一种含油污泥资源化处理方法

一种含油污泥资源化处理方法
【专利摘要】本发明涉及高温热解析【技术领域】，特别涉及一种含油污泥处理方法。一种含油污泥资源化处理方法，焚烧系统将石英砂加热，经旋风分离后进入热解析系统中，高温石英砂将热量传递给含油污泥，使其在高温缺氧环境下热解析反应，生成的热解析气通过三相分离器分离出油品、水和不凝气，热解残渣中的焦渣、石英砂回到焚烧系统中再循环利用。本发明的特点是：高原油回收、无二次污染、低能量消耗，有效解决油田开发和炼油过程产生的各种含油污泥的处理处置问题。整个技术系统节能、环保，同时实现含油污泥的资源化、减量化、无害化处理。
【专利说明】一种含油污泥资源化处理方法
[0001]一、【技术领域】:
本发明涉及高温热解析【技术领域】，特别涉及一种含油污泥资源化处理方法。
[0002]二、【背景技术】:
油田在开发生产过程中，不可避免的产生大量含油污泥。经初步调查，我国每年含油污泥新增量达80万吨左右，由于油泥中含有水、泥沙、硫化物、苯系物、酚类、烃类等，不仅占用土地和空间，而且严重的污染空气、土壤和地下水，在一定程度上制约了国内油田生产的发展。含油污泥已经被国家列为危险固体废弃物(HW08)，因此开发一种既能消除含油污泥对环境的危害又可回收资源的处理技术，对油田的可持续发展具有重要的实际意义。
[0003]含油污泥种类繁多、性质复杂，相应的处理技术也呈现多元化趋势，目前含油污泥处理技术有筛选流化-调质-离心技术、焚烧、化学热洗、热解析、地耕法、堆肥法、生物反应器、溶剂萃取技术等，国内油田多采用填埋、浓缩脱水、固化处理、催化裂解等，其共同的缺点是未能回收利用具有较高经济价值的原油，高温热解析处理是目前国外广泛用于含油污泥处理技术，可实现含油污泥的无害化、减量化、资源化处理。含油污泥来源不同，含油率不同，低则5%以下，高则达到50%以上，若按平均值20%计，热解析资源化技术每年可回收利用近10万吨原油，具有十分可观的经济价值。
[0004]高温热解析技术的原理是含油污泥在绝氧的条件下焚烧到一定温度(一般为 4500C左右，甚至更高)，使烃类物质在复杂的水合和裂化反应中分离出来，并冷凝回收。该技术具有将含油污泥完全无机化，烃类高效回收利用，处理速度快，处理彻底等优点。
[0005]随着各国对含油污泥处置指标的进一步严格，该技术将成为含油污泥处理的重要方式之一。丹麦的RUGSGO公司业绩比较突出，其技术已经在壳牌、BP等大石油公司成功应用。同济大学、中国市政工程西南设计院等一些院校和科研单位都进行有关的热解析技术研究，但到目前为止，未见对含油污泥固废热解析处理工业化的报道。在我国辽河油田开展了相关的热解析处理现场试验，中国石油天然气有限公司曾致力于研究含油污泥热解析处理，并于2008年申报“一种含油污泥的资源化利用方法”，专利号为200610103671。但现有的解析方法，经解析炉排出的热解残渣中仍含有焦油，造成二次污染，资源浪费，而且热解析外接能源能耗大。
[0006]三、
【发明内容】
:
针对上述问题，本发明的目的是提出一种含油污泥资源化处理方法，第一有效地回收了高价值原油，第二切实解决了环境污染问题，第三高效地实现了能量自给及循环利用，是一套集节能、环保于一体的油泥资源化处理技术。 本发明的另一目的是提供一种含油污泥资源化处理成套设备，系统设置紧凑，合理，循环利用资源，处理效果佳。
