减量化和资源化。
附图说明
图1为实施例2使用的二烯丙基二乙基氯化铵所做的1HNMR图谱。
图2为实施例2制备的致孔剂的傅里叶红外光谱图：
在2964cm-1附近存在碳氢键的伸缩吸收峰，在1473cm-1附近存在苯环骨架的伸缩吸收峰，说明沥青参与了反应；在1631cm-1附近存在羟基的吸收峰，说明水参与了反应；在1063/813cm-1附近存在硅氧键的反对称/对称伸缩吸收峰，在692cm-1附近存在硅碳键的伸缩吸收峰，说明甲基含氢聚硅氧烷参与了反应；在1855cm-1附近存在羰基的伸缩吸收峰，在872cm-1附近存在环状酸酐的反对称伸缩吸收峰，说明辛烯基琥珀酸酐参与了反应；在1015cm-1附近存在碳氮单键的吸收峰，说明二烯丙基二乙基氯化铵参与了反应；在3120cm-1附近存在氮氢键的伸缩吸收峰，说明多乙烯多胺参与了反应。
具体实施方式
下面通过具体实施例对该发明作进一步说明：
实施例1
一种水泥窑协同处置钻井岩屑的方法，其方案为：
S1、热解析处理，将1000kg钻井岩屑使用输送机送入到热解析装置中，所述的热解析装置采用水泥窑高温尾气加热，控制装置内维度为150℃，热解析时间为10min，分离得到油气和岩屑渣；
S2、油气分离，热解析装置中挥发的油气在冷却塔中冷却，进入到冷却槽中，然后在沉淀罐中静置分离出废水，得到的废油进入到储油罐；
S3、焚烧岩屑渣，将岩屑渣进行粉碎得到岩屑渣粉，然后将800kg岩屑渣粉与200kg硅灰石，50kg滑石，10kg高岭土，80kg致孔剂，30kg钾长石和20kg钠长石加入磨料机中，球磨30min后造粒成球，在80℃下干燥后在水泥窑中，控温到700℃，煅烧后得到多孔陶瓷球；所述得致孔剂为一种低阶煤水煤浆，其制备方法为：
加入30kg的甲基含氢聚硅氧烷和1.3kg的辛烯基琥珀酸酐和0.8kg的二烯丙基二乙基氯化铵，0.5kg质量百分比含量为5%的氯铂酸的异丙醇溶液至反应釜中，通入氮气，50℃搅拌130min，然后加入0.5kg多乙烯多胺，150kg的水，0.5kg过硫酸铵，加热到60℃，在研磨机中与1000kg的沥青研磨乳化30min，得到乳化沥青，
然后将100kg得到的乳化沥青加入到1000kg的煤粉中，搅拌混合均匀后在90℃下烘干煤粉，然后将煤粉加入到10000kg的水中，并加入12kg的分散剂，搅拌混合均匀后即可得到所述的低阶煤水煤浆。
所述的焚烧岩屑渣产生的烟气需要经过烟气净化系统二次燃烧并净化后排放。
所述的钻井岩屑含有废油率为18%。
所述的岩屑渣含有废油率为0.8%。
所述的二烯丙基二乙基氯化铵为十六烷基三甲基氯化铵。
所述的煤粉为廉价低阶煤粉。
所述的分散剂为木质素磺酸钠。
实施例2
一种水泥窑协同处置钻井岩屑的方法，其方案为：
S1、热解析处理，将1300kg钻井岩屑使用输送机送入到热解析装置中，所述的热解析装置采用水泥窑高温尾气加热，控制装置内维度为180℃，热解析时间为15min，分离得到油气和岩屑渣；
S2、油气分离，热解析装置中挥发的油气在冷却塔中冷却，进入到冷却槽中，然后在沉淀罐中静置分离出废水，得到的废油进入到储油罐；
S3、焚烧岩屑渣，将岩屑渣进行粉碎得到岩屑渣粉，然后将900kg岩屑渣粉与240kg硅灰石，80kg滑石，50kg高岭土，120kg致孔剂，40kg钾长石和30kg钠长石加入磨料机中，球磨40min后造粒成球，在100℃下干燥后在水泥窑中，控温到800℃，煅烧后得到多孔陶瓷球；所述得致孔剂为一种低阶煤水煤浆，其制备方法为：
