JP2011502754A

JP2011502754A - 石油残渣の燃焼脱硫後の廃棄物残渣処理方法

Info

Publication number: JP2011502754A
Application number: JP2010532403A
Authority: JP
Inventors: 少波滕
Original assignee: 少波滕
Priority date: 2007-11-08
Filing date: 2008-07-31
Publication date: 2011-01-27
Also published as: CN101182153A; EP2221283A1; MX2010005153A; US20100193986A1; CN101182153B; EP2221283A4; WO2009059494A1

Abstract

本発明は建築材料の製造方法に関わるものであり、具体的には石油精製で生じた石油残渣の燃焼脱硫を経て生じる工業廃棄物残渣の処理方法である。石油残渣の燃焼脱硫後形成される工業廃棄物残渣に対する根本的な処理・応用が今までずっと得られなかった問題を解決し、石油残渣の燃焼脱硫後の廃棄物残渣処理方法を提示した。本発明の主原料は、石油残渣の脱硫後の廃棄物残渣（飛灰や炉底残渣を含む）であり、主原料の中に添加物すなわち希硫酸溶液を加え、加える添加物の量は主原料中の酸化カルシウムの具体的な含有量と希硫酸溶液の濃度により確定する。この方法は、石油精製で生じる工業廃棄物残渣を根本から応用・処理することができ、また廃棄物の総合利用率を高め、天然資源の使用量を減少させ、循環経済を実現し、省エネルギーと排出削減になり、環境保護に積極的な意義を持ち、同時にレンガやブロックの生産コストを低下させる。

Description

発明の分野
本発明は、一種の建設資材を生産する方法に関し、またさらに特定すれば、石油精製による石油コークスの焼成および脱硫から生成される産業廃棄物を処理するために使用される方法に関する。

発明の背景
中華人民共和国では、石油産業の急速な発展に伴い、多くの大型石油精製所が順調に建設されてきた。石油精製所では、商業用石油は、多くの処理サイクル中に原油から精製され、最終的には石油コークスができる。産業廃棄物は、石油コークスの焼成および脱硫から発生する。産業廃棄物は2つの種類に分けられる。1つは一般に飛灰と呼ばれ、遠心分離機による噴煙で分離されるが、小粒子大の大きさで、比較的密度が高い。もう1つはボトムスラグ（鉱滓）と呼ばれ、仮焼炉で沈殿し、粒子の大きさはより大きい。毎年、大量の産業廃棄物が石油精製所で発生する。飛灰は、埋立地または海に廃棄することができる。ボトムスラグは、セメントを製造するための添加剤として使用することができるが、ボトムスラグの使用量は非常に少ない。一般に、セメントを製造するために必要な1トンの材料のうち、ボトムスラグはわずか5%を構成するにすぎず、また、実際の攪拌プロセスにおいて処方を修正する必要がある。従って、上記の2種類の産業廃棄物の処理および活用に関する問題は解決されておらず、これが大規模な空間占拠（陸または海の埋立て）、環境汚染、および資源の浪費につながっている。

発明の要約
本発明は、一種の建設資材を生産する方法に関し、またさらに特定すれば、石油精製による石油コークスの焼成および脱硫から発生する産業廃棄物を処理するために使用される方法に関する。本発明は、石油コークスの焼成および脱硫から発生する産業廃棄物が、長期間、完全に処理および活用され得ないという問題を解決し、石油コークスの焼成および脱硫から発生する残渣を処理する方法を規定する。本発明の主要材料は、石油コークスの焼成および脱硫から発生する残渣であり、これには飛灰およびボトムスラグを含む。希硫酸溶液の添加剤を主要材料に加えるが、添加剤の量は主要材料に含まれる酸化カルシウムの含有量および希硫酸溶液の質量パーセント組成に左右される。本方法は、石油精製により発生する産業廃棄物の完全な活用および処理を可能にし、同時に残渣の包括的な活用を向上させ、天然資源の使用を低減し、景気循環、省エネおよび出力抑制を実行し、環境保護に積極的な意義を持ち、その一方でレンガまたはレンガ積みの生産費用を削減するようになる。

発明の詳細な説明
本発明は、石油コークスの焼成および脱硫後に、長期間、処理および活用ができない産業廃棄物の問題を解決することを目的としており、この種の産業廃棄物を使ったレンガまたはレンガ積みの製造方法を規定する。本方法によって石油精製から発生する産業廃棄物の実際の処理および活用が可能になり、同時に環境保護および資源保全に好ましい影響を与える。

