CN113698949A - 油基钻屑和赤泥废物协同处理系统及方法 - Google Patents

油基钻屑和赤泥废物协同处理系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及废物处理技术领域，提供了一种油基钻屑和赤泥废物协同处理系统及方法，主要包括：依次连接的混合装置、成型装置、热解装置、熄焦装置和筛分装置，混合装置用于得到油基钻屑与赤泥的混合物；成型装置用于将混合物成型为热解原料；热解装置用于对热解原料热解，生成热解固相产物；熄焦装置用于对热解固相产物降温；筛分装置用于对降温后的热解固相产物筛分，得到颗粒状的热解固相产物，热解固相产物为赤泥钻屑基铁碳材料。本发明实现了油基钻屑和赤泥两种废物的协同处理，达到以废治废的目的，并且具有操作简便、稳定可靠、节能环保等特点。

Description

油基钻屑和赤泥废物协同处理系统及方法
技术领域
本发明涉及废物处理技术领域，尤其涉及一种油基钻屑和赤泥废物协同处理系统及方法。
背景技术
目前，在开采页岩气过程中使用油基泥浆钻井，钻头切屑地层中的岩石产生大量钻屑，从而形成油基钻屑，油基钻屑中含有石油烃类、重金属和有机物等污染物，若不经处理就直接排放，将会对周边生态环境造成严重危害，世界许多地区的排放标准规定，油基钻屑中总石油烃(TPH)的质量百分数低于1％才能排放；并且赤泥是氧化铝生产过程中产生量最大也是污染最严重的废物，当前，生产1吨氧化铝，同时产生近2吨赤泥，全国赤泥年排放量高达700万吨以上。赤泥堆放不仅占用大量土地，而且还会造成土地碱化，污染地下水，危害人们健康。因此，亟需一种可以有效处理上述废物的处理系统。
发明内容
本发明提供一种油基钻屑和赤泥废物协同处理系统及方法，实现油基钻屑和赤泥两种废物的协同处理，达到以废治废的目的，并且具有操作简便、稳定可靠、节能环保等特点。
本发明提供一种油基钻屑和赤泥废物协同处理系统，包括：混合装置，用于得到油基钻屑与赤泥的混合物；成型装置，所述成型装置与所述混合装置相连，用于将所述混合物成型为热解原料；热解装置，所述热解装置的入料口与所述成型装置相连，用于对所述热解原料热解，生成热解固相产物；熄焦装置，所述熄焦装置的入料口与所述热解装置的出料口相连，用于对所述热解固相产物降温；筛分装置，所述筛分装置与所述熄焦装置的出料口相连，用于对降温后的所述热解固相产物筛分，得到颗粒状的所述热解固相产物，所述热解固相产物为赤泥钻屑基铁碳材料。
根据本发明提供的一种油基钻屑和赤泥废物协同处理系统，还包括热解油气处理单元，所述热解油气处理单元与所述热解装置相连，用于对热解产生的热解油气进行分离处理，并将处理得到的热解气和重质油回送至所述热解装置。
根据本发明提供的一种油基钻屑和赤泥废物协同处理系统，所述热解油气处理单元包括：油气冷凝分离装置、油水分离装置和渣油分离装置，所述油气冷凝分离装置的入口与所述热解装置的热解油气出口相连，所述油气冷凝分离装置的热解气出口与所述热解装置的燃料入口相连；所述油水分离装置的入口与所述油气冷凝分离装置的热解油水出口相连；所述渣油分离装置的入口与所述油水分离装置的热解油出口相连，所述渣油分离装置的重质油出口与所述热解装置的燃料入口相连。
根据本发明提供的一种油基钻屑和赤泥废物协同处理系统，所述熄焦装置内设有换热管道，用于通入常温助燃气，所述换热管道外接第一换热器，且所述第一换热器分别与所述热解装置的燃料入口及烟气出口相连。
根据本发明提供的一种油基钻屑和赤泥废物协同处理系统，还包括第二换热器，所述第二换热器与所述第一换热器相连。
根据本发明提供的一种油基钻屑和赤泥废物协同处理系统，还包括依次连接的除尘器、脱硫脱硝装置和排烟装置，且所述除尘器与所述第二换热器相连。
