申請日2013.10.29

　　公開(公告)日2014.02.05

　　IPC分類號C02F11/10; C10B49/16; C10B53/00

　　摘要

　　本發(fā)明涉及高溫熱解析技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種含油污泥處理方法。一種含油污泥資源化處理方法，焚燒系統(tǒng)將石英砂加熱，經(jīng)旋風分離后進入熱解析系統(tǒng)中，高溫石英砂將熱量傳遞給含油污泥，使其在高溫缺氧環(huán)境下熱解析反應，生成的熱解析氣通過三相分離器分離出油品、水和不凝氣，熱解殘渣中的焦渣、石英砂回到焚燒系統(tǒng)中再循環(huán)利用。本發(fā)明的特點是：高原油回收、無二次污染、低能量消耗，有效解決油田開發(fā)和煉油過程產(chǎn)生的各種含油污泥的處理處置問題。整個技術(shù)系統(tǒng)節(jié)能、環(huán)保，同時實現(xiàn)含油污泥的資源化、減量化、無害化處理。

　　權(quán)利要求書

　　1.一種含油污泥資源化處理方法，其特征在于：焚燒系統(tǒng)將石英砂加熱，經(jīng)旋風分離后進入熱解析系統(tǒng)中，高溫石英砂將熱量傳遞給含油污泥，使其在高溫缺氧環(huán)境下熱解析反應，生成的熱解析氣通過三相分離器分離出油品、水和不凝氣，熱解殘渣中的焦渣、石英砂回到焚燒系統(tǒng)中再循環(huán)利用。

　　2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含油污泥資源化處理方法，其特征在于：具體包括焚燒、熱解析和資源回收：

　　第一步焚燒：焚燒系統(tǒng)所需熱量由熱解產(chǎn)生的焦渣提供，焦渣在循環(huán)流化床爐中燃燒放熱，燃燒溫度900～1200℃，將石英砂加熱至800-900℃，經(jīng)旋風分離器分離后，800～900℃的高溫煙氣通過空氣預熱器和蒸汽爐多級回收熱量，預熱后的80～120℃空氣作為循環(huán)流化床爐的一次風、80～150℃的空氣作為循環(huán)流化床爐的二次風，水蒸汽分配給氣動閥及其他用氣設(shè)備;高溫石英砂進入密閉的回轉(zhuǎn)窯熱解析爐;

　　第二步熱解析：熱解析系統(tǒng)采用回轉(zhuǎn)窯熱解析爐，焚燒分離后的高溫石英砂進入密閉的回轉(zhuǎn)窯熱解析爐提供熱解能耗，含油10-30%的油泥和高溫石英砂按重量比1:4-10的比例進入熱解析爐中;兩者在爐體的6-8r/min慢速轉(zhuǎn)動下完全混合發(fā)生熱解析反應，生成的熱解析氣經(jīng)過三相分離器回收油品、水和不凝氣，熱解殘渣進入循環(huán)流化床爐，其中的焦渣進入焚燒系統(tǒng)提供熱能，石英砂作為熱固載體循環(huán)重復使用;

　　第三步資源回收：含油污泥中原油組分中的汽油、煤油、輕柴油隨著熱解析反應依次汽化分離，重柴油及渣油在高溫下少量裂解為甲烷、乙烷、烯烴、炔烴、硫化氫等不凝氣，其余形成焦渣，輕組分原油及不凝氣回收，焦渣作燃料焚燒利用熱能。

　　3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種含油污泥資源化處理方法，其特征在于：所述熱解產(chǎn)生的焦渣呈黑色，含大量大分子烴類，主要組成為39.7%固定碳、33.6%揮發(fā)分、26.7%灰分，低位發(fā)熱量為12-20MJ/Kg。

　　4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種含油污泥資源化處理方法，其特征在于：所述第二步熱解析，含油10-30%的油泥和高溫石英砂重量比1:6。

　　5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種含油污泥資源化處理方法，其特征在于：所述第二步熱解析，熱解析反應溫度450-600℃，在無氧或缺氧條件下反應。

　　6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種含油污泥資源化處理方法，其特征在于：所述第二步熱解析，高溫石英砂溫度800-900℃。