本発明は、次の技術的解決策、すなわち、脱硫した石油コークスから発生する残渣を処理するために使用される方法によって実行される。1つの方法に基づき、主要材料を混ぜ、添加剤を加える前に攪拌し、そしてもう一度攪拌して、主要材料と添加剤の間で完全に反応できるようにする。原料および方法の処方は次のとおりである：

A：原料：ボトムスラグを含む、脱硫した油糟から発生する残渣、

B：添加剤：質量パーセント組成が1%〜20%の希硫酸溶液、

C：分量：主要材料の分量は100重量パーセントで、主要材料に対する添加剤の分量は0.06〜0.6である。

主要材料はすべてボトムスラグであってもよく、または飛灰とボトムスラグから構成されていてもよい。後者に対する前者の比率は0〜2である。

本発明に基づき、主要材料に添加剤を加えた後は、攪拌時間は2〜10分で、これによって主要材料と添加剤を完全に反応させることができる。その後、反応後の材料を型に流し、振動させ、成形することができる。その後、レンガまたはレンガ積みは、型を抜いた後で自然乾燥させてもよい。型を抜いた後で自然乾燥にかかる時間は、7〜15日間である。夏の自然乾燥の時間は冬よりも短い。

さらに、主要材料に石膏を加えることもでき、主要材料に対する石膏の比率は0〜1である。主要材料と添加剤の完全反応から発生する物質を、その後型に流し込み、振動させ、成形する。型を抜いた後で石膏のレンガ積みが形成される。

主要材料に砂またはパーライトの粒子を加えることもでき、主要材料に対する砂の比率は0〜4である。添加された砂またはパーライトの粒子の分量が0〜0.1のように少量の場合は、レンガ積みの中空比が改善される場合がある。分量の比率が2〜4など比較的分量が多い場合は、主要材料、砂またはパーライトの粒子および添加剤の完全反応から発生する物質は、レンガの間に使用する漆喰として使用することができる。

本発明の効果は次のとおりである：飛灰およびボトムスラグの主成分は硫酸カルシウムであり、少なくとももう1つの別の成分は酸化カルシウムである。希硫酸溶液の添加剤を飛灰および残渣に加えると、まず酸化カルシウムが希硫酸溶液に含まれる水分と反応して、アルカリ物質、すなわち水酸化カルシウムを生成する。アルカリ物質は特性が不安定であり、そのため希硫酸溶液の硫酸と中和反応を起こす。すなわち：
CaO ＋ H₂O → Ca(OH)₂
Ca(OH)₂ ＋ H₂SO₄ → CaSO_4・2H₂O

上記の化学反応後、材料に含まれる石膏、すなわち硫酸カルシウムの含有量は約75%に達する。添加した希硫酸溶液の量および濃度を制御することにより、産業廃棄物の酸化カルシウムは完全に中和されない。つまり約10%〜20%の酸化カルシウムは、依然として残渣に含まれたままとなる。しかしながら、制御しない場合は、酸化カルシウムは完全に中和される。添加する希硫酸溶液の量は硫酸溶液の濃度と産業廃棄物に含有される酸化カルシウムの含有量に左右される。10%〜20%の酸化カルシウムが材料に保たれると、レンガまたはレンガ積みの圧縮強度および耐水性が向上する可能性がある。しかしながら、産業廃棄物に含有される酸化カルシウムが完全に中和されると、最終的に形成されるレンガまたはレンガ積みの圧縮強度は比較的低く、これは様々な性能基準にマイナスの影響を与えることになる。

硫酸マグネシウムは、残渣中の酸化マグネシウムと添加物としての硫酸の反応によって発生する。しかしながら、残渣中に含まれる非常に少量の酸化マグネシウムは物質の安定性にほとんど影響を及ぼさない。同時に、残渣中に含有されるその他の成分が、約800℃の高温での焼き付けによって発生するが、これは安定性が高く、また含有量は低く、硫酸と反応することはない。従って、石膏、すなわち水酸化カルシウムの強度および安定性にほとんど影響を及ぼさない。

