CN117566996A - 处理油性混合物的方法和系统 - Google Patents

Abstract

接收并冷冻油性混合物以生成冷冻的油性混合物。将冷冻的油性混合物破碎成碎片。在第一加热过程中对碎片进行脱水以生成脱水的碎片。在第二加热过程中对脱水的碎片进行裂解。

Description

处理油性混合物的方法和系统

本申请是申请日为2015年12月25日、申请号为201580085811.9、发明名称为“处理油性混合物的方法和系统”的中国发明专利申请的分案申请。

背景技术

1.技术领域

本教导涉及处理油性混合物的方法，系统和程序。具体而言，本教导涉及微波处理油性混合物的方法，系统和程序。

2.技术背景的讨论

随着石油勘探，开发和生产活动的增加，产生的含油废水和油性污泥越来越多，这可能会导致严重的环境污染。因此，开发油性污泥和其他油性混合物的污染控制和资源利用技术是石油工业的关键。

用于处理油性混合物的现有方法包括浓缩和干燥法，煮沸法，溶剂萃取法，生物法和热裂解法。

浓缩和干燥法包括使用重力，浮选或离心力来浓缩油性污泥。例如，由于水比油重，油性污泥中的水可以从油性污泥的下段分离并干燥。这种处理油性污泥的方法需要很长的时间。

煮沸法包括加热油性污泥使其中的水沸腾。水和低沸点的烃(hydrocarbons)可以从装载油性污泥的塔顶蒸出。这种方法不能彻底处理油性污泥，不能很好地利用油性污泥。

溶剂萃取法主要是指使用化学溶剂从油性污泥中提取原油。经初步分离，油和其它液体流体流入萃取装置，使用一些化学溶剂来提取原油。提取原油后，将剩余的污泥在离心脱水装置中脱水，生成脱水污泥并作为燃料使用。此方法需要一个漫长而复杂的过程。

生物法主要是指对油性污泥进行微生物降解，其可以将油性污泥中的烃类有机物转换成二氧化碳和水。这会导致较高的成本，并且由于降解而导致处理速度慢。

热裂解是一种处理油性污泥的简单且彻底的方法。由于油性污泥中含有大量重质矿物油的原油，这种方法可用于裂解和冷凝重质油，从而分离和回收烃类。但现有的大多数热裂解法都在一个封闭的系统中进行，不能均匀地加热油性污泥，且不能适用于不同的进给物料。

因此，需要开发处理油性混合物的技术，以克服上述缺点。

发明内容

本教导涉及处理油性混合物的方法，系统和程序。具体而言，本教导涉及微波处理油性混合物的方法，系统和程序。

在一个示例中，公开了一种用于处理油性混合物的方法。接收并冷冻油性混合物以产生冷冻的油性混合物。将冷冻的油性混合物破碎成碎片。在第一加热过程中对所述碎片进行脱水以生成脱水的碎片。在第二加热过程中对脱水的碎片进行裂解。

在另一示例中，公开了一种用于处理油性混合物的方法。将油性混合物送入装置的第一部分。在该装置的第一部分，采用微波对所述油性混合物进行脱水，以生成脱水的产物。将脱水的产物连续地从该装置的第一部分输送到装置的第二部分。在该装置的第二部分，采用微波对脱水的产物进行裂解。

在一个不同的示例中，公开了一种用于处理油性混合物的系统。该系统包括：进料器，其被配置为接收和冷冻油性混合物以生成冷冻的油性混合物，并将冷冻的油性混合物破碎成碎片；油性混合物脱水器，其被配置为在第一加热过程中对这些碎片进行脱水以生成脱水的碎片；油性混合物裂解器，其被配置为在第二加热过程中对脱水的碎片进行裂解。

将在以下部分描述中对附加的新颖特征进行阐述，本领域技术人员在查阅下列内容和附图之后，可以部分地明显看出这些附加的新颖特征，或可以通过示例的产生或操作来获悉这些附加的新颖特征。本教导的新颖特征可以通过实践或使用在以下讨论的详尽示例中陈述的各方法、手段和组合的各方面来实现和获得。

附图说明

在示例性实施例中进一步描述了本文所描述的方法，系统和/或程序。对这些示例性实施例参照附图进行详细说明。这些实施例是非限制性的示例性实施例，其中在附图的多个视图中，类似的附图标记表示类似的结构，其中：

图1示出了根据本教导的实施例的对油性混合物进行热裂解的示例性过程；

图2示出了根据本教导的实施例的采用微波对油状混合物进行热裂解的处理流程；

图3示出了根据本教导的实施例的示例性热裂解装置的进料器的剖视图；

图4示出了根据本教导的实施例的示例性热裂解炉的侧视图；

图5示出了对本教导的实施例的热裂解装置进行说明的示例图；

图6示出了根据本教导的实施例的采用微波热裂解油性混合物的示例性过程的流程图；

图7示出了根据本教导的实施例的提取和处理由脱水产生的蒸汽的示例性过程的流程图；

图8示出了根据本教导的实施例的提取和处理由热裂解产生的裂解气的示例性过程的流程图；

图9示出了根据本教导的实施例的示例性热裂解装置的进料器的钻头的不同视图；

图10示出了根据本教导的实施例的采用微波热裂解油性混合物的示例性应用环境；

图11示出了根据本教导的实施例的采用微波热裂解油性混合物的另一个示例性应用环境；

图12示出了根据本教导的实施例的采用微波热裂解油性混合物的另一个示例性应用环境；

图13示出了根据本教导的实施例的采用微波热裂解油性混合物的另一个示例性应用环境。

具体实施方式

在以下详细描述中，通过各种示例阐述许多具体细节，以提供相关教导的透彻理解。然而，显而易见的是，本领域技术人员可以在没有这些细节的情况下实践本教导。在其它情况下，已对众所周知的方法，过程，系统，组件和/或电路以相对高的级别进行了描述，而不包含细节，以避免不必要地模糊本教导。