　　7.一種含油污泥資源化處理成套設(shè)備，其特征在于：包括熱解析、焚燒、資源回收、熱能回收四大系統(tǒng)，含油污泥在熱解析系統(tǒng)中熱解，熱解析系統(tǒng)排出的經(jīng)資源回收系統(tǒng)回收，排出的焦渣進入焚燒系統(tǒng)，焚燒系統(tǒng)加熱的高溫石英砂傳送到熱解析系統(tǒng)，焚燒系統(tǒng)產(chǎn)生的高溫煙氣通過熱能回收系統(tǒng)回收，進入焚燒系統(tǒng)再利用，分離出的油品和不凝氣收集到資源回收系統(tǒng);

　　其中所述熱解析系統(tǒng)由回轉(zhuǎn)窯熱解析爐、石英砂料倉和油泥料倉組成，回轉(zhuǎn)窯熱解析爐是一個高溫缺氧反應容器，石英砂料倉和油泥料倉連通回轉(zhuǎn)窯熱解析爐的進料口，熱解析氣出口連通資源回收系統(tǒng)，熱解殘渣出口經(jīng)管路連通循環(huán)流化床爐;所述回轉(zhuǎn)窯熱解析爐是由窯體、密封裝置、傳動裝置、支撐裝置組成;傳動裝置是使回轉(zhuǎn)窯熱解析爐以6-8 r/min的轉(zhuǎn)數(shù)持續(xù)轉(zhuǎn)動;熱解析后的焦渣通過氣動U型閥和螺旋給料機定量、密閉的輸送到循環(huán)流化床爐中，焚燒系統(tǒng)與熱解析系統(tǒng)形成了一個閉合的循環(huán)回路。

　　8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種含油污泥資源化處理方法，其特征在于：其中所述焚燒系統(tǒng)包括循環(huán)流化床爐和旋風分離器;循環(huán)流化床爐焦渣入口連通熱解析系統(tǒng)焦渣出口，以石英砂為熱載體焚燒，高溫煙氣和石英砂出料口連通旋風分離器，經(jīng)旋風分離器后固體輸送到石英砂料倉，煙氣連通熱能回收系統(tǒng);

　　所述循環(huán)流化床爐包括爐體、上蓋裝置、底座、排灰裝置，爐體為圓柱體空腔，爐體的壁面上設(shè)有進料口、二次風入口、排煙口、儀表裝置、密封裝置，爐體下端呈微錐形，錐度為10～20度，底部以法蘭形式與底座連接，二次風位于爐體的密相區(qū)和稀相區(qū)交匯處，同一高度水平均勻設(shè)2-4個二次風入口，爐殼內(nèi)壁設(shè)置有保溫層，進料口安裝有氣動U型閥，再與外接的熱解析爐排料裝置相連，爐體底部設(shè)置有布風裝置，布風裝置采用風帽式布風，爐體壁面上安裝有防爆裝置，防爆裝置由接口與爐體相連、防爆墊片在接口法蘭和防爆法蘭之間，法蘭是由高強螺栓組固定;底座設(shè)置有一次風入口，底座下端連接排灰裝置，底座由底板、底座殼體、燃燒裝置和保溫層組成，底板與底座殼體固定連接，底板和底座殼體內(nèi)壁面設(shè)置有保溫層，燃燒裝置由燃燒器和燃燒器接口組成，底座殼體上開設(shè)有燃燒器接口和一次風入口，排灰裝置是由排灰管道、中間儲灰罐和上下兩個高溫閘閥組成的密閉裝置，排灰管道與爐體連通，中間儲灰罐安裝在上下兩個高溫閘閥之間;儀表裝置包括溫度測量儀表和壓力測量儀表，分別位于底座和爐體不同的高度上;爐體頂端設(shè)上蓋裝置，壓蓋一和壓蓋二下面蓋石英玻璃，再通過高強螺栓分別固定在上蓋板和預埋板上，上蓋板底面與爐體內(nèi)壁之間設(shè)置有保溫層。

