CN112143526A - 一种钻井油基岩屑高温等离子熔融处理*** - Google Patents

一种钻井油基岩屑高温等离子熔融处理*** Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种钻井油基岩屑高温等离子熔融处理***，包括高温等离子熔融炉和螺杆送料装置；流渣状的钻井油基岩屑通过螺杆送料装置进入高温等离子熔融炉的炉内，高温等离子熔融炉内设置有若干等离子体炬，高温等离子熔融炉的底部设置有排料口，在高温等离子熔融炉的侧壁上设置有排气口；高温等离子熔融炉连接有废气处理模块和玻璃体回收模块，玻璃体回收模块，包括冷却装置，冷却装置内置冷却水，冷却装置连接排料口，储灰室内的沉积物流入冷却装置形成玻璃体。本发明解决了传统钻井油基岩屑处理方法带来的效率低下以及环保性差的问题。

Description

一种钻井油基岩屑高温等离子熔融处理***
技术领域
本发明涉及一种钻井油基岩屑处理***，尤其涉及一种钻井油基岩屑高温等离子熔融处理***。
背景技术
钻采产生的油基岩屑其浸出液有较高毒性，且不同种类的化学处理剂使钻屑中各类污染物与无机固体之间的桥联结构稳固，其成分结构更加复杂化，客观上增加了工艺处理难度和处理成本。油基岩屑直接排放或简单的填埋处理，会对土壤和地下水形成严重污染，钻屑中还有可能含有大量的病原菌、寄生虫，铜、锌、铅、铬、汞等重金属，进而严重影响人类健康和生态环境，所以需要找出高效、安全、环保的处理技术。
油基岩屑的处理技术多种多样，几种常规的处理技术都有各自的优缺点和适用范围（见表1）。由于油基岩屑成分复杂，没有任何一种处理方法可以处理所有类型的含油泥砂，因此采用集成技术对油基岩屑进行分级处理十分必要。随着环保法规的日益严格和完善，油基岩屑的无害化、资源化、综合利用处理技术将成为油基岩屑处理技术发展的必然趋势。
表1 常规处理技术比较
处理方法 优点 缺点
固化 工艺简单、成本低廉 未回收原油，有环境污染隐患
干化 回收原油，装备简单 国外设备不租不卖，只做技术服务
高温裂解 回收原油，有害物降解彻底 设备能耗大，投资高
焚烧 废物减量化、处理彻底 投资、处理费用高，产生二次污染
物化分离 回收原油，设备能耗低 分离效果有限，后续水处理难
微生物处理 彻底降解，处理成本低 处理周期长，占地面积大
油基岩屑的适用处理技术较多，各项技术都有自身的优缺点，因此在实际应用中要根据油基岩屑的具体特点选择不同的处理技术。油基岩屑含油较高时可采用高温裂解、焚烧、物化分离等技术手段回收油基岩屑中的油类，降低处理费用，创造一定的经济效益；而含油较低时可采用固化、干化、微生物处理等技术。高温裂解、焚烧等投资较大的处理技术适合于集中处理建厂、而干化、微生物处理则可应用于单井治理。单一处理技术可能难以达到标准要求，仍然存在环境污染或成本高的问题。
发明内容
本发明为了解决钻井油基岩屑处理方式环境污染严重的问题，提供了一种钻井油基岩屑高温等离子熔融处理***。
本发明所采取的技术方案为：一种钻井油基岩屑高温等离子熔融处理***，包括高温等离子熔融炉和螺杆送料装置；
流渣状的钻井油基岩屑通过螺杆送料装置进入所述高温等离子熔融炉的炉内，所述高温等离子熔融炉内设置有若干等离子体炬，所述等离子体炬倾斜设置在所述高温等离子熔融炉侧壁上，所述高温等离子熔融炉的炉膛内部温度为1000-1500℃，所述高温等离子熔融炉的底端设置有排料口，在所述高温等离子熔融炉的侧壁上设置有排气口；
所述高温等离子熔融炉连接有废气处理模块和玻璃体回收模块，所述废气处理模块包括冷凝器、旋风分离器、洗涤塔和燃气发电设备，所述冷凝器的入口连接所述高温等离子管式熔融炉的排气口，所述高温等离子管式熔融炉内排出的气体经过所述冷凝器、旋风分离器、洗涤塔的冷凝、除尘和洗涤后进入所述燃气发电设备进行燃烧发电；冷凝器去除废气中的水蒸汽，旋风分离器去除掉废气携带的粉尘，分离出来的是灰或者叫粉尘。