本公开描述了采用微波处理油性混合物，例如油性污泥，油砂，含油废水等的方法和系统。油性污泥是指在原油开采，输油，炼油和含油污水处理等过程中产生的含油的废物。油性污泥通常体积大，热值高，含水量高，成分复杂。油性污泥可能含有有害成分，其中大部分超过排放标准。这些特性可能使油性污泥的处理变得困难。

本文公开了基于热裂解处理油性污泥的方法和系统。该系统可在密封状态下热裂解油性污泥，产生可冷凝和回收的气体和残留物。相同的系统可在同一时间处理固体油性混合物和液体油性混合物。

油性混合物可以包括油性污泥，其为富含油成分的固体废物。油性污泥是主要包含粘土颗粒，有机物，絮状物，微生物及其代谢物，矿物质等的污泥。油性污泥通常来源于石油勘探，石油开发和石油化工生产过程中产生的油砂和污泥。油性污泥可以以很大的量产生。油性污泥可以包括大量的包含重质油丰富组分的油。油性污泥可以是砂基块状污泥和水基粘性污泥的形式。油性混合物还可以包括包含原油等杂质的含油废水。含油废水可以在石油和天然气生产过程中产生。

根据本教导的实施例，该系统包括进料器，其可以冷冻油性混合物并将冷冻的油性混合物破碎成碎片，它可以在整个过程中向系统输送大量的碎片。因此，根据其成分，可以直接进给油性混合物，而无需进行分类。无论油性混合物中的成分是什么，油性混合物是否包含沙基块状污泥，油-水粘性污泥，或含油废水，可直接对油性混合物进行加工，以实现通用进料。

根据本教导的实施例，该系统在处理过程中采用微波对油性污泥进行加热。微波可用于实现快速，均匀加热，具有抗酶，杀菌，自动控制等特点。微波加热是节能和安全的。微波加热技术在干燥，破碎，烧结，诱导催化，特别是化学反应的催化等方面具有广泛的应用价值。将微波用于干燥和加热油性混合物，可以有效地避免热裂解油性混合物过程中发生的焦化现象。

当进给的油性混合物经冷冻并碎成碎片之后，系统可以将这些碎片输送至炉中进行微波加热。根据本教导的实施例，微波加热是两阶段过程，包括上游干燥阶段和下游热裂解阶段。在上游干燥阶段，油性混合物中的大部分水分可蒸发，并且油性混合物中的一些轻质烃也可蒸发以被提取回收。在下游热裂解阶段，该系统可对油性混合物中的重质油组分进行热裂解，以生成轻质烃，其也可蒸发后被进一步提取回收。这两个阶段可在与传送带连接的炉子的两个部分中进行，以实现对油性混合物的连续处理。

根据本教导的实施例，该系统可以从油性混合物中回收82％以上的原油，并实现较高的安全处理率和较高的资源回收率。处理后固体残渣中的油含量可以小于0.3％。对于含油量大于20％的脱水的油性污泥，该系统可以实现净能量输出，如经济效益大于处理成本。

此外，该系统可以利用简单设备实现可靠运行和高能量回收，无二次污染，其带来环境效益和经济效益，并为油性污泥无害化和资源利用提供了新途径。此外，本教导的系统无需向正在被处理的油性混合物中添加任何东西。

将在以下部分描述中对附加的新颖特征进行阐述，本领域技术人员在查阅下列内容和附图之后，可以部分地明显看出这些附加的新颖特征，或可以通过示例的产生或操作来获悉这些附加的新颖特征。本教导的新颖特征可以通过实践或使用在以下讨论的详尽示例中陈述的各方法、手段和组合的各方面来实现和获得。

图1示出了根据本教导的实施例对油性混合物进行热裂解的示例性过程100。在物料进给102中，物料被送入系统以进行处理。该物料可以是包括基于沙基块状污泥，油-水粘性污泥，含油废水，或它们的任意组合的任何的油性混合物。在物料进给102中，系统可以对进料进行冷冻，例如使用液氮，并将冷冻的物料破碎成碎片。

在基于微波的脱水104中，系统可以通过将这些碎片暴露于微波中对碎片进行脱水，以生成脱水的碎片。这可以在微波炉的第一部分中进行，该微波炉可以使用受控的微波功率对物料进行加热。碎片中的水可以蒸发并被进一步回收再利用。在一个示例中，在基于微波的脱水104中，该系统还可以通过微波加热从碎片中提取轻质烃，并回收所提取的轻质烃供再利用。基于微波的脱水104可以在厌氧环境下进行。这里描述的脱水可以指除去油性混合物中的水分，这样它不需要除去碎片中所有的水分。