根据本发明提供的一种油基钻屑和赤泥废物协同处理系统，还包括油基钻屑预处理装置和赤泥破碎预热装置，所述油基钻屑预处理装置和所述赤泥破碎预热装置分别与所述混合装置相连。
根据本发明提供的一种油基钻屑和赤泥废物协同处理系统，所述热解装置为沉降炉反应器。
本发明还提供一种油基钻屑和赤泥废物协同处理方法，包括以下步骤：
S1、将油基钻屑与赤泥混合，得到混合物；
S2、将所述混合物成型为热解原料；
S3、对所述热解原料热解，生成热解固相产物；
S4、对所述热解固相产物降温；
S5、对降温后的所述热解固相产物筛分，得到颗粒状的所述热解固相产物，所述热解固相产物为赤泥钻屑基铁碳材料。
根据本发明提供的一种油基钻屑和赤泥废物协同处理方法，还包括步骤：
对热解产生的热解油气进行分离处理，并将处理得到的热解气和重质油作为热解的燃料；
对热解产生的烟气进行净化处理。
本发明提供的油基钻屑和赤泥废物协同处理系统及方法，通过混合装置得到油基钻屑与赤泥的混合物；通过成型装置将混合物成型为热解原料；通过热解装置对热解原料热解，生成热解固相产物；通过熄焦装置对热解固相产物降温；通过筛分装置对降温后的热解固相产物筛分，得到颗粒状的热解固相产物，可以作为吸附剂用于废水处理，实现热解固相产物资源化利用，其中，热解固相产物为赤泥钻屑基铁碳材料，具有高比表面积和高Cr(Ⅵ)选择性。因此，本发明通过将油基钻屑与赤泥两种废物协同处理，得到的产物为有利用价值的吸附材料，无污染物排放，达到以废治废的目的，并且具有操作简便、稳定可靠、节能环保等特点。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或相关技术中的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的油基钻屑和赤泥废物协同处理系统的结构框图；
图2是本发明提供的油基钻屑和赤泥废物协同处理方法的流程示意图；
附图标记：
1：混合装置；2：成型装置；3：热解装置；4：熄焦装置；
5：筛分装置；6：油气冷凝分离装置；7：油水分离装置；
8：渣油分离装置；9：换热管道；10：第一换热器；
11：第二换热器；12：除尘器；13：脱硫脱硝装置；
14：排烟装置；15：油基钻屑预处理装置；
16：赤泥破碎预热装置。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。
在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
下面结合图1描述本发明的油基钻屑和赤泥废物协同处理系统。
根据本发明的实施例，如图1所示，本发明提供的油基钻屑和赤泥废物协同处理系统，主要包括：依次连接的混合装置1、成型装置2、热解装置3、熄焦装置4和筛分装置5。其中，混合装置1内通入油基钻屑与赤泥两种废物并进行混合，得到油基钻屑与赤泥的混合物，此时混合物为不成型的热解原料；成型装置2的入料口与混合装置1的出料口相连，不成型的热解原料通入成型装置2处理形成成型的热解原料；热解装置3的入料口与成型装置2的出料口相连，成型的热解原料通入热解装置3内进行热解活化，生成热解固相产物；熄焦装置4的入料口与热解装置3的出料口相连，热解固相产物通入熄焦装置4降温；筛分装置5的入料口与熄焦装置4的出料口相连，降温后的热解固相产物通入筛分装置5筛分，得到颗粒状和粉末状的热解固相产物，热解固相产物为赤泥钻屑基铁碳材料，具有高比表面积和高Cr(Ⅵ)选择性。其中，颗粒状的热解固相产物可以作为吸附剂使用，粉末状的热解固相产物可再次通过成型装置成型为颗粒状后作为吸附剂使用，实现无污染物排放。