加入38kg的甲基含氢聚硅氧烷和2.6kg的辛烯基琥珀酸酐和2.1kg的二烯丙基二乙基氯化铵，0.7kg质量百分比含量为7%的氯铂酸的异丙醇溶液至反应釜中，通入氮气，55℃搅拌145min，然后加入1kg多乙烯多胺，170kg的水，1kg过硫酸铵，加热到70℃，在研磨机中与1100kg的沥青研磨乳化45min，得到乳化沥青，
然后将125kg得到的乳化沥青加入到1500kg的煤粉中，搅拌混合均匀后在100℃下烘干煤粉，然后将煤粉加入到11000kg的水中，并加入18kg的分散剂，搅拌混合均匀后即可得到所述的低阶煤水煤浆。
所述的焚烧岩屑渣产生的烟气需要经过烟气净化系统二次燃烧并净化后排放。
所述的钻井岩屑含有废油率为24%。
所述的岩屑渣含有废油率为1.6%。
所述的二烯丙基二乙基氯化铵为十烷基三甲基氯化铵。
所述的煤粉为廉价低阶煤粉。
所述的分散剂为萘磺酸钠。
实施例3
一种水泥窑协同处置钻井岩屑的方法，其方案为：
S1、热解析处理，将1500kg钻井岩屑使用输送机送入到热解析装置中，所述的热解析装置采用水泥窑高温尾气加热，控制装置内维度为200℃，热解析时间为20min，分离得到油气和岩屑渣；
S2、油气分离，热解析装置中挥发的油气在冷却塔中冷却，进入到冷却槽中，然后在沉淀罐中静置分离出废水，得到的废油进入到储油罐；
S3、焚烧岩屑渣，将岩屑渣进行粉碎得到岩屑渣粉，然后将1000kg岩屑渣粉与300kg硅灰石，100kg滑石，100kg高岭土，200kg致孔剂，60kg钾长石和40kg钠长石加入磨料机中，球磨60min后造粒成球，在120℃下干燥后在水泥窑中，控温到1000℃，煅烧后得到多孔陶瓷球；所述得致孔剂为一种低阶煤水煤浆，其制备方法为：
加入45kg的甲基含氢聚硅氧烷和3.8kg的辛烯基琥珀酸酐和3.4kg的二烯丙基二乙基氯化铵， 0.9kg质量百分比含量为9%的氯铂酸的异丙醇溶液至反应釜中，通入氮气，60℃搅拌160min，然后加入1.5kg多乙烯多胺， 190kg的水， 1.5kg过硫酸铵，加热到80℃，在研磨机中与1200kg的沥青研磨乳化60min，得到乳化沥青，
然后将150kg得到的乳化沥青加入到2000kg的煤粉中，搅拌混合均匀后在110℃下烘干煤粉，然后将煤粉加入到12000kg的水中，并加入25kg的分散剂，搅拌混合均匀后即可得到所述的低阶煤水煤浆。
所述的焚烧岩屑渣产生的烟气需要经过烟气净化系统二次燃烧并净化后排放。
所述的钻井岩屑含有废油率为24%。
所述的岩屑渣含有废油率为2.4%。
所述的二烯丙基二乙基氯化铵为十六烷基三甲基溴化铵。
所述的煤粉为廉价低阶煤粉。
所述的分散剂为木质素磺酸钠。
以上实施例制备的多孔陶瓷球产品根据国标(GB 1966-80)中的标准规范采用静力称重法测定气孔率；多孔陶瓷球产品的机械力学性能一般用压碎强度来表示，本实施例中根据GB 1964-1996-T多孔陶瓷抗压强度试验方法采用MTS810(美国)压力测试机进行机械力学性能测试。其测试结果如下表所示：
气孔率 压碎强度（MPa）
实施例1 34.25 15.68
实施例2 37.14 13.41
实施例3 37.52 12.93
对比例1
一种水泥窑协同处置钻井岩屑的方法，其方案为：