在基于微波的裂解106中，系统可快速地加热油性混合物至高于400℃，其可以包括烃蒸发阶段，热裂解阶段，和微波加热阶段。当温度超过200℃时，油性混合物碎片中的轻质烃继续蒸发，并且可以热裂解为气体，并且随着温度的升高石油产率增加。当温度在460℃～490℃，随着温度升高，液相油产率和转化率升高；当温度继续升高时，液相油产率可能会下降。当温度达到约450℃，系统可以将油性混合物碎片中的重质油组分裂解成轻质油组分以回收。当温度达到约520℃，系统可以将油性混合物碎片中的油组分裂解成轻质油和气态烃，其中不凝性气体的量可能增加。当温度高于520℃，系统可以继续用微波加热油性混合物碎片，以提取油，并产生气体和残渣。

基于微波的裂解106可以在微波炉的第二部分中在厌氧环境下进行。炉的第一部分和装置的第二部分可以通过气帘隔开，使得第一部分中的温度和第二部分中的温度可以不同。气帘可包括氮气和/或蒸汽。

在残渣处理108中，系统可以处理来自基于微波的脱水104中产生的蒸汽，以及由基于微波的裂解106中产生的裂解气和固体残渣。例如，系统可以收集来自基于微波的脱水104中产生的蒸汽，并使用所收集的蒸汽的一部分作为气帘的气源用于分离微波炉的两个部分的来源。该系统还可以使用收集的蒸汽的另一部分，在冷凝后作为喷淋水来冷却裂解的污泥残渣。

该系统可以从由基于微波的裂解106产生的裂解气中提取油，废水，和不凝性气体。该系统可以输送提取的油用于进一步分离和精制。该系统可以输送废水用于进一步处理或回收。该系统可以输送不凝性气体用于进一步处理或排出不凝性气体(如果它是无害的)。对于从基于微波的裂解106中产生的固体残渣，由于在处理后它们的油含量可能非常低，例如小于0.3％，因此它们是安全的，可适于直接排放。

图2示出了根据本教导的实施例的采用微波热裂解油性混合物的示例性详细处理流程。根据图2中所公开的例子，用于热裂解油性混合物的系统包括进料器201，微波热裂解炉202，袋式过滤器203，压缩机204，蒸汽热交换器205，裂解气冷凝器206，三相分离器207，鼓风机208，蒸汽冷凝器209，冷却水喷嘴210，污泥槽211，干燥炉腔212，热裂解炉腔213，传送带214，气帘215，216，217，排气口218，219，钻头220，气室(gas chamber)221，储油室(oilchamber)222和水箱(water chamber)223。

如图2所示，油性混合物首先投入进料器201。在进料器201，油性混合物被冷冻成为固态或不流动状态。一般而言，油性混合物可以被冷冻成任何足够硬的以能破碎成碎片的状态。例如，进料器201可以采用液氮将冷却管中的油性混合物冷冻。然后，冷冻的油性混合物被破碎成碎片，例如通过进料器201中的钻头220。钻头220可钻、切割冷冻的油性混合物成粒度或多或少均匀的碎片，这使得所述碎片可以在微波加热过程中被均匀加热。每一块可以足够小，使得其内部和外部能均匀地被微波加热。

然后将这些碎片放入微波热裂解炉202的进料端。微波热裂解炉202可以包括两个部分：干燥炉腔212和热裂解炉腔213。传送带214可以连续地输送这些碎片至两个腔室，以对油性混合物碎片连续进给。

微波热裂解炉202可以利用微波的热传导效果加热油性混合物。微波热裂解炉202可具有传送带214，例如不锈钢传送带，用于输送油性混合物碎片。微波热裂解炉202的热裂解过程包括两个阶段：上游干燥阶段和下游热裂解阶段。当传送带214输送油性混合物碎片至干燥炉腔212时，在上游干燥阶段对碎片进行干燥和脱水。当传送带214输送油性混合物碎片至热裂解炉腔213时，在下游热裂解阶段对碎片进行热裂解。传送带214连续输送油性混合物碎片至两个腔室，以连续处理油性混合物碎片。

气帘215和216分别位于微波热裂解炉202的两端，用气帘密封微波热裂解炉202。干燥炉腔212和热裂解炉腔213也通过设置在两个腔室边界处的气帘217隔开，以隔开气帘217两侧的气体。这样，两个腔室的温度可以是不同的；且微波热裂解炉202内外的温度也可以是不同的。每个气帘的气源可以是氮气发生器产生的氮气，也可以是上游干燥阶段产生的蒸汽。例如，当系统刚刚启动时，氮气发生器产生的氮气可以作为气帘的气源。当该系统运行一段时间后，在上游干燥阶段中产生的蒸汽可被用作气帘的气源。

在干燥炉腔212的上游干燥阶段，将冷冻的油性混合物碎片加热至超过100℃，例如120℃，使得油性混合物碎片中的水和/或轻质烃蒸发。该阶段可通过除去油性混合物碎片中约50％的水来对油性混合物进行脱水。蒸发的蒸汽或水蒸汽可以通过鼓风机208通过干燥炉腔212的排气口218抽出。泵送的蒸汽的一部分可以通过蒸汽热交换器205加热，并作为气帘215，216，217的气源。泵送的蒸汽的另一部分可通过蒸汽冷凝器209冷凝，作为喷淋水，通过冷却水喷嘴210，对污泥槽211中的裂解的污泥残渣进行冷却。干燥炉腔212的温度通常低于205℃。