所述玻璃体回收模块，包括冷却装置，所述冷却装置内置冷却水，所述冷却装置连接所述排料口，所述储灰室内的沉积物流入所述冷却装置形成玻璃体。
进一步的，所述等离子体炬设置有3个。
进一步的，所述等离子体炬以120°倾角设置在高温等离子熔融炉的侧壁上。
进一步的，所述等离子体炬由侧壁向炉内向下倾斜设置。
进一步的，所述高温等离子熔融炉底壁倾斜向下设置，排料口设置在倾斜底壁最低处。
进一步的，所述冷却装置包括冷却水槽和冷却塔，所述冷却塔对所述冷却水槽内的水进行冷却，所述储灰室内的沉积物流入所述冷却水槽形成玻璃体。
进一步的，所述冷却水槽还连接有循环水泵和补水泵，所述冷却塔和所述冷却水槽通过所述循环水泵连接，所述补水泵用于向所述冷却水槽内进行补水。
本发明所产生的有益效果包括：本发明拥有高减容、零污染、低渗透、高强度等优势，解决了传统钻井油基岩屑处理方法带来的效率低下以及环保性差的问题。
本发明中的***通过设置高温等离子熔融炉将流渣状的岩屑进行高温熔融，在高温等离子炉内设置等离子体炬，利用等离子体炬产生的高活性等离子体将其充分气化，破坏掉钻井油基岩屑中的高分子有机化合物，使之绝大部分气化为气体；再利用等离子体炬的高温特性使剩余的无机物及残存的有毒有害物质熔融，炉膛内部温度平均在1000-1500℃之间，能破坏掉钻井油基岩屑中大部分有毒有害物质，且使钻井油基岩屑中的有机部分迅速气化，生成以H2和CO为主的可燃合成气；
熔融后的无机物及残存的有毒有害物质通过排料口排至玻璃体回收模块中形成惰性稳定的玻璃体；
熔融过程中产生的废气通过排气口排至废气处理模块，由于高温废气中含大量可燃气体，通过冷凝器进行降温和旋风分离器进行除尘后进入发电厂进行燃烧发电。
附图说明
图1为一种钻井油基岩屑高温等离子熔融处理***的结构示意图。
图2为一种钻井油基岩屑高温等离子熔融处理***的***框架流程图。
图3为一种钻井油基岩屑高温等离子熔融处理***的设备流程图。
图中：1-储料仓，2-螺杆输送器，3-高温等离子熔融炉，4-等离子体炬，5-坩埚，6-储灰室，7-冷凝器，8-旋风分离器，9-洗涤塔，10-引风机，11-燃气发电设备，12-冷却水槽，13-冷却塔，14-循环水泵，15-补水泵。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细的解释说明，但应当理解为本发明的保护范围并不受具体实施例的限制。
如附图1所示，本发明一种钻井油基岩屑高温等离子熔融处理***，包括处理***和控制***。
处理***是一种钻井油基岩屑高温等离子熔融处理***的主要***，也是钻井油基岩屑熔融的主要反应场所，处理***包括4个子***：进料模块、高温等离子熔融工作模块、玻璃体回收模块、废气处理模块。
所述进料模块包括螺杆送料装置2，储料仓1出口端与螺杆送料装置2进口端连接，并且螺杆送料装置2出口端与所述高温等离子熔融炉3进口端连接。
所述高温等离子熔融工作模块包括高温等离子熔融炉3，所述高温等离子熔融炉3底部侧壁安装有3个等离子体炬4，等离子体炬4倾斜设置在高温等离子熔融炉3侧壁上，高温等离子熔融炉3的炉膛内部温度为1000-1500℃，高温等离子熔融炉3的底部设置有储灰室5，在高温等离子熔融炉3的侧壁上设置有排气口；底部储灰室5排渣至冷却水槽12冷却，对冷却后的熔渣形成的玻璃体进行回收。
玻璃体回收模块包括冷却水槽12和冷却塔13，冷却塔13对冷却水槽12内的水进行冷却，储灰室内的沉积物流入冷却水槽形成玻璃体。冷却水槽还连接有循环水泵和补水泵，冷却塔和冷却水槽通过循环水泵连接，补水泵用于向冷却水槽内进行补水。
玻璃体回收模块中冷却水槽12的进、出口端分别与冷却塔13出、进口端连接，冷却水槽12进口端输水管道设有循环水泵14，冷却水槽12底部补水管道设有补水泵15。
合成气后处理***包括冷凝器7、旋风分离器8、洗涤塔9、燃气发电设备11，冷凝器7出口端与旋风分离器8进口端连接，旋风分离器8出口段与洗涤塔9进口端连接，洗涤塔9出口端与燃气发电设备11进口端连接，洗涤塔9与燃气发电设备11之间设有引风机10.