S1、热解析处理，将1000kg钻井岩屑使用输送机送入到热解析装置中，所述的热解析装置采用水泥窑高温尾气加热，控制装置内维度为150℃，热解析时间为10min，分离得到油气和岩屑渣；
S2、油气分离，热解析装置中挥发的油气在冷却塔中冷却，进入到冷却槽中，然后在沉淀罐中静置分离出废水，得到的废油进入到储油罐；
S3、焚烧岩屑渣，将岩屑渣进行粉碎得到岩屑渣粉，然后将800kg岩屑渣粉与200kg硅灰石，50kg滑石，10kg高岭土，80kg致孔剂，30kg钾长石和20kg钠长石加入磨料机中，球磨30min后造粒成球，在80℃下干燥后在水泥窑中，控温到700℃，煅烧后得到多孔陶瓷球；所述得致孔剂为一种煤粉；
所述的焚烧岩屑渣产生的烟气需要经过烟气净化系统二次燃烧并净化后排放。
所述的钻井岩屑含有废油率为18%。
所述的岩屑渣含有废油率为0.8%。
所述的煤粉为廉价低阶煤粉。
对比例2
一种水泥窑协同处置钻井岩屑的方法，其方案为：
S1、热解析处理，将1000kg钻井岩屑使用输送机送入到热解析装置中，所述的热解析装置采用水泥窑高温尾气加热，控制装置内维度为150℃，热解析时间为10min，分离得到油气和岩屑渣；
S2、油气分离，热解析装置中挥发的油气在冷却塔中冷却，进入到冷却槽中，然后在沉淀罐中静置分离出废水，得到的废油进入到储油罐；
S3、焚烧岩屑渣，将岩屑渣进行粉碎得到岩屑渣粉，然后将800kg岩屑渣粉与200kg硅灰石，50kg滑石，10kg高岭土，80kg致孔剂，30kg钾长石和20kg钠长石加入磨料机中，球磨30min后造粒成球，在80℃下干燥后在水泥窑中，控温到700℃，煅烧后得到多孔陶瓷球；所述得致孔剂为一种低阶煤水煤浆，其制备方法为：
将500kg煤粉在90℃下烘干煤粉，然后将煤粉加入到1000kg水中，并加入1.2kg分散剂，搅拌混合均匀后即可得到所述的低阶煤水煤浆；
所述的焚烧岩屑渣产生的烟气需要经过烟气净化系统二次燃烧并净化后排放。
所述的钻井岩屑含有废油率为18%。
所述的岩屑渣含有废油率为0.8%。
所述的煤粉为廉价低阶煤粉。
所述的分散剂为木质素磺酸钠。
对比例3
一种水泥窑协同处置钻井岩屑的方法，其方案为：
S1、热解析处理，将1000kg钻井岩屑使用输送机送入到热解析装置中，所述的热解析装置采用水泥窑高温尾气加热，控制装置内维度为150℃，热解析时间为10min，分离得到油气和岩屑渣；
S2、油气分离，热解析装置中挥发的油气在冷却塔中冷却，进入到冷却槽中，然后在沉淀罐中静置分离出废水，得到的废油进入到储油罐；
S3、焚烧岩屑渣，将岩屑渣进行粉碎得到岩屑渣粉，然后将800kg岩屑渣粉与200kg硅灰石，50kg滑石，80kg致孔剂，30kg钾长石和20kg钠长石加入磨料机中，球磨30min后造粒成球，在80℃下干燥后在水泥窑中，控温到700℃，煅烧后得到多孔陶瓷球；所述得致孔剂为一种低阶煤水煤浆，其制备方法为：
加入30kg的甲基含氢聚硅氧烷和1.3kg的辛烯基琥珀酸酐和0.8kg的二烯丙基二乙基氯化铵，0.5kg质量百分比含量为5%的氯铂酸的异丙醇溶液至反应釜中，通入氮气，50℃搅拌130min，在研磨机中与1000kg的沥青研磨乳化30min，得到乳化沥青，
然后将100kg得到的乳化沥青加入到1000kg的煤粉中，搅拌混合均匀后在90℃下烘干煤粉，然后将煤粉加入到10000kg的水中，并加入12kg的分散剂，搅拌混合均匀后即可得到所述的低阶煤水煤浆。