在一个实施例中，鼓风机208通过排气口218将上游干燥阶段产生的蒸汽泵出后，蒸汽管道被分成两条线，一条通向蒸汽热交换器205，另一条通向蒸汽冷凝器209。两条线管路中蒸汽的分流比(division ratio)可以通过管道阀门成比例地进行控制。分流比可基于如下因素确定，包括处理能力，油性混合物的水分含量，气帘所需气体量等。进入蒸汽热交换器205的蒸汽部分可以与在下游热裂解阶段产生的裂解气进行热交换，使得蒸汽的温度升高，而裂解气的温度降低。蒸汽在所述蒸汽热交换器205中被加热后，蒸汽的质量可得到改善，使得经加热的蒸汽可用作气帘215，216，217的气源。进入蒸汽冷凝器209的蒸汽部分可被冷凝，然后进入冷却水喷嘴210中，作为冷却喷淋水对污泥槽211中的裂解的污泥残渣进行冷却。

在另一个实施例中，由于油性混合物碎片中的轻质烃也在上游干燥阶段蒸发，鼓风机208经由排气口218会同时泵出蒸汽和轻质烃气体。泵出的水蒸汽和轻质烃气体可通过油/水分离器(例如三相分离器)进行冷凝和分离，以分离轻质烃和水蒸汽。然后，轻质烃可以被收集起来。然后分离后的水蒸汽可分为两条线。一条线中的蒸汽进入蒸汽热交换器205，用于与下游热裂解阶段中产生的裂解气进行热交换，被加热后用作气帘215，216，217的气源。另一条线中的蒸汽进入蒸汽冷凝器209中冷凝，然后进入冷却水喷嘴210，作为冷却喷淋水对污泥槽211中的裂解的污泥残渣进行冷却。

在热裂解炉腔213中下游热裂解阶段，油性混合物碎片可以用微波迅速加热至高于400℃，例如560℃。这可以包括烃蒸发(hydrocarbon evaporation)阶段，热裂解(thermal cracking)阶段和微波加热(microwave burning)阶段。当油性混合物碎片的温度高于200℃时，油性混合物碎片中的轻质烃继续蒸发，并且可以热裂解为气体，并且随着温度的升高油产率增加。热裂解炉腔213可以利用微波快速将油性混合物碎片的温度从200℃以下加热至高于400℃，这可以有效地防止有毒物质，如二噁英的产生。当油性混合物碎片的温度在460℃～490℃时，液相油收率和转化率随温度升高而增加。当油性混合物碎片的温度继续升高时，液相油收率可能会下降。当温度达到约450℃时，热裂解炉腔213可进一步裂解油性混合物碎片中的重质油组分，以形成轻质油用于回收。当温度达到约520℃时，热裂解炉腔213可进一步裂解油性混合物碎片中的油组分，以形成轻质油和气态烃，其中不凝性气体的量可能增加。当温度高于520℃时，热裂解炉腔213可以继续用微波加热油性混合物碎片，以提取油，并产生气体和残渣。

在一个实施例中，在下游热裂解阶段中产生的裂解气可以从热裂解炉腔213的排气口219抽出。裂解气可以包括轻质油组分和水蒸汽。裂解气可进入袋式过滤器203以过滤裂解气中的粉尘(dust)或烟尘(soot)。过滤后的裂解气通过压缩机204提高其压力，以提供输送功率。然后将裂解气输送到蒸汽热交换器205，并与上游干燥阶段产生的蒸汽进行热交换，以降低裂解气的温度，并提高蒸汽的温度。

在一个实施例中，蒸汽热交换器205是具有管侧进出口和壳侧进出口的壳管式热交换器。在蒸汽热交换器205，裂解气穿过壳体，通过壳侧进口进入蒸汽热交换器205，经过热交换后，通过壳侧出口排出蒸汽热交换器205。该蒸汽穿过管道，通过管侧进口进入蒸汽热交换器205，经热交换后，经由管侧出口排出蒸汽热交换器205。

排出蒸汽热交换器205的裂解气可以通过管道输送到裂解气冷凝器206中，以进一步冷却并冷凝形成液/气混合物。液/气混合物可以包括轻质油和水。在一个实例中，裂解气冷凝器206可以用冷水冷却裂解气。

然后，液/气混合物进入用于分离的三相分离器207。利用重力，三相分离器207可以将液/气混合物分成三相：气，油和水。本实例中的三相分离器207包括气室221，储油室222和水箱223。液/气混合物中的油进入储油室222，并从储油室222底部的油出口排出。该系统可输送排出的油以进一步分离和精制。液/气混合物中的废水进入水箱223，并从水箱223底部的出水口排出。该系统可输送排出的废水以进一步处理或回收。留在液/气混合物中的不凝性气体进入气室221，并从气室221的顶部抽出。该系统可输送不凝性气体用于进一步处理或排出不凝性气体(如果它已是无害的)。