所述控制***用于控制进料模块、高温等离子熔融***、玻璃体回收模块和合成气处理***的动作，包括电器控制部分的半自动控制模式和简单的机械控制，用于接收各***的信息状况，以统一协调处理***各子***之间的动作。
一种钻井油基岩屑高温等离子熔融处理***的***框架流程如附图2所示，进料模块连接着高温等离子熔融工作模块，高温等离子主***分别连接着合成气后处理***和玻璃体回收模块，这四个子***构成了一种钻井油基岩屑高温等离子熔融处理***的处理***，控制***和处理***相连，处理***反馈数据信息给控制***处理，控制***分析处理处理***反馈的信息状况，以统一协调各***之间的联系，进行控制。
一种钻井油基岩屑高温等离子熔融处理***设备流程如附图3所示，储料仓1与螺杆输送器2相连，组成的进料模块连接着高温等离子熔融炉3，高温等离子熔融炉连接着两条路线：第一条是连接着玻璃体回收模块，包括冷却水槽12和冷却塔13；另一条是连接着合成气后处理***，包括冷凝器7，旋风分离器8，洗涤塔9及燃气发电设备11。
所述螺杆输送器将钻井油基岩屑连续地压入高温等离子熔融炉，在炉膛入口处设有密封装置，避免合成气从加料口向外溢散。
所述高温等离子熔融炉底部侧壁倾斜安装3个等离子体炬，等离子体炬功率可以随着控制***的反馈来进行适当调节。在高温等离子熔融炉炉膛内部，等离子体炬下方设有坩埚，坩埚用于盛装螺杆输送器输送进炉膛的钻井油基岩屑，是钻井油基岩屑在等离子体炬下热裂解的主要场所。坩埚周遭设有导流槽，用于引导熔融态钻井油基岩屑流入储灰室中，储灰室连接排料口，用于将储灰室内的熔融物排出。钻井油基岩屑在等离子体炬下熔融成液态，当熔融的液态物质漫过坩埚上沿，就会顺着导流槽流入储灰室，防止熔渣堆积在炉内结渣，没有完全熔融的油基岩屑则会继续在坩埚内，直至完全熔融裂解。
在等离子熔融炉的侧壁水平圆周方向上每120°安装了1根高温等离子体矩，等离子体炬以120°倾角设置在高温等离子熔融炉的侧壁上，等离子体炬由侧壁向炉内向下倾斜设置，共3根，相较于单个等离子体炬布置的等离子熔融炉，能够让进入熔融炉盛装在坩埚内的钻井油基岩屑更均匀、充分、迅速地被加热、气化和熔融，也易于负荷的调整，负荷调整范围也大幅提高。
所述蓄水池水量偏低时，打开补水泵对玻璃体回收模块进行补水。所述冷却塔为喷雾式冷却塔，但工作区域如果位于缺水地区，所述冷却塔可使用干式冷却塔。
所述燃气发电设备可以利用合成气产生电力，给予所述等离子体炬部分用电量。
一种钻井油基岩屑高温等离子熔融处理***具体包括以下步骤：
步骤1：将收集的钻井油基岩屑放入储料仓进行暂时储存，利用螺杆送料装置螺杆输送器将钻井油基岩屑连续压入高温等离子熔融炉中。
步骤2：钻井油基岩屑落入炉膛内设置好的坩埚中，等离子体炬产生大量热能，对坩埚内的钻井油基岩屑持续加热熔融，炉膛内部温度平均在1000-1500℃之间，能破坏掉钻井油基岩屑中大部分有毒有害物质，且使钻井油基岩屑中的有机部分迅速气化，生成以H2和CO为主的可燃合成气，无机部分和剩余的有毒有害物质熔融后，通过设置好的导流槽经储灰室流入冷却水槽后经冷却形成惰性稳定的玻璃体。
步骤3：钻井油基岩屑在高温等离子熔融炉中热裂解后，产生的合成气通过高温等离子熔融炉上部设置的管道，依次进入旋风分离器、冷凝器、洗涤塔进行除尘、冷却及洗涤，得到较为纯洁的，以H2和CO为主的可燃合成气。合成气通过引风机引入燃气发电设备进行燃烧发电。
一种钻井油基岩屑高温等离子熔融处理***较于其他方法，优势在于：
所述一种钻井油基岩屑高温等离子熔融处理***几乎能将钻井油基岩屑中的碳基废物完全转换成惰性玻璃体和可燃合成气，相比其他技术而言，更加高效。
相对于传统处理技术，所述一种钻井油基岩屑高温等离子熔融处理***能将钻井油基岩屑中的氮氧化物和二噁英等有毒有害物质完全分解，钻井油基岩屑熔融后灰渣中的有毒有害物质被熔融后的无机物封存形成无害且稳定的惰性玻璃体。