　　9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種含油污泥資源化處理方法，其特征在于：其中所述資源回收系統(tǒng)包括三相分離器、儲油槽、儲氣罐;熱解析氣出口連通三相冷凝器，三相分離器油品、水和不凝氣管路分別連接儲油槽、污水處理系統(tǒng)和儲氣罐;所述三相分離器的冷卻水出口連接冷卻水循環(huán)利用系統(tǒng)，換熱后的熱水作為生活用水。

　　10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種含油污泥資源化處理方法，其特征在于：其中所述熱能回收系統(tǒng)包括空氣預熱器、蒸汽爐、三相分離器，循環(huán)流化床爐煙氣出口連接旋風分離器氣體出口依次連通空氣預熱器、蒸汽爐多級回收熱能，預熱后的空氣連通循環(huán)流化床爐的一次風入口和二次風入口，蒸汽爐產(chǎn)生的水蒸汽輸送到氣動閥及其他用氣設(shè)備，部分收集于汽包中循環(huán)利用，煙氣經(jīng)除塵器由煙囪排放;

　　所述空氣預熱器采用的是列管式空氣預熱器，主要是由主體、煙氣進口、煙氣出口、冷空氣進口、一次風、二次風出口組成，煙氣在管束中流過放出大量的熱能，冷空氣通過錯列沖刷管束進行吸熱，鼓風機直接連接在空氣進口端，在空氣出口端通過煙道連通循環(huán)流化床爐一次風入口和二次風入口，煙氣通過煙氣出口排出到煙道，經(jīng)煙道進入蒸汽爐，蒸汽爐多級回收熱能，水蒸汽出口一部分連通氣動閥及其他用氣設(shè)備，一部分連通汽包;換熱后煙氣通過煙道進入布袋除塵器，通過引風機將煙氣引入煙囪;由布袋除塵器排出的灰和由循環(huán)流化床爐的排灰裝置排出的灰通過螺旋輸送機輸送給制造建材設(shè)備。

　　說明書

　　一種含油污泥資源化處理方法

　　一、技術(shù)領(lǐng)域：

　　本發(fā)明涉及高溫熱解析技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種含油污泥資源化處理方法。

　　二、背景技術(shù)：

　　油田在開發(fā)生產(chǎn)過程中，不可避免的產(chǎn)生大量含油污泥。經(jīng)初步調(diào)查，我國每年含油污泥新增量達80萬噸左右，由于油泥中含有水、泥沙、硫化物、苯系物、酚類、烴類等，不僅占用土地和空間，而且嚴重的污染空氣、土壤和地下水，在一定程度上制約了國內(nèi)油田生產(chǎn)的發(fā)展。含油污泥已經(jīng)被國家列為危險固體廢棄物(HW08)，因此開發(fā)一種既能消除含油污泥對環(huán)境的危害又可回收資源的處理技術(shù)，對油田的可持續(xù)發(fā)展具有重要的實際意義。

　　含油污泥種類繁多、性質(zhì)復雜，相應的處理技術(shù)也呈現(xiàn)多元化趨勢，目前含油污泥處理技術(shù)有篩選流化-調(diào)質(zhì)-離心技術(shù)、焚燒、化學熱洗、熱解析、地耕法、堆肥法、生物反應器、溶劑萃取技術(shù)等，國內(nèi)油田多采用填埋、濃縮脫水、固化處理、催化裂解等，其共同的缺點是未能回收利用具有較高經(jīng)濟價值的原油，高溫熱解析處理是目前國外廣泛用于含油污泥處理技術(shù)，可實現(xiàn)含油污泥的無害化、減量化、資源化處理。含油污泥來源不同，含油率不同，低則5%以下，高則達到50%以上，若按平均值20%計，熱解析資源化技術(shù)每年可回收利用近10萬噸原油，具有十分可觀的經(jīng)濟價值。

　　高溫熱解析技術(shù)的原理是含油污泥在絕氧的條件下焚燒到一定溫度( 一般為450℃ 左右，甚至更高)，使烴類物質(zhì)在復雜的水合和裂化反應中分離出來，并冷凝回收。該技術(shù)具有將含油污泥完全無機化，烴類高效回收利用，處理速度快，處理徹底等優(yōu)點。