在热裂解炉腔213中的下游热裂解阶段，油性混合物碎片被热裂解，以生成裂解气并留下污泥残渣。下游热裂解阶段产生的污泥残渣可以通过传送带214输送到污泥槽211。经冷却水喷嘴210的喷淋水冷却后，在污泥槽211中的污泥残渣可以被排出，因为在处理后它们的油含量可能非常低，例如小于0.3％，因此它们是安全的，可以适于直接排放。

将基于微波的热裂解技术用于处理油性混合物是可行的。热裂解工艺对于环境是安全的。热裂解过程中产生的气体含有大量的可作为清洁燃料气体的可燃气体。热裂解过程中产生的油主要包含轻燃料油，其中汽油和柴油组分含量占比超过80％。在适当的条件下，污泥残渣中的油的比率可低至0.005％，满足排放要求。经过对污泥残渣进行分级处理后，人们可以得到一些高附加值的活性炭，提供了油性混合物的深度资源利用。

图3示出了根据本教导的实施例的示例性热裂解装置的进料器的剖视图。图3示出了进料器的示例性结构，例如图2中的进料器201。如图3所示，本实例中的进料器包括进料斗301，进料入口302，旋转活塞303，冷却管304，切割钻头305，进料出口306，转盘307，液压泵308，进料移动板309和导轨310。

根据本教导的实施例，进给的物料可直接放入进料斗301，而无需对物料进行分类，且不管进给的物料是否包括砂基块状污泥，水基粘性污泥，油砂，和/或含油废水。然后本实例中的进料移动板309可将进给的物料输送至进料入口302，其是冷却管304的入口。本实例中的旋转活塞303可有助于挤压输送物材，并通过进料入口302将其推入冷却管304。旋转活塞303可以挤压并以定量的方式推送物料。每次转盘307转动时，可以通过相应的导轨310将旋转活塞303中的一个引导到在进料入口302的物料的前部。活塞可以将定量的物料挤压并推送至冷却管304中进行冷冻。

本实例中的冷却管304是包括外层管和内层管的双层管，其中外层管设置在内层管的外侧。物料被推入内层管，而外层管填充有有冷却材料，例如液氮。当物料是在内层管中时，可以通过外层管中的冷却材料快速冷却和冷冻物料，使得物料在冷却管304中冷冻后为柱状冷冻状态。

当旋转活塞303强行地将新进给的油性混合物推入冷却管304时，旋转活塞303还将冷却管304中的柱状冷冻油性混合物推至进料出口306。当冷却管304中的柱状冷冻油性混合物被推至进料出口306时，柱状冷冻油性混合物受到进料出口306的切割钻头305的反向压力。本实例中的切割钻头305由液压泵308推动，以产生抵抗旋转活塞303推力的压力，并将部分的柱状冷冻油性混合物在进料出口306打破并切成碎片。图9示出了根据本教导的实施例的钻头(如示例性热裂解装置进料器的切割钻头305)的不同视图(俯视图902，仰视图904和侧视图906)。

根据本教导的一个实施例，切割钻头305可以将冷冻油性混合物钻孔、切割成粒度或多或少均匀的碎片，使得所述碎片在微波加热过程中可以被均匀加热。每个碎片可以足够小，使得其内外能够被微波均匀地加热。例如，对于每个碎片，沿任意方向上的尺寸小于40厘米。在另一实例中，对于每个碎片，沿任意方向上的尺寸小于35厘米。

在进料出口306的冷冻油性混合物碎片可以由传送带311输送到微波室。微波室可以是图2中所示的用于采用微波加热碎片的干燥炉腔212。然后可以将这些碎片脱水并进行热裂解，如上面关于图2所讨论的。

图4示出了根据本教导的实施例的示例性热裂解炉(如图2中的微波热裂解炉202)的侧视图。如图4所示，本实例中的微波热裂解炉202包括两个微波抑制器403，412，三个气帘404，408，411，数个微波源406，数个排气口407，一个微波炉腔410。

图4还示出了带式输送机401，其包括传送带409。在一个实施例中，传送带409是不锈钢传送带，其上部带穿过微波热裂解炉202。不锈钢传送带可以被连接到张紧装置(tensioning device)和驱动装置上。图4还示出了同时支撑带式输送机401和微波热裂解炉202的数个支架405。数个支架405可以位于张紧装置和驱动装置之间。

如上所述，在处理油性混合物时，在进料器中对油性混合物进行冷冻并切成碎片。冷冻的油性混合物碎片被连续放置在传送带409上的进料端402，使得冷冻的油性混合物碎片通过传送带409输送到微波炉腔410中。微波炉腔410的两侧被气帘404，411密封，其可在微波炉腔410中产生厌氧环境。

如上所述，微波炉腔410可分成干燥炉腔和热裂解炉腔两部分。气帘408设置在干燥炉腔和热裂解炉腔之间，以隔开两部分中的气体，使得两个腔室的温度不同。油性混合物碎片从干燥炉腔输送到热裂解炉腔后，油性混合物碎片的温度可急剧上升。

干燥炉腔和热裂解炉腔均具有排气口407，用于抽出水蒸汽和/或裂解气。如上所讨论的，在干燥炉腔中产生的水蒸汽可被加热用于向气帘提供气体，或者被冷凝成喷淋水用于冷却污泥残渣。热裂解炉腔中产生的裂解气可分别处理以提取气体，油和水。