所述一种钻井油基岩屑高温等离子熔融处理***产生的可燃合成气和玻璃体均能回收利用，从能源利用角度来看，大大降低了***的整体耗能。
综上，本发明的一种钻井油基岩屑高温等离子熔融处理***，解决了传统钻井油基岩屑处理方式资源浪费、占地面积大、成本高昂、效率低下以及环境污染等突出问题。一种钻井油基岩屑高温等离子熔融处理***的应用，从根本上解决了污染源头，整体***可实现全天候运行，等离子体炬能够根据控制***分析收集到的处理***下各子***的信息状况来适当合理地调节功率，从而提升***的效率。本发明的一种钻井油基岩屑高温等离子熔融处理***，在恶劣环境下能够全负荷运行，且较于其他处理方式来说，更加高效、安全、可靠、无污染。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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，仅是为便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗指所指的装置或元件必须具有特定的方位、为特定的方位构造和操作，因而不能理解为对本发明保护内容的限制。
上述仅为本发明的优选实施例，本发明并不仅限于实施例的内容。对于本领域中的技术人员来说，在本发明的技术方案范围内可以有各种变化和更改，所作的任何变化和更改，均在本发明保护范围之内。

Claims (8)

1.一种钻井油基岩屑高温等离子熔融处理***，其特征在于：包括高温等离子熔融炉；
流渣状的钻井油基岩屑进入所述高温等离子熔融炉的炉内，所述高温等离子熔融炉内设置有若干等离子体炬，所述等离子体炬倾斜设置在所述高温等离子熔融炉侧壁上，所述高温等离子熔融炉的炉膛内部温度为1000-1500℃，所述高温等离子熔融炉的底部设置有排料口，在所述高温等离子熔融炉的侧壁上设置有排气口；
所述高温等离子熔融炉连接有废气处理模块和玻璃体回收模块，
所述废气处理模块包括冷凝器、旋风分离器和燃气发电设备，所述冷凝器的入口连接所述高温等离子管式熔融炉的排气口，所述高温等离子管式熔融炉内排出的气体经过所述冷凝器、旋风分离器后进入所述燃气发电设备进行燃烧发电；
所述玻璃体回收模块，包括冷却装置，所述冷却装置内置冷却水，所述冷却装置连接所述排料口，所述储灰室内的沉积物流入所述冷却装置形成玻璃体。
2.根据权利要求1所述的钻井油基岩屑高温等离子熔融处理***，其特征在于：所述等离子体炬设置有3个。
3.根据权利要求1所述的钻井油基岩屑高温等离子熔融处理***，其特征在于：所述等离子体炬以115°~125°倾角设置在高温等离子熔融炉的侧壁上。
4.根据权利要求1所述的钻井油基岩屑高温等离子熔融处理***，其特征在于：所述等离子体炬由侧壁向炉内向下倾斜设置。
5.根据权利要求1所述的钻井油基岩屑高温等离子熔融处理***，其特征在于：所述高温等离子熔融炉底壁倾斜向下设置，排料口设置在倾斜底壁最低处。
6.根据权利要求1所述的钻井油基岩屑高温等离子熔融处理***，其特征在于：
所述冷却装置包括冷却水槽和冷却塔，所述冷却塔对所述冷却水槽内的水进行冷却，所述储灰室内的沉积物流入所述冷却水槽形成玻璃体。
7.根据权利要求6所述的钻井油基岩屑高温等离子熔融处理***，其特征在于：所述冷却水槽还连接有循环水泵和补水泵，所述冷却塔和所述冷却水槽通过所述循环水泵连接，所述补水泵用于向所述冷却水槽内进行补水。
8.根据权利要求1所述的钻井油基岩屑高温等离子熔融处理***，其特征在于：流渣状的钻井油基岩屑通过螺杆送料装置进入所述高温等离子熔融炉的炉内。
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