因此，本发明通过将油基钻屑与赤泥两种废物热解处理，最后得到颗粒状的热解固相产物作为吸附剂，用于废水处理，实现热解固相产物资源化利用。即本发明通过将油基钻屑与赤泥两种废物协同处理，得到的产物为有利用价值的吸附材料，无污染物排放，达到以废治废的目的，并且具有操作简便、稳定可靠、节能环保等特点；并且，本发明充分利用了原料及产物的固有特性，具体的：在热解的过程中，利用CO2、H2S、SO2等热解气体的酸性中和赤泥的碱性，降低了热解固相产物高碱性对环境影响，同时又降低了热解油气高酸性对后续连接管路的腐蚀，进而保证整个处理系统的稳定可靠性。
应当理解的是，油基钻屑与赤泥在催化热解的过程中，铁碳的协同效果生成了高品质的吸附材料，即热解固相产物。具体的：还原性的热解油气和油基钻屑中的碳元素将赤泥中的Fe3+还原成具有Cr(Ⅵ)吸附活性的Fe0，同时赤泥中的铁元素及其氧化物在热解过程中又是催化裂解的高效催化剂，具有催化活性位，在热解的同时，在其表面生长疏松多孔的活性碳，从而使最终的热解固相产物成为具有高比表面积(可达1000m2/g)和高Cr(Ⅵ)选择性的吸附材料，即赤泥钻屑基铁碳材料。因此，本发明赤泥钻屑基铁碳材料可以理解为：以油基钻屑与赤泥两种废物为原料生成的包括具有Cr(Ⅵ)吸附活性的Fe0和具有疏松多孔的活性碳的复合材料。
在本发明的一个实施例中，成型装置2包括但不限于挤条机、压板机等装置。
根据本发明的实施例，本发明处理系统还包括热解油气处理单元，热解油气处理单元与热解装置3相连，用于对热解产生的热解油气进行分离处理，并将处理得到的热解气和重质油回送至热解装置3作为燃料参与燃烧，降低整个系统天然气燃料的消耗量，实现资源的循环再利用。
在本发明的一个实施例中，如图1所示，热解油气处理单元包括：油气冷凝分离装置6、油水分离装置7和渣油分离装置8，油气冷凝分离装置6的入口与热解装置3的热解油气出口相连，油气冷凝分离装置6的热解气出口与热解装置3的燃料入口相连，热解装置3热解产生的热解油气通入油气冷凝分离装置6中冷凝分离处理，得到热解气和热解油水，热解气回送至热解装置3中作为燃料参与燃烧；油水分离装置7的入口与油气冷凝分离装置6的热解油水出口相连，热解油水通入油水分离装置7，通过油水分离装置7对热解油水进行分离处理，得到热解水和热解油；渣油分离装置8的入口与油水分离装置7的热解油出口相连，渣油分离装置8的重质油出口与热解装置3的燃料入口相连，热解油通入渣油分离装置8进行分离处理，得到高流动性的轻质油和低流动性的重质油，轻质油为低硫高品质清洁油，经济价值高，可进行回收利用，重质油为高硫低品质油，回送至热解装置3中作为燃料参与燃烧。
因此，本发明通过热解气和重质油的回注燃烧，不仅降低了整个系统的能耗，同时集中控制了整个系统的污染物。具体的：在热解过程中，硫、氮等杂原子倾向于裂解形成热解气，同时重质油中有大量的多环芳烃等污染物聚集，将热解气与重质油回注燃烧可以集中处理整个工艺过程中产生的污染物，并且生成的硫氮氧化物可以在后续的脱硫脱硝装置13中集中处理，降低了整个工艺污染物的分散性，提升了工艺的环境友好性。
根据本发明的实施例，如图1所示，熄焦装置4内设有换热管道9，用于通入常温助燃气，换热管道9外接第一换热器10，且第一换热器10分别与热解装置3的燃料入口及烟气出口相连。通过换热管道9通入常温助燃气，常温助燃气与熄焦装置4内的热解固相产物换热，降低热解固相产物的温度，同时将常温助燃气进行一次预热，得到70-100℃的中温助燃气，然后通入第一换热器10与热解装置3烟气出口排出的500-700℃高温烟气换热，进行第二预热，形成300-500℃的高温助燃气，同时对高温烟气进行降温，得到100-200℃的低温烟气，高温助燃气最后经热解装置3的燃料入口通入热解装置3内助燃。本发明利用热解固相产物的余热对常温助燃气进行一次预热，然后再利用高温烟气进行二次预热，整个工艺能量梯级利用，提升了整个工艺的能量使用率。