干燥炉腔和热裂解炉腔均包括微波源406，用于产生微波以加热油性混合物碎片。两个微波抑制器403，412分别位于微波热裂解炉202的两端，以确保微波热裂解炉202中使用微波时微波不会泄漏到微波热裂解炉202的外面。

根据本教导的一个实施例，在干燥炉腔中将油性混合物碎片加热至120℃，进行干燥和脱水。脱水的油性混合物碎片由传送带409输送到热裂解炉腔。热裂解炉腔中可进行烃类蒸馏和热裂解。首先将低分子量的有机物蒸馏成气体排出。然后，将重质烃裂解以生成轻质组分并通过排气口407排出。每个腔室的温度可通过PLC(可编程逻辑控制器)控制，其包括可配置参数，如加热速度，校正时间等。

该系统可对微波热裂解炉202产生的污泥残渣进行后续处理。例如，该系统可使用安全处置技术对污泥残渣进行分级和分类，以完全转化成资源实现完全无害的残渣。

图5示出了根据本教导实施例的热裂解装置500的示例性图。如图5所示，本实例中的热裂解装置500包括物料进料器502，油性混合物脱水器504，油性混合物裂解器506和残渣处理器508。

本实例中的物料进料器502接收用于处理的物料。该物料可以是任何的包括沙基块状污泥，油-水粘性污泥，含油废水，或它们的任意组合的油性混合物。该物料进料器502可以冷冻物料，例如使用液氮，并将冷冻的物料破碎成碎片。该物料进料器502可以如通过传送带将这些碎片输送至油性混合物脱水器504。

本实例中的油性混合物脱水器504可以通过将碎片暴露于微波中对其进行脱水，生成脱水的碎片，例如在厌氧环境中。如上所讨论的，油性混合物脱水器504可以是微波炉的第一部分，其可以采用受控的微波功率加热物料内部。碎片中的水分可以蒸发和回收重复利用。油性混合物脱水器504可以通过微波加热从碎片中提取轻质烃。油性混合物脱水器504可以将脱水的碎片例如经由传送带输送至油性混合物裂解器506。油性混合物脱水器504还可以将水和轻质烃蒸汽输送至残渣处理器508进行处理。

本实例中的油性混合物裂解器506可以采用微波将脱水的碎片快速加热至高于400℃，例如在厌氧环境。当温度超过200℃时，油性混合物碎片中的轻质烃继续蒸发，并可以热裂解为气体，且随着温度的升高油产率增加。当温度在460℃～490℃，随着温度升高，液相油产率和转化率增加；当温度继续升高时，液相油产率可能会下降。当温度达到约450℃时，油性混合物裂解器506可以裂解油性混合物碎片中的重质油组分，以形成轻质油用于回收。当温度达到约520℃时，油性混合物裂解器506可以将油性混合物碎片中的油组分裂解成轻质油和气态烃，其中不凝性气体的量可能增加。当温度高于520℃时，油性混合物裂解器506可继续采用微波加热油性混合物碎片，以提取油，并产生气体和残渣。

如上所讨论的，油性混合物裂解器506可以是微波炉的第二部分。油性混合物脱水器504和油性混合物裂解器506可以通过气帘隔开，使得油性混合物脱水器504和油性混合物裂解器506中的温度可以不同。气帘可以包括氮气和/或蒸汽。油性混合物裂解器506可以生成裂解气和污泥残渣，并将裂解气和污泥残渣输送至残渣处理器508进行处理。

本实例中的残渣处理器508可以处理油性混合物脱水器504中产生的蒸汽，以及油性混合物裂解器506中产生的裂解气和污泥残渣。例如，残渣处理器508可以收集由油性混合物脱水器504产生的蒸汽，并使用所收集的蒸汽的一部分作为气帘的气源，所述气帘用于分离微波炉的两个部分。对所收集的蒸汽的另一部分进行冷凝，残渣处理器508还可以使用收集的蒸汽的这一部分作为喷淋水，以冷却由油性混合物裂解器506所产生的污泥残渣。

残渣处理器508可以从油性混合物裂解器506产生的裂解气中提取油，废水和不凝性气体。残渣处理器508可以输送所提取的油以进一步的分离和精制。残渣处理器508可以输送废水以进行进一步的处理或回收。残渣处理器508可以输送不凝性气体以进行进一步处理或排放(如果它是无害的)。对于油性混合物裂解器506所产生的污泥残渣，它们可以是安全的，适于直接排放，因为在处理后它们的油含量可能非常低，例如小于0.3％。

在一个实施例中，物料进料器502可以实现为图2或图3中的进料器。油性混合物脱水器504可以实现为图2中所示的干燥炉腔212。油性混合物裂解器506可以实现为图2中所示的热裂解炉腔213。残渣处理器508可以实现为图2中所示的冷凝器，热交换器，三相分离器和其它处理设备。可以理解的是，虽然热裂解装置500可以根据一个实施例实现为如图2-4中所示的，热裂解装置500也可以根据其他实施例实现为其它结构。

在其它实施例中，物料进料器502可以实现为螺旋进料器，其包括驱动装置，进料口(charging port)，主轴，螺旋叶片和出料口(discharging port)。驱动装置的动力输出端可连接到主轴。主轴可以配置在输送通道内。螺杆叶片可以固定在主轴上。进料口和出料口连接在输送通道的两端。