　　隨著各國對含油污泥處置指標的進一步嚴格，該技術(shù)將成為含油污泥處理的重要方式之一。丹麥的RUGSGO公司業(yè)績比較突出，其技術(shù)已經(jīng)在殼牌、BP等大石油公司成功應用。同濟大學、中國市政工程西南設(shè)計院等一些院校和科研單位都進行有關(guān)的熱解析技術(shù)研究，但到目前為止，未見對含油污泥固廢熱解析處理工業(yè)化的報道。在我國遼河油田開展了相關(guān)的熱解析處理現(xiàn)場試驗，中國石油天然氣有限公司曾致力于研究含油污泥熱解析處理，并于2008年申報“一種含油污泥的資源化利用方法”，專利號為200610103671。但現(xiàn)有的解析方法，經(jīng)解析爐排出的熱解殘渣中仍含有焦油，造成二次污染，資源浪費，而且熱解析外接能源能耗大。

　　三、發(fā)明內(nèi)容：

　　針對上述問題，本發(fā)明的目的是提出一種含油污泥資源化處理方法，第一有效地回收了高價值原油，第二切實解決了環(huán)境污染問題，第三高效地實現(xiàn)了能量自給及循環(huán)利用，是一套集節(jié)能、環(huán)保于一體的油泥資源化處理技術(shù)。本發(fā)明的另一目的是提供一種含油污泥資源化處理成套設(shè)備，系統(tǒng)設(shè)置緊湊，合理，循環(huán)利用資源，處理效果佳。

　　本發(fā)明技術(shù)方案為：一種含油污泥資源化處理方法，焚燒系統(tǒng)將石英砂加熱，經(jīng)旋風分離后進入熱解析系統(tǒng)中，高溫石英砂將熱量傳遞給含油污泥，使其在高溫缺氧環(huán)境下熱解析反應，生成的熱解析氣通過三相分離器分離出油品、水和不凝氣，熱解殘渣中的焦渣、石英砂回到焚燒系統(tǒng)中再循環(huán)利用。

　　具體包括焚燒、熱解析和資源回收。

　　第一步焚燒：焚燒系統(tǒng)所需熱量由熱解產(chǎn)生的焦渣提供，焦渣在循環(huán)流化床爐中燃燒放熱，燃燒溫度900-1200℃，將石英砂加熱至850℃以上，經(jīng)旋風分離器分離后，800-900℃的高溫煙氣通過空氣預熱器和蒸氣爐多級回收熱量，預熱后的80-120℃空氣作為循環(huán)流化床爐的一次風、80-150℃的空氣作為循環(huán)流化床爐的二次風，水蒸汽分配給氣動閥及其他用氣設(shè)備;高溫石英砂進入密閉的回轉(zhuǎn)窯熱解析爐;

　　第二步熱解析：熱解析系統(tǒng)采用回轉(zhuǎn)窯熱解析爐，焚燒分離后的高溫石英砂進入密閉的回轉(zhuǎn)窯熱解析爐提供熱解能耗，含油10-30%的油泥和高溫石英砂按重量比1:4-10的比例進入熱解析爐中;兩者在爐體的慢速轉(zhuǎn)動(6-8r/min)下完全混合發(fā)生熱解析反應，生成的熱解析氣經(jīng)過三相分離器回收油品、水和不凝氣，熱解殘渣(含焦渣和石英砂)進入循環(huán)流化床爐，其中的焦渣進入焚燒系統(tǒng)提供熱能，石英砂作為熱固載體循環(huán)重復使用;

　　第三步資源回收：含油污泥中原油組分中的汽油、煤油、輕柴油隨著熱解析反應依次汽化分離，重柴油及渣油在高溫下少量裂解為甲烷、乙烷、烯烴、炔烴、硫化氫等不凝氣，其余形成焦渣，輕組分原油及不凝氣回收，焦渣作燃料充分利用。

　　所述熱解析產(chǎn)生的焦渣呈黑色，含大量大分子烴類，主要組成為39.7%固定碳、33.6%揮發(fā)分、26.7%灰分，低位發(fā)熱量為20-25MJ/Kg。

