CN108238706B - 含油污泥分步热解处理***及工艺 - Google Patents

含油污泥分步热解处理***及工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种含油污泥分步热解处理***及工艺，所述处理***包括第一热解反应器、第二热解反应器、热交换器、供热燃烧炉、汽水分离器、油气冷凝器和气液分离器；本发明能够在不同的热解温度与气氛下实现含油污泥的清洁化、无害化、资源化处理，与常规热解技术比较，本发明产生的热解残余物其含油率＜0.3％，且重金属元素固化到其中难以浸出，热解残余物本身达到普通固体废物的标准，可直接填埋处理而不会产生二次污染；此外，本发明既可以回收含油污泥中的热解油作为商品燃料油，也可以将热解油与回收的可燃气一起用于***内部供热以避免额外能耗，实现资源和能量的循环利用；本发明兼具社会效益和经济效益，具有广阔的应用前景。

Description

含油污泥分步热解处理***及工艺
技术领域
本发明涉及一种含油污泥分步热解处理***及工艺。
背景技术
含油污泥是油田及炼化企业的主要固体废物之一。我国石油企业每年产生落地油泥(含油污泥)约120万吨，其外观一般为黑色粘稠状，乳化严重、流动性差、有臭味及原油味，还含有大量的原油、乳化油等有害物质；每年约1/10的落地油泥会流入环境，如果不对其进行有效处理，不仅会造成二次污染，还会对人类健康产生巨大的危害。我国已将含油污泥列入《国家危险废物目录》中，《清洁生产促进法》和《固体废物环境污染防治法》也要求必须对其进行无害化处理。
当前，国内外处理含油污泥的传统方法有焚烧法、生物处理法、热洗涤法、溶剂萃取法、化学破乳法、固液分离法等，但均有不同程度的缺点：焚烧法能耗大、易产生二次污染，油资源未得到回收利用；生物处理法需将含油污泥混以松散剂、肥料和培菌液，经常颤动并自然通风，历时41天才能将97％的石油烃生物降解，同样油资源也没有得到回收利用；溶剂萃取法流程长、工艺复杂、处理周期长、后处理费用高，只对含大量难以降解的有机物的含油污泥适用；化学破乳法对乳化严重的含油污泥需另加破乳剂和加热；固液分离法对于含油量高、污染严重的含油污泥的油回收率较低。可见，上述传统方法由于处理效果及生产成本等原因，难以在国内普及应用，导致目前我国含油污泥处理问题一直没有得到有效解决。
开展含油污泥处理与资源化是含油污泥处理的根本出路。热解法是一种能量回收型的处理技术，其特点是处理彻底、可回收燃油燃气资源，是能量净输出过程。含油污泥在绝氧条件下加热到一定温度使烃类及有机物解聚、烃热解后，剩余泥渣、烃类即其他有用资源即可回收利用。然而，传统热解法产生的油泥热解残余物其含油率最低仍达到2％，热解残余物中以分子状态和离子状态存在的重金属不发生变化，这些热解残余物若填埋到土壤中会造成二次污染，给动植物造成极大的危害。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中含油污泥经热解处理工艺后所得的热解残余物其含油率降低程度有限、内含的重金属元素易造成二次污染的缺陷，提供了一种含油污泥分步热解处理***及工艺。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
本发明提供了一种含油污泥分步热解处理***，其包括第一热解反应器、第二热解反应器、热交换器、供热燃烧炉、汽水分离器、油气冷凝器和气液分离器；所述第一热解反应器的固相出料口与所述第二热解反应器的固相进料口连接，所述第一热解反应器的气相出料口与所述汽水分离器连接，所述第一热解反应器的烟气出口与所述热交换器的热流体入口连接，所述第二热解反应器的气相出料口与所述油气冷凝器和所述气液分离器依次连接，所述汽水分离器的气相出口与所述油气冷凝器连接，所述气液分离器的气相出口和所述热交换器的冷流体出口均与所述供热燃烧炉的进料口连接，且所述供热燃烧炉的出料口与所述第二热解反应器的气相进料口连接。
本发明中，所述第一热解反应器和所述第二热解反应器均为本领域常规的可连续处理的热解反应器，至少包括一进料口和一出料口，根据结构不同分为固定床热解反应器、移动床热解反应器、流化床热解反应器和旋转炉热解反应器等，可根据实际情况选择所需的热解反应器形式。