在其它实施例中，油性混合物脱水器504和油性混合物裂解器506可以实现为通过燃烧燃料或电的方式来加热油性混合物的旋转炉。在其它实施例中，油性混合物脱水器504和油性混合物裂解器506可以实现为循环流化床炉，其可以通过燃烧燃料或电加热的方式对流动的油性混合物进行加热。

在其它实施例中，残渣处理器508可以实现为收集系统，该收集系统包括：配置在输送通道外部的油气收集器，和连接到输送通道出料口的炉渣收集器。

图6是根据本教导的实施例的微波热裂解油性混合物的示例性过程流程图。在602，物料进料器接收油性混合物，例如油泥或油砂。在604将油性混合物冷冻。在606将冷冻的油性混合物破碎成碎片。碎片被输送至608进行脱水。在610，采用微波对碎片进行加热和脱水。在一个实施例中，在610对这些碎片进行加热，使得碎片中的水和轻质烃都可以蒸发。

在612对脱水产生的水蒸汽进行提取和处理。在614，将脱水的碎片输送至裂解器。在616采用微波对脱水的碎片进行加热裂解，以产生裂解气和污泥残渣。在618，对裂解气进行提取和处理。在620，收集和处理污泥残渣。

可以理解的是，根据各种实施例，采用微波热裂解油性混合物的过程可以按照不同于图6所示顺序进行。

图7是根据本教导的实施例的提取和处理由脱水产生的蒸汽的示例性过程的流程图。这可以是图6所示的步骤612的详细过程。

在702，由脱水产生的蒸汽被泵出，例如通过鼓风机。在704，泵出的蒸汽被分成两个管道。所述处理可以被分成两个分支。一个管道中的蒸汽按照步骤706至710进行处理；而另一个管道中的蒸汽按照步骤712至716进行处理。

在706，在一个管中的蒸汽被输送到热交换器。在热交换器中，在步骤708该蒸汽被热裂解过程中产生的裂解气加热。在步骤710，加热的蒸汽被提供作为气帘的气源，其隔开热裂解炉的两个腔室、或将热裂解炉与外界分开。

在712，另一管道中的蒸汽被输送到冷凝器。在714，蒸汽在冷凝器中冷却并冷凝成水。在716，将水喷淋到污泥残渣上，以冷却热裂解过程中产生的污泥残渣。

可以理解的是，根据各种实施例，用于提取和处理由脱水产生的蒸汽的过程可以按照不同于图7所示的顺序进行。

图8是根据本教导的实施例的用于提取和处理由热裂解产生的裂解气的示例性过程的流程图。这可以是图6所示的步骤618的详细过程。

在802，由热裂解产生的裂解气被泵出。裂解气可以包括轻质油组分，一些粉尘和水。在804，泵出的裂解气中的粉尘被过滤掉。在806，过滤后的裂解气的压力增加。在808，在热交换器中，裂解气被脱水产生的水蒸汽冷却。在810，裂解气进一步冷却，产生气液混合物。

气液混合物可以包括气体，油和水。在812，气液混合物可被输送到一个三相分离器，其包括气室，储油室和水箱。在814，气体从混合物中分离出来，并进入三相分离器的气室进行排放。在816，油从混合物中分离出来，进入三相分离器的储油室进行排放。在818，水从混合物中分离出来，进入三相分离器的水箱进行排放。

可以理解的是，根据各种实施例，用于提取和处理由热裂解产生的裂解气的过程可以按照不同于图8所示的顺序进行。

图10示出了根据本教导的实施例的用于微波热裂解油性混合物的示例性应用环境。如图10所示，在矿井1000收集的油砂可以是油性混合物的来源。油砂是疏松砂或部分固结砂岩，其含有天然砂，粘土或其它矿物，水和沥青。例如，在油砂矿井1000，在本教导中描述的热裂解过程100可以应用于处理油砂以产生蒸汽，裂解气和污泥残渣，这些都可以被加工成资源再利用或安全地排放到环境中。

图11示出了根据本教导的实施例的采用微波热裂解油性混合物的另一个示例性应用环境。如图11所示，石油开采1100期间产生的油泥可以是油性混合物的来源。油泥可以是由于油的胶凝或凝固而在油中形成的固体或凝胶。例如，采油厂1100的原油可以分离成油，泥，水，这可以产生大量的油泥。在本教导中描述的热裂解过程100可应用于采油厂的油泥处理，以产生蒸汽，裂解气，和污泥残渣，这些都可被加工成资源再利用或安全地排放到环境中。

图12也示出了根据本教导的实施例的另一个采用微波热裂解油性混

合物示例性应用环境。如图12所示，炼油厂1200中产生的油泥可以是油性混合物的另一个来源。炼油厂或石油炼厂是工业加工厂，在这里，可以将原油加工和提炼成更有用的产品，如石脑油，汽油，柴油，液化石油气等。根据不同的炼油工艺，可以产生不同类型的油泥。在本教导中描述的热裂解过程100可用于处理炼油厂中产生的任何类型的油泥，以生成蒸汽，裂解气，和污泥残渣，这些都可以被加工成资源再利用或安全地排放到环境中。