根据本发明的实施例，如图1所示，本发明处理系统还包括第二换热器11，第二换热器11与第一换热器10相连，经第一换热器10降温后的低温烟气通入第二换热器11进一步冷却，得到常温烟气。
本发明第一换热器10和第二换热器11的具体种类不作特别限制，只要可以实现换热即可。在本发明示例中，第二换热器11为蓄热式换热器。
根据本发明的实施例，如图1所示，本发明处理系统还包括依次连接的除尘器12、脱硫脱硝装置13和排烟装置14，且除尘器12与第二换热器11相连，对冷却后的常温烟气依次进行除尘和脱硫脱硝净化处理，达标后通过排烟装置14排放。
在本发明的一个示例中，排烟装置14为烟囱。
根据本发明的实施例，如图1所示，本发明处理系统还包括油基钻屑预处理装置15和赤泥破碎预热装置16，油基钻屑预处理装置15和赤泥破碎预热装置16分别与混合装置1的入料口相连，通过油基钻屑预处理装置15对油基钻屑物料甩干和筛选处理，得到油基钻屑颗粒，通过赤泥破碎预热装置16对赤泥进行破碎后预热，得到加热后的赤泥粉末，然后将油基钻屑颗粒和加热后的赤泥粉末通入混合装置1中进行混合，得到两者的混合物。
在本发明的一个实施例中，热解装置3为沉降炉反应器，沉降炉反应器内设有蓄热式辐射管，通过蓄热式辐射管进行加热，可以理解的是，蓄热式辐射管具有烟气出口和燃料入口。
根据本发明的实施例，本发明还提供一种油基钻屑和赤泥废物协同处理方法，下文描述的处理方法与上文描述的处理系统可相互对应参照，如图2所示，主要包括以下步骤。
S1、将油基钻屑与赤泥混合，得到混合物。
S2、将混合物成型为热解原料。
S3、对热解原料热解，生成热解固相产物。
S4、对热解固相产物降温。
S5、对降温后的热解固相产物筛分，得到颗粒状的热解固相产物，可以作为吸附剂使用，其中，热解固相产物为赤泥钻屑基铁碳材料，具有高比表面积和高Cr(Ⅵ)选择性。
根据本发明的实施例，本发明处理方法还包括步骤：对热解产生的热解油气进行分离处理，并将处理得到的热解气和重质油作为热解的燃料，并对热解产生的烟气进行净化处理。
在一个具体示例中，如图1所示，通过油基钻屑预处理装置15对油基钻屑物料甩干和筛选处理，得到颗粒粒度在5-30mm的油基钻屑颗粒，通过赤泥破碎预热装置16对赤泥进行破碎后预热到设定温度100-300℃，得到加热后的赤泥粉末，然后将油基钻屑颗粒和加热后的赤泥粉末通入混合装置1中进行混合，两者混合质量比例设置在3:7至7:3之间，与此同时添加粘结剂搅拌均匀，粘结剂种类包括但不限于羧甲基纤维素(CMC)、酚醛树脂(PR)及聚乙烯醇缩丁醛(PVB)中的一种或者多种，添加比例控制在总物料质量的10％到20％，得到两者的混合物，此时，混合物为不成型的热解原料。通过成型装置2将不成型的热解原料处理形成成型的热解原料，成型的热解原料通过热解装置3在500-800℃温度区间进行热解活化，生成热解固相产物，通过熄焦装置4的换热管道9对热解固相产物降温后送入筛分装置5筛分，得到的颗粒状的热解固相产物可以作为吸附剂使用，粉末状的热解固相产物可再次通过成型装置成型为颗粒状后作为吸附剂使用。
热解装置3热解产生的热解油气通入油气冷凝分离装置6中冷凝分离处理，得到热解气和热解油水，热解气回送至热解装置3中作为燃料参与燃烧，热解油水通入油水分离装置7，通过油水分离装置7对热解油水进行分离处理，得到热解水和热解油，热解油通入渣油分离装置8进行分离处理，得到轻质油和重质油，轻质油可进行回收利用，重质油回送至热解装置3中作为燃料参与燃烧。
通过换热管道9通入常温助燃气，常温助燃气与熄焦装置4内的热解固相产物换热，降低热解固相产物的温度，同时将常温助燃气进行一次预热，然后通入第一换热器10与热解装置3排出的高温烟气换热，进行第二预热，形成高温助燃气，同时对高温烟气进行降温，高温助燃气最后通入热解装置3内助燃。