　　所述第二步熱解析，優(yōu)選含油10-30%的油泥和高溫石英砂重量比1:6。

　　所述第二步熱解析，熱解析反應溫度450-600℃，在無氧或缺氧條件下反應。

　　所述第二步熱解析，高溫石英砂溫度800-900℃。

　　本發(fā)明處理方法所采用的一種含油污泥資源化處理成套設(shè)備，包括熱解析、焚燒、資源回收、熱能回收四大系統(tǒng)，含油污泥在熱解析系統(tǒng)中熱解，熱解析系統(tǒng)排出的經(jīng)資源回收系統(tǒng)回收，排出的焦渣進入焚燒系統(tǒng)，焚燒系統(tǒng)加熱的高溫石英砂傳送到熱解析系統(tǒng)，焚燒系統(tǒng)產(chǎn)生的高溫煙氣通過熱能回收系統(tǒng)回收，分離出的油品和不凝氣收集到資源回收系統(tǒng);

　　其中所述熱解析系統(tǒng)由回轉(zhuǎn)窯熱解析爐、石英砂料倉和油泥料倉組成，回轉(zhuǎn)窯熱解析爐是一個高溫缺氧反應容器，石英砂料倉和油泥料倉連通回轉(zhuǎn)窯熱解析爐的進料口，熱解析氣出口連通資源回收系統(tǒng)，熱解殘渣出口通過氣動U型閥和螺旋給料機與循環(huán)流化床爐連接;所述回轉(zhuǎn)窯熱解析爐是由窯體、密封裝置、傳動裝置、支撐裝置組成。傳動裝置是使回轉(zhuǎn)窯熱解析爐以6-8 r/min的轉(zhuǎn)數(shù)持續(xù)轉(zhuǎn)動;熱解析后的焦渣通過氣動U型閥和螺旋給料機定量、密閉的輸送到循環(huán)流化床爐中，焚燒系統(tǒng)與熱解析系統(tǒng)形成了一個閉合的循環(huán)回路。

　　其中所述焚燒系統(tǒng)包括循環(huán)流化床爐和旋風分離器;循環(huán)流化床爐焦渣入口連通熱解析系統(tǒng)焦渣出口，以石英砂為熱載體焚燒，高溫煙氣和石英砂出料口連通旋風分離器，經(jīng)旋風分離器后固體輸送到石英砂料倉，煙氣連通熱能回收系統(tǒng);

　　所述循環(huán)流化床爐包括爐體、上蓋裝置、底座、排灰裝置，爐體為圓柱體空腔，爐體的壁面上設(shè)有進料口、二次風入口、排煙口、儀表裝置、密封裝置，爐體下端呈微錐形，錐度為10～20度，底部以法蘭形式與底座連接，二次風位于爐體的密相區(qū)和稀相區(qū)交匯處，同一高度水平均勻設(shè)2-4個二次風入口，爐殼內(nèi)壁設(shè)置有保溫層，進料口安裝有氣動U型閥，再與外接的熱解析爐排料裝置相連，爐體底部設(shè)置有布風裝置，布風裝置采用風帽式布風，爐體壁面上安裝有防爆裝置，防爆裝置由接口與爐體相連、防爆墊片在接口法蘭和防爆法蘭之間，法蘭是由高強螺栓組固定;底座設(shè)置有一次風入口，底座下端連接排灰裝置，底座由底板、底座殼體、燃燒裝置和保溫層組成，底板與底座殼體固定連接，底板和底座殼體內(nèi)壁面設(shè)置有保溫層，燃燒裝置由燃燒器和燃燒器接口組成，底座殼體上開設(shè)有燃燒器接口和一次風入口，排灰裝置是由排灰管道、中間儲灰罐和上下兩個高溫閘閥組成的密閉裝置，排灰管道與爐體連通，中間儲灰罐安裝在上下兩個高溫閘閥之間;儀表裝置包括溫度測量儀表和壓力測量儀表，分別位于底座和爐體不同的高度上;爐體頂端設(shè)上蓋裝置，壓蓋一和壓蓋二下面蓋石英玻璃，再通過高強螺栓分別固定在上蓋板和預埋板上，上蓋板底面與爐體內(nèi)壁之間設(shè)置有保溫層。