本发明中，所述第一热解反应器和所述第二热解反应器之间较佳地设有一液压式密闭给料机，用于将经所述第一热解反应器初步处理后的含油污泥送入所述第二热解反应器中；所述液压式密闭给料机为本领域常规的液压式密闭给料机。
本发明中，所述热交换器为本领域常规的以冷、热流体之间热量交换为原理的热交换器，包括冷流体入口、冷流体出口、热流体入口和热流体出口；所述热交换器根据作用原理不同分为间壁式换热器、蓄热式换热器和混合式换热器，可根据实际情况选择所需的热交换器形式。
本发明中，所述热交换器的热流体出口较佳地与一烟气净化塔连接；所述烟气净化塔为本领域常规，用于实现烟气的回收。
本发明中，所述供热燃烧炉为本领域常规的燃烧装置，用于为热解处理***提供部分热能。
本发明中，所述油气冷凝器为本领域常规的油气冷凝器，用于分离回收热解产生的燃油和燃气。
本发明中，所述油气冷凝器较佳地包括一级油气冷凝器和二级油气冷凝器，所述一级油气冷凝器用于高温油气的初步冷凝回收。
本发明中，所述汽水分离器为本领域常规的汽水分离器，用于将第一热解反应器所产热解油气中所夹带的水分除去；所述汽水分离器的气相出口较佳地与所述一级油气冷凝器连接，所述汽水分离器的排水口与污水处理***连接。
本发明中，所述气液分离器为本领域常规的气液分离器，所述气液分离器的气相出口较佳地与一可燃气洗涤净化器连接，所述气液分离器的液相出口较佳地与一燃料油储存装置连接；所述可燃气洗涤净化器为本领域常规的净化器。
本发明还提供了一种应用如上所述的含油污泥分步热解处理***的处理工艺，其包括以下步骤：
(1)将干化后的含油污泥送入第一热解反应器中进行初步热解反应，得到高温烟气、一级热解油气和初步处理后的含油污泥，所述高温烟气通入热交换器与空气换热后分别得低温烟气和加热空气，所述低温烟气经烟气净化塔处理吸收，所述一级热解油气通入汽水分离器以除去所夹带的水分；
(2)将所述初步处理后的含油污泥送入第二热解反应器中，并通入H2O进行二次热解反应，得到固化热解碳和二级热解油气，所述二级热解油气和经所述汽水分离器处理后的所述一级热解油气在油气冷凝器中混合后经气液分离器得热解油和可燃气，所述可燃气与所述加热空气混合并于供热燃烧炉中燃烧后通入所述第二热解反应器；
(3)回收所述固化热解碳和所述热解油，即可；
其中，步骤(1)中，所述初步热解反应的反应温度为420～550℃，反应时间为25～30min；
步骤(2)中，所述二次热解反应的反应温度为550～600℃，反应时间为30min。
本发明中，所述含油污泥为本领域常规，一般指石油工业生产过程中由于各种因素导致原油、成品油和渣油等重质油泄漏后与泥土、水等混合在一起而形成的污泥混合物；所述含油污泥的含油率一般为10～50％，含水率为40～90％，同时伴有一定量的泥沙固体。
本发明中，步骤(1)中，所述干化为本领域常规操作，用于初步除去含油污泥中的水分；所述干化后的含油污泥的含水率较佳地低于35％。
本发明中，步骤(1)中，所述初步热解反应较佳地在绝氧或贫氧条件下进行。
本发明中，步骤(2)中，较佳地还向所述第二热解反应器中通入O2；所述O2用于当出现反应温度过低的情况时起到助燃作用，以提升所述二次热解反应的反应温度。
本发明中，步骤(2)中，较佳地还向所述第二热解反应器中通入N2；所述N2用于当出现反应温度过高的情况时起到抑燃作用，以降低所述二次热解反应的反应温度。
本发明中，对于经处理后的所述固化热解碳中含油率和重金属含量是否达到排放标准的判断根据中国国家标准GB4284-1984《农用污泥中污染物控制标准》进行。
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