所述的焚烧岩屑渣产生的烟气需要经过烟气净化系统二次燃烧并净化后排放。
所述的钻井岩屑含有废油率为18%。
所述的岩屑渣含有废油率为0.8%。
所述的二烯丙基二乙基氯化铵为十六烷基三甲基氯化铵。
所述的煤粉为廉价低阶煤粉。
所述的分散剂为木质素磺酸钠。
以上对比例制备的多孔陶瓷球的测试结果如下表所示：
气孔率 压碎强度（MPa）
对比例1 21.52 16.01
对比例2 27.54 14.11
对比例3 34.21 13.47

Claims (6)

1.一种水泥窑协同处置钻井岩屑的方法，其方案为：
S1、热解析处理，将1000-1500份的钻井岩屑使用输送机送入到热解析装置中，所述的热解析装置采用水泥窑高温尾气加热，控制装置内温度为150-200℃，热解析时间为10-20min，分离得到油气和岩屑渣；
S2、油气分离，热解析装置中挥发的油气在冷却塔中冷却，进入到冷却槽中，然后在沉淀罐中静置分离出废水，得到的废油进入到储油罐；
S3、焚烧岩屑渣，将岩屑渣进行粉碎得到岩屑渣粉，然后将800-1000份的岩屑渣粉与200-300份的硅灰石，50-100份的滑石，10-100份的高岭土，80-200份的致孔剂，30-60份的钾长石和20-40份的钠长石加入磨料机中，球磨30-60min后造粒成球，在80-120℃下干燥后在水泥窑中，控温到700-1000℃，煅烧后得到多孔陶瓷球；所述的致孔剂为一种低阶煤水煤浆，其制备方法为：
按照质量份数，加入30-45份的甲基含氢聚硅氧烷和1.3-3.8份的辛烯基琥珀酸酐和0.8-3.4份的二烯丙基二乙基氯化铵，0.5-0.9份质量百分比含量为5-9%的氯铂酸的异丙醇溶液至反应釜中，通入氮气，50-60℃搅拌130-160min，然后加入0.5-1.5份多乙烯多胺，150-190份的水，0.5-1.5份过硫酸铵，加热到60-80℃，在研磨机中与1000-1200份的沥青研磨乳化30-60min，得到乳化沥青，
然后将100-150份得到的乳化沥青加入到1000-2000份的煤粉中，搅拌混合均匀后在90-110℃下烘干煤粉，然后将煤粉加入到10000-12000份的水中，并加入12-25份的分散剂，搅拌混合均匀后即可得到所述的低阶煤水煤浆；
甲基含氢聚硅氧烷和辛烯基琥珀酸酐和二烯丙基二乙基氯化铵，发生硅氢加成反应，其部分反应的方程式示意为：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
Figure DEST_PATH_IMAGE004
其双键聚合生成饱和的化合物。
2.根据权利要求1所述的一种水泥窑协同处置钻井岩屑的方法，其特征在于：所述的焚烧岩屑渣产生的烟气需要经过烟气净化系统二次燃烧并净化后排放。
3.根据权利要求1所述的一种水泥窑协同处置钻井岩屑的方法，其特征在于：所述的钻井岩屑含有废油率为18%-24%。
4.根据权利要求1所述的一种水泥窑协同处置钻井岩屑的方法，其特征在于：所述的岩屑渣含有废油率为0.8%-2.4%。
5.根据权利要求1所述的一种水泥窑协同处置钻井岩屑的方法，其特征在于：所述的煤粉为廉价低阶煤粉。
6.根据权利要求1所述的一种水泥窑协同处置钻井岩屑的方法，其特征在于：所述的分散剂为木质素磺酸钠或萘磺酸钠。
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