经第一换热器10降温后的低温烟气通入第二换热器11进一步冷却至常温，再通过除尘器12、脱硫脱硝装置13和排烟装置14依次进行除尘、脱硫脱硝净化处理达标后排放。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种油基钻屑和赤泥废物协同处理系统，其特征在于，包括：
混合装置，用于得到油基钻屑与赤泥的混合物；
成型装置，所述成型装置与所述混合装置相连，用于将所述混合物成型为热解原料；
热解装置，所述热解装置的入料口与所述成型装置相连，用于对所述热解原料热解，生成热解固相产物；
熄焦装置，所述熄焦装置的入料口与所述热解装置的出料口相连，用于对所述热解固相产物降温；
筛分装置，所述筛分装置与所述熄焦装置的出料口相连，用于对降温后的所述热解固相产物筛分，得到颗粒状的所述热解固相产物，所述热解固相产物为赤泥钻屑基铁碳材料。
2.根据权利要求1所述的油基钻屑和赤泥废物协同处理系统，其特征在于，还包括热解油气处理单元，所述热解油气处理单元与所述热解装置相连，用于对热解产生的热解油气进行分离处理，并将处理得到的热解气和重质油回送至所述热解装置。
3.根据权利要求2所述的油基钻屑和赤泥废物协同处理系统，其特征在于，所述热解油气处理单元包括：油气冷凝分离装置、油水分离装置和渣油分离装置，所述油气冷凝分离装置的入口与所述热解装置的热解油气出口相连，所述油气冷凝分离装置的热解气出口与所述热解装置的燃料入口相连；所述油水分离装置的入口与所述油气冷凝分离装置的热解油水出口相连；所述渣油分离装置的入口与所述油水分离装置的热解油出口相连，所述渣油分离装置的重质油出口与所述热解装置的燃料入口相连。
4.根据权利要求1所述的油基钻屑和赤泥废物协同处理系统，其特征在于，所述熄焦装置内设有换热管道，用于通入常温助燃气，所述换热管道外接第一换热器，且所述第一换热器分别与所述热解装置的燃料入口及烟气出口相连。
5.根据权利要求4所述的油基钻屑和赤泥废物协同处理系统，其特征在于，还包括第二换热器，所述第二换热器与所述第一换热器相连。
6.根据权利要求5所述的油基钻屑和赤泥废物协同处理系统，其特征在于，还包括依次连接的除尘器、脱硫脱硝装置和排烟装置，且所述除尘器与所述第二换热器相连。
7.根据权利要求1所述的油基钻屑和赤泥废物协同处理系统，其特征在于，还包括油基钻屑预处理装置和赤泥破碎预热装置，所述油基钻屑预处理装置和所述赤泥破碎预热装置分别与所述混合装置相连。
8.根据权利要求1所述的油基钻屑和赤泥废物协同处理系统，其特征在于，所述热解装置为沉降炉反应器。
9.一种油基钻屑和赤泥废物协同处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将油基钻屑与赤泥混合，得到混合物；
S2、将所述混合物成型为热解原料；
S3、对所述热解原料热解，生成热解固相产物；
S4、对所述热解固相产物降温；
S5、对降温后的所述热解固相产物筛分，得到颗粒状的所述热解固相产物，所述热解固相产物为赤泥钻屑基铁碳材料。
10.根据权利要求9所述的油基钻屑和赤泥废物协同处理方法，其特征在于，还包括步骤：
对热解产生的热解油气进行分离处理，并将处理得到的热解气和重质油作为热解的燃料；
对热解产生的烟气进行净化处理。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN115555389A (zh) * 2022-09-12 2023-01-03 昆明理工大学 一种难降解有机废弃物与赤泥的协同处置方法

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