本发明的积极进步效果在于：本发明的含油污泥分步热解处理设备及工艺能够在不同的热解温度与气氛下实现含油污泥的清洁化、无害化、资源化处理，与常规热解技术比较，本发明产生的热解残余物其含油率＜0.3％，且重金属元素固化到其中难以浸出，热解残余物本身达到普通固体废物的标准，可直接填埋处理而不会产生二次污染；此外，本发明既可以回收含油污泥中的热解油作为商品燃料油，也可以将热解油与回收的可燃气一起优先用于***内部供热使用以避免额外的能耗，实现资源和能量的循环利用；本发明兼具社会效益和经济效益，具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为本发明实施例1的含油污泥分步热解处理***流程示意图。
附图标记说明：
10-第一热解反应器，
20-第二热解反应器，
30-热交换器，31-烟气净化塔，
40-供热燃烧炉，
50-汽水分离器，
61-一级油气冷凝器，62-二级油气冷凝器，
70-气液分离器，71-可燃气洗涤净化器，72-燃料油储存装置。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
本发明各实施例中，对于含油污泥及其热解处理后固化热解碳中含油率和催化剂含量的检测均按照领域常规方法进行，对于固化热解碳中含油率和重金属含量是否超标的判断标准根据中国国家标准GB4284-1984《农用污泥中污染物控制标准》进行。
实施例1
如图1所示，本实施例提供了一种含油污泥分步热解处理***，其包括第一热解反应器10、第二热解反应器20、热交换器30、供热燃烧炉40、汽水分离器50、一级油气冷凝器61、二级油气冷凝器62和气液分离器70；所述第一热解反应器10的气相出料口与所述汽水分离器50连接，所述第一热解反应器10的固相出料口与所述第二热解反应器20的固相进料口连接，所述第一热解反应器10的烟气出口与所述热交换器30的热流体入口连接，所述第二热解反应器20的气相出料口与所述一级油气冷凝器61、所述二级油气冷凝器62和所述气液分离器70依次连接，所述汽水分离器50的气相出口与所述一级油气冷凝器61连接，所述气液分离器70的气相出口和所述热交换器30的冷流体出口均与所述供热燃烧炉40的进料口连接，且所述供热燃烧炉40的出料口与所述第二热解反应器20的气相进料口连接；所述热交换器30的热流体出口与烟气净化塔31连接，所述汽水分离器50的气相出口与所述一级油气冷凝器61连接，所述汽水分离器50的排水口与污水处理***连接，所述气液分离器70的气相出口与可燃气洗涤净化器71连接，所述气液分离器70的液相出口与燃料油储存装置72连接。
本实施例的含油污泥分步热解处理工艺包括下述步骤：
(1)将干化后的含油污泥送入第一热解反应器中进行初步热解反应，得到高温烟气、一级热解油气和初步处理后的含油污泥，所述高温烟气通入热交换器与空气换热后分别得低温烟气和加热空气，所述低温烟气经烟气净化塔处理吸收，所述一级热解油气通入汽水分离器以除去所夹带的水分；
(2)将所述初步处理后的含油污泥通过液压式密闭给料机送入第二热解反应器中，并通入反应气体进行二次热解反应，得到固化热解碳和二级热解油气，所述二级热解油气和经所述汽水分离器处理后的所述一级热解油气在油气冷凝器中混合后经气液分离器得热解油和可燃气，所述可燃气与所述加热空气混合并于供热燃烧炉中燃烧后通入所述第二热解反应器；
(3)回收所述固化热解碳和所述热解油，即可；
其中，步骤(1)中，所述含油污泥为井场油泥、转油站罐内油泥、钻井油泥和含油泥砂等的混合含油污泥，其含油率为15％，含水率为50％；所述干化后的含油污泥的含水率为35％，所述初步热解反应在绝氧或贫氧条件下进行，所述初步热解反应的反应温度为480℃，反应时间为25min；经检测，所述步骤(1)的油回收率为57.1％，产气量为20L/kg-1，所得初步处理后的含油污泥的含油率为0.76％。
步骤(2)中，所述二次热解反应的反应温度为580℃，反应时间为30min，所述反应气体为H2O；所述步骤(2)的油回收率为0.4％，产气量为16L/kg-1，所得固化热解碳的的含油率为0.07％，可直接填埋处理。
实施例2
本实施例与实施例1基本相同，区别在于：
步骤(1)中，所述初步热解反应的反应温度为420℃，反应时间为28min；经检测，所述步骤(1)的油回收率为58.3％，产气量为22L/kg-1，所得初步处理后的含油污泥的含油率为0.53％。