試験により、本発明の方法を用いて石油コークスの焼成および脱硫から発生する残渣を処理することにより造られた中空のレンガ積みは、非常に高い破断強度および圧縮強度を備え、同時に石膏の通気性および耐水性を備えていることが実証された。レンガ積みは、吸水後でさえも強度損失は非常に低く、軽量であり、その密度は立法メートルあたり700キログラムを超過しない。特に、パーライト粒子を主要材料に添加した後は、レンガ積みの中空比は45%に達する。従って、本方法を用いて製造されたレンガまたはレンガ積みは軽量建材と呼ばれている。実際の試験では、本発明の実施態様に従う方法を用いて残渣から造られたレンガまたはレンガ積みは、10.2MPaの平均圧縮強度を備えていることを実証した。それらの内部被爆係数は0.2で、外部被爆は0.5であり、相対水量比は33%で、これら全てが特定の技術的要件に達した。

さらに、主要材料に石膏を添加することで造られた石膏のレンガ積みは、初期凝結時間が短く、強度が高い。主要材料に砂またはパーライトの粒子を添加することで造られた漆喰は、非常に強度が高いためひび割れしにくく、比較的強度の粘着性を備えている。本方法による利点は次のとおりである：石油精製で生成された廃棄物残渣の処理および本質的な活用、活用率の向上、天然資源の使用量の低減、レンガおよびブロックの生産コストの削減、エネルギー資源の節約、さもなければ埋立地または海に廃棄される廃棄物の減少、および環境保護。

具体的な実施方法
石油コークスを焼成する際に、石油コークスのみ焼成するか、または石油コークスに炭素を添加してから焼成する。油に含まれる硫酸の含有量が変化するため、脱硫時に添加される酸化カルシウムの含有量も変化する。従って、飛灰およびボトムスラグに含有される成分の含有量は毎回異なる。石油コークスを焼成する際に炭素が添加されない場合、飛灰に含有される各成分の含有量の理論値は計算によれば次のとおりである：

ボトムスラグに含有される各成分の含有量の理論値は次のとおりである：

1つの方法に基づき、飛灰およびボトムスラグ（乾燥粉末の形態で）を7対10の比率に従って混ぜると、これは混合されると主要材料を形成する。その後、1.5質量パーセントの砂を主要材料に添加し、飛灰、ボトムスラグおよび砂を混ぜ機械で攪拌する。攪拌の過程で、8%の希硫酸溶液の添加剤を主要材料に加えるが、主要材料に対する溶液の分量は40%である。攪拌速度は希硫酸溶液を添加する過程で増加されるべきである。添加剤と主要材料を完全に反応させるためには、添加剤を加えた後、約5分間の攪拌が必要である。反応後、15質量パーセントの酸化カルシウムが形成物質中に保たれる。

攪拌が終了した後、形成された湿潤材料をレンガプレスの型の中に流し込む。湿潤物質には2時間の初期凝結時間がかかるため、物質の初期凝結の前に、湿潤物質を振動させ成形することによって、様々なレンガ積みが造られるべきである。いったんレンガ積みが初期凝結し始めると、型の中で凝結することができ、自然乾燥には7〜15日の期間が必要である。結果として、軽量で環境にやさしく高品質の建材が形成される。夏の自然乾燥の時間は比較的短い。

残渣と硫酸の反応もまた次の先行技術による手順で完了することができる。まず、残渣に水を加え、水と残渣に含有される酸化カルシウムを完全に反応させるよう均一に攪拌する。その後、硫酸を加える。硫酸と残渣の不均一な反応のため、本方法に従って造られたレンガまたはレンガ積みには、性能が不安定だという欠陥がある。本方法の手順は非常に複雑なため、工業生産には不適切である。

本実施例においては、飛灰およびボトムスラグに含有される各成分の含有量の理論値のみが提示されている。しかしながら、実際の生産の過程では、焼成時に添加する炭素の重量が異なり、油中に含まれる硫酸の含有量が異なるため、飛灰およびボトムスラグの各成分の含有量は、特に飛灰について、変化する。従って、本発明の技術プロトコルを実施するに際して、飛灰およびボトムスラグの各成分の含有量、特に酸化カルシウムの含有量をまず特定するべきである。次に、希硫酸溶液の量は酸化カルシウムの含有量に左右される。一般に、主要材料中のボトムスラグに対する飛灰の分量が 0〜0.7の場合、造られたレンガまたはレンガ積みは最高の性能を備えるようになる。その時点で、添加する希硫酸溶液の濃度は5%〜10%が最適であり、主要材料に対する硫酸の量は約35%〜40%である。産業廃棄物中の硫酸と酸化カルシウムを完全に反応させるよう希硫酸溶液の濃度を増すと、造られたレンガまたはレンガ積みの強度および硬度は低下することになる。