图13示出了根据本教导的实施例的另一个采用微波热裂解油性混合物的示例性应用环境。如图13所示，在储油1300中产生的油泥可以是油性混合物的另一个来源。在储油罐的底部，例如在2.5米以下，每年都会沉积大量的油泥。本教导中描述的热裂解过程100，可用于处理储油中产生的油泥沉淀物，以生成蒸汽，裂解气，和污泥残渣，这些都可以被加工成资源再利用或安全地排放到环境中。

尽管前面已经描述了被认为是构成本教导和/或其它实例的内容，但是可以理解的是，可以对其进行各种修改。本文所公开的主题可以以各种形式和示例来实现。并且本教导可应用于多种应用场景，而本文仅描述了其中的一部分。可以预期，通过以下权利要求来声明落入本教导实际范围内的任何的和所有的应用、修改和变化。

Claims (16)

1.一种处理油性混合物的方法，其特征在于，所述方法包括：

接收所述油性混合物；

冷冻所述油性混合物以产生冷冻的柱状油性混合物；

将所述冷冻的油性混合物破碎成碎片；每个碎片沿任意方向均小于40cm；

在第一微波加热过程中对这些碎片进行脱水，以生成脱水的碎片；其中，所述第一微波加热过程施加第一温度，和在所述第一微波加热过程中从碎片中提取轻质烃；所述第一温度为100-205℃；

和，

在第二微波加热过程中对脱水的碎片快速加热至第二温度以便对其进行裂解；其中，所述第二温度高于所述第一温度，所述第二温度为400-560℃，和在所述第二微波加热过程中从脱水的碎片中裂解重质油组分提取轻质烃；

第一微波加热过程和第二微波加热过程并行进行。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述油性混合物包含液态组分和固态组分。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述油性混合物包含油泥，油砂，或含油废水中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一微波加热过程，所述第二微波加热过程，或所述第一微波加热过程和第二微波加热过程在厌氧环境下进行。

5.一种处理油性混合物的方法，其特征在于，该方法包括：

将油性混合物注入装置的第一部分中；

在所述装置的第一部分采用第一微波加热过程对油性混合物进行脱水以生成脱水的产物；其中，在所述装置的第一部分采用第一微波加热过程将所述油性混合物加热至至少第一温度，和在所述第一微波加热过程中从碎片中提取轻质烃；所述第一温度为100-205℃；

连续地将所述脱水的产物从所述装置的第一部分输送至所述装置的第二部分；和，

在所述装置的第二部分，采用第二微波加热过程对脱水的产物快速加热至第二温度以便对其进行裂解；其中，在所述装置的第二部分，所述第二温度高于所述第一温度，所述第二温度为400-560℃，和在所述第二微波加热过程中从脱水的碎片中裂解重质油组分提取轻质烃；

第一微波加热过程和第二微波加热过程并行进行；

所述装置的第一部分和所述装置的第二部分通过气帘分隔；

所述装置的第一部分包括油性混合物脱水器；所述装置的第二部分包括油性混合物裂解器。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，进一步包括：当油性混合物在所述装置的第一部分脱水的同时，将另一油性混合物注入所述装置的第一部分。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，进一步包括：当脱水的产物从所述装置的第一部分输送至所述装置的第二部分时，同时将另一油性混合物注入所述装置的第一部分。

8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，进一步包括：当脱水的产物在所述装置的第二部分裂解的同时，将另一油性混合物注入所述装置的第一部分。

9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述油性混合物包含油泥，油砂或含油废水中的至少一种。

10.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述油性混合物包含液态组分和固态组分。

11.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，输送所述脱水的产物包括：通过输送系统将所述脱水的产物从所述装置的第一部分输送至所述装置的第二部分。

12.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述气帘包括氮气。

13.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述气帘包括当所述油性混合物在所述装置的第一部分脱水时从油性混合物中产生的水蒸汽。

14.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述装置的第一部分，所述装置的第二部分，或所述装置的第一部分和所述装置的第二部分具有厌氧环境。

15.一种用于处理油性混合物的系统，其特征在于，该系统包括：

物料进料器，其被配置为用于：

接收所述油性混合物；

冷冻油性混合物以产生冷冻的油性混合物，并将所述冷冻的油性混合物碎成碎片；

油性混合物脱水器，其被配置为用于在第一微波加热过程中对所述碎片进行脱水以产生脱水的碎片，其中，所述第一微波加热过程施加第一温度，和，

在第一微波加热过程中从碎片中提取轻质烃；和，

油性混合物裂解器，其被配置为用于在第二微波加热过程中对所述脱水的碎片快速加热至第二温度以便对其进行裂解，其中，所述第二温度高于所述第一温度且高于四百摄氏度，和，

在第二微波加热过程中从裂解的碎片中提取轻质烃；

所述油性混合物脱水器包括干燥炉腔，所述干燥炉腔中包括微波源，通过微波对油性混合物碎片进行加热脱水；

所述油性混合物裂解器包括热裂解炉腔，所述热裂解炉腔中包括微波源，通过微波对脱水后的碎片进行裂解；

所述干燥炉腔和所述热裂解炉腔之间用气帘分隔。

16.如权利要求15所述的系统，其特征在于，进一步包括：残渣处理器，其被配置为处理在所述第一加微波热过程和第二微波加热过程中产生的气体和残渣。