步骤(2)中，所述二次热解反应的反应温度为550℃，反应时间为30min，所述反应气体为H2O和O2；所述步骤(2)的油回收率为0.6％，产气量为15L/kg-1，所得固化热解碳的的含油率为0.14％，可直接填埋处理。
实施例3
本实施例与实施例1基本相同，区别在于：
步骤(1)中，所述初步热解反应的反应温度为550℃，反应时间为30min经检测，所述步骤(1)的油回收率为61.3％，产气量为28L/kg-1，所得初步处理后的含油污泥的含油率为0.41％。
步骤(2)中，所述二次热解反应的反应温度为600℃，反应时间为30min，所述反应气体为H2O和N2；所述步骤(2)的油回收率为0.47％，产气量为25L/kg-1，所得固化热解碳的的含油率为0.08％，可直接填埋处理。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种含油污泥分步热解处理***，其特征在于，其包括第一热解反应器、第二热解反应器、热交换器、供热燃烧炉、汽水分离器、油气冷凝器和气液分离器；所述第一热解反应器的气相出料口与所述汽水分离器连接，所述第一热解反应器的固相出料口与所述第二热解反应器的固相进料口连接，所述第一热解反应器的烟气出口与所述热交换器的热流体入口连接，所述第二热解反应器的气相出料口与所述油气冷凝器和所述气液分离器依次连接，所述汽水分离器的气相出口与所述油气冷凝器连接，所述气液分离器的气相出口和所述热交换器的冷流体出口均与所述供热燃烧炉的进料口连接，且所述供热燃烧炉的出料口与所述第二热解反应器的气相进料口连接。
2.如权利要求1所述的含油污泥分步热解处理***，其特征在于，所述第一热解反应器和所述第二热解反应器之间设有一液压式密闭给料机。
3.如权利要求1所述的含油污泥分步热解处理***，其特征在于，所述热交换器的热流体出口与一烟气净化塔连接。
4.如权利要求1所述的含油污泥分步热解处理***，其特征在于，所述油气冷凝器包括一级油气冷凝器和二级油气冷凝器。
5.如权利要求4所述的含油污泥分步热解处理***，其特征在于，所述汽水分离器的气相出口与所述一级油气冷凝器连接，所述汽水分离器的排水口与污水处理***连接。
6.如权利要求1所述的含油污泥分步热解处理***，其特征在于，所述气液分离器的气相出口与一可燃气洗涤净化器连接。
7.如权利要求1所述的含油污泥分步热解处理***，其特征在于，所述气液分离器的液相出口与一燃料油储存装置连接。
8.一种应用如权利要求1～7任一项所述的含油污泥分步热解处理***的处理工艺，其特征在于，其包括以下步骤：
(1)将干化后的含油污泥送入第一热解反应器中进行初步热解反应，得到高温烟气、一级热解油气和初步处理后的含油污泥，所述高温烟气通入热交换器与空气换热后分别得低温烟气和加热空气，所述低温烟气经烟气净化塔处理吸收，所述一级热解油气通入汽水分离器以除去所夹带的水分；
(2)将所述初步处理后的含油污泥送入第二热解反应器中，并通入H2O进行二次热解反应，得到固化热解碳和二级热解油气，所述二级热解油气和经所述汽水分离器处理后的所述一级热解油气在油气冷凝器中混合后经气液分离器得热解油和可燃气，所述可燃气与所述加热空气混合并于供热燃烧炉中燃烧后通入所述第二热解反应器；
(3)回收所述固化热解碳和所述热解油，即可；
其中，步骤(1)中，所述初步热解反应的反应温度为420～550℃，反应时间为25～30min；
步骤(2)中，所述二次热解反应的反应温度为550～600℃，反应时间为30min。
9.如权利要求8所述的处理工艺，其特征在于，步骤(1)中，所述干化后的含油污泥的含水率低于35％。
10.如权利要求8所述的处理工艺，其特征在于，步骤(1)中，所述初步热解反应在绝氧或贫氧条件下进行。
11.如权利要求8所述的处理工艺，其特征在于，步骤(2)中，通过一液压式密闭给料机将所述初步处理后的含油污泥送入所述第二热解反应器中；
和/或，步骤(2)中，还向所述第二热解反应器中通入O2；
和/或，步骤(2)中，还向所述第二热解反应器中通入N2。
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