上記のとおり、石油コークスを焼成する際にある分量の炭素が添加されるため、飛灰およびボトムスラグ中の未燃炭素の含有量も増加する。しかしながら、添加される炭素の量は50質量パーセントを超過することはない。試験は、未燃炭素の含有量の増加は造られたレンガまたはレンガ積みの圧縮強度に影響を及ぼすことを実証した。しかし、石油コークスに添加される炭素の量が50%であっても、圧縮強度は5MPaを超過することが保証される。

20質量パーセントの量の石膏を主要材料に添加する。主要材料および石灰を均一に混合するように攪拌する。ある分量の希硫酸溶液の添加剤を流し込んだ後、主要材料と添加剤を完全に反応させるために、2〜10分間、攪拌を継続する。攪拌が終了した後、形成された湿潤材料をレンガプレスの型の中に流し込む。添加された石膏の凝縮状態のため、物質の初期凝結時間は15分間である。物質の初期凝結の前に、湿潤物質を振動させ成形することによって、様々なレンガを造ることができる。レンガ積みの初期凝結の後、型を抜き、自然乾燥させることにより、石膏レンガ積みが造られる場合がある。

石膏のレンガ積みの特性は、初期凝結時間が短いことと高強度であることである。主要材料に添加された石膏の量が多いほど、初期凝結時間は短い。従って、添加する石膏の量は、初期凝結時間に左右される。その他の特徴は、実施例１と同じである。

主要材料に砂を添加するが、ここで砂の分量は主要材料の分量の2倍である。主要材料および砂を均一に混合するように攪拌する。ある分量の希硫酸溶液の添加剤を流し込んだ後、主要材料と添加剤を完全に反応させるために、攪拌を継続する。攪拌終了後に形成した湿潤物質をレンガの間に使用する漆喰として使用することができ、これはセメント同様に高強度を備えて、すなわち、ひび割れしにくく、またセメントよりもより強度の粘着性を備えている。その他の特徴は、実施例１と同じである。

Claims

石油残渣の燃焼脱硫後の廃棄物残渣の処理方法、この方法は主原料をドライミックスして均一に攪拌し、その後ゆっくりと添加物を加えてさらに攪拌することにより、主原料と添加物を充分に反応させる。その特徴は：この処理方法の原料および配合は以下の通りである。
（1）主原料：石油残渣の脱硫後の廃棄物残渣、炉底残渣を含む。
（2）添加物：希硫酸溶液、希硫酸溶液の濃度は1％〜20％。
（3）質量配合比：添加物すなわち希硫酸溶液と主原料の質量比は0.06〜0.6。
請求項１に述べる石油残渣の燃焼脱硫後の廃棄物残渣の処理方法に基づき、その特徴は：主原料が100％炉底残渣である。
請求項１に述べる石油残渣の燃焼脱硫後の廃棄物残渣の処理方法に基づき、その特徴は：主原料は飛灰と炉底残渣により構成され、このうち飛灰と炉底残渣の質量比は0〜2である。
請求項１に述べる石油残渣の燃焼脱硫後の廃棄物残渣の処理方法に基づき、その特徴は：主原料中に石膏を加え、石膏と主原料の質量比は0〜1である。
請求項１または４に述べる石油残渣の燃焼脱硫後の廃棄物残渣の処理方法に基づき、その特徴は：反応後の材料を金型に流し込み、振とうして圧縮成型し、型から抜いた後自然乾燥させるとレンガまたはブロックが得られる。
請求項５に述べる石油残渣の燃焼脱硫後の廃棄物残渣の処理方法に基づき、その特徴は：添加物を主原料の中に加えた後、さらに2〜10分間攪拌する必要がある。
請求項５に述べる石油残渣の燃焼脱硫後の廃棄物残渣の処理方法に基づき、その特徴は：型から抜いた後の自然乾燥させる時間は7〜15日である。
請求項１に述べる石油残渣の燃焼脱硫後の廃棄物残渣の処理方法に基づき、その特徴は：主原料中にパーライト粒子または砂を加え、パーライト粒子または砂と主原料の質量比は0〜4である。