　　其中所述資源回收系統(tǒng)包括三相分離器、儲油槽、儲氣罐;熱解析氣出口連通三相分離器，三相分離器油品、水和不凝氣管路分別連接儲油槽、污水處理系統(tǒng)和儲氣罐;所述三相分離器的冷卻水出口連接冷卻水循環(huán)利用系統(tǒng)，換熱后的熱水作為生活用水。

　　其中所述熱能回收系統(tǒng)包括空氣預熱器、蒸汽爐、三相分離器，循環(huán)流化床爐煙氣出口連接旋風分離器氣體出口依次連通空氣預熱器、蒸汽爐多級回收熱能，預熱后的空氣連通循環(huán)流化床爐的一次風入口和二次風入口，蒸汽爐產(chǎn)生的水蒸汽輸送到氣動閥及其他用氣設(shè)備，部分收集于汽包中循環(huán)利用，煙氣經(jīng)除塵器由煙囪排放;

　　所述空氣預熱器采用的是列管式空氣預熱器，主要是由主體、煙氣進口、煙氣出口、冷空氣進口、一次風、二次風出口組成，煙氣在管束中流過放出大量的熱能，冷空氣通過錯列沖刷管束進行吸熱，鼓風機直接連接在空氣進口端，在空氣出口端通過煙道連通循環(huán)流化床爐一次風入口和二次風入口，煙氣通過煙氣出口排出到煙道，經(jīng)煙道進入蒸汽爐，蒸汽爐多級回收熱能，水蒸汽出口一部分連通氣動閥及其他用氣設(shè)備，一部分連通汽包;換熱后煙氣通過煙道進入布袋除塵器，通過引風機將煙氣引入煙囪;由布袋除塵器排出的灰和由循環(huán)流化床爐的排灰裝置排出的灰通過螺旋輸送機輸送給制造建材設(shè)備。

　　本發(fā)明工藝路線完整，整套技術(shù)的突出優(yōu)勢體現(xiàn)在兩方面：

　　首先，高效回收利用含油污泥中的原油組分。原油以輕質(zhì)油、不凝可燃氣的形式回收，回收率約51.56%，剩余近48.56%的原油以焦渣形式進入焚燒鍋爐充分燃燒利用，故總回收利用率接近100%(以某油泥計算，見表1)。

　　其次，整套技術(shù)無需外加能量，熱解析反應耗能完全由含油污泥熱解析產(chǎn)生的焦渣燃燒放熱提供。熱解析產(chǎn)生的焦渣呈黑色塊狀(或顆粒狀)，主要的元素組成為碳，其余的為氫、氧、氮、硫和金屬元素，可做為燃料用于循環(huán)流化床爐焚燒，且上一個處理周期產(chǎn)生的焦渣焚燒，具有較高熱值，燃燒后釋放熱量 ，放出的熱量可完全滿足本周期熱解析所需熱量。石英砂從常溫升高到850℃以上所需溫度吸收熱量，油泥熱解析反應吸熱，經(jīng)實驗計算，三者滿足，即一定量的含油污泥熱解析所需能量完全可以由熱解殘渣中的焦渣提供，無需外界補充能量，實現(xiàn)了能量的完全自給(以某油泥計算，見表2)。

　　其中循環(huán)流化床爐所需的二次風，是從循環(huán)流化床爐排出的高溫煙氣(800-900℃)，分別通過空氣預熱器、蒸汽爐多級回收熱能，預熱后的空氣可作為循環(huán)流化床爐的一次(80-120℃)和二次風(80-150℃)，蒸汽爐產(chǎn)生的水蒸汽部分供給氣動閥及其他用氣設(shè)備，部分收集于汽包中循環(huán)利用，煙氣最終經(jīng)處理后排放。熱解析氣通過三相冷凝分離器分離，冷卻水循環(huán)利用。

　　表1.某油泥原油組成及熱解析回收量

　　注：以含油率20%計算。

　　表2. 含油污泥熱解析能耗計算

　　注：以含油污泥質(zhì)量0.42t/h，石英砂質(zhì)量2.52t/h計算。

　　本發(fā)明在油田污泥處理中應用，可實現(xiàn)含油污泥的減量化、無害化、資源化利用，整個系統(tǒng)節(jié)能環(huán)保，有效解決含油污泥的環(huán)境污染和最終出路問題，并回收污泥中的能源物質(zhì)。