[0007]本发明技术方案为:一种含油污泥资源化处理方法，焚烧系统将石英砂加热，经旋风分离后进入热解析系统中，高温石英砂将热量传递给含油污泥，使其在高温缺氧环境下热解析反应，生成的热解析气通过三相分离器分离出油品、水和不凝气，热解残渣中的焦渣、石英砂回到焚烧系统中再循环利用。
[0008]具体包括焚烧、热解析和资源回收。[0009]第一步焚烧:焚烧系统所需热量由热解产生的焦渣提供，焦渣在循环流化床炉中燃烧放热，燃烧温度900-1200°C，将石英砂加热至850°C以上，经旋风分离器分离后， 800-900°C的高温烟气通过空气预热器和蒸气炉多级回收热量，预热后的80-120°C空气作为循环流化床炉的一次风、80-150°C的空气作为循环流化床炉的二次风，水蒸汽分配给气动阀及其他用气设备；高温石英砂进入密闭的回转窑热解析炉；
第二步热解析:热解析系统采用回转窑热解析炉，焚烧分离后的高温石英砂进入密闭的回转窑热解析炉提供热解能耗，含油10-30%的油泥和高温石英砂按重量比1:4-10的比例进入热解析炉中；两者在炉体的慢速转动(6-8r/min)下完全混合发生热解析反应,生成的热解析气经过三相分离器回收油品、水和不凝气，热解残渣(含焦渣和石英砂)进入循环流化床炉，其中的焦渣进入焚烧系统提供热能，石英砂作为热固载体循环重复使用；
第三步资源回收:含油污泥中原油组分中的汽油、煤油、轻柴油随着热解析反应依次汽化分离，重柴油及渣油在高温下少量裂解为甲烷、乙烷、烯烃、炔烃、硫化氢等不凝气，其余形成焦渣，轻组分原油及不凝气回收，焦渣作燃料充分利用。
[0010]所述热解析产生的焦渣呈黑色，含大量大分子烃类，主要组成为39.7%固定碳、 33.6%挥发分、26.7%灰分，低位发热量为20-25MJ/Kg。
[0011]所述第二步热解析，优选含油10-30%的油泥和高温石英砂重量比1:6。
[0012]所述第二步热解析，热解析反应温度450-60(TC，在无氧或缺氧条件下反应。
[0013]所述第二步热解析，高温石英砂温度800-900°C。
[0014]本发明处理方法所采用的一种含油污泥资源化处理成套设备，包括热解析、焚烧、 资源回收、热能回收四大系统，含油污泥在热解析系统中热解，热解析系统排出的经资源回收系统回收，排出的焦渣进入焚烧系统，焚烧系统加热的高温石英砂传送到热解析系统，焚烧系统产生的高温烟气通过热能回收系统回收，分离出的油品和不凝气收集到资源回收系统；
其中所述热解析系统由回转窑热解析炉、石英砂料仓和油泥料仓组成，回转窑热解析炉是一个高温缺氧反应容器，石英砂料仓和油泥料仓连通回转窑热解析炉的进料口，热解析气出口连通资源回收系统，热解残渣出口通过气动U型阀和螺旋给料机与循环流化床炉连接；所述回转窑热解析炉是由窑体、密封装置、传动装置、支撑装置组成。传动装置是使回转窑热解析炉以6-8 r/min的转数持续转动；热解析后的焦渣通过气动U型阀和螺旋给料机定量、密闭的输送到循环流化床炉中，焚烧系统与热解析系统形成了一个闭合的循环回路。
[0015]其中所述焚烧系统包括循环流化床炉和旋风分离器；循环流化床炉焦渣入口连通热解析系统焦渣出口，以石英砂为热载体焚烧，高温烟气和石英砂出料口连通旋风分离器， 经旋风分离器后固体输送到石英砂料仓，烟气连通热能回收系统；
所述循环流化床炉包括炉体、上盖装置、底座、排灰装置，炉体为圆柱体空腔，炉体的壁面上设有进料口、二次风入口、排烟口、仪表装置、密封装置，炉体下端呈微锥形，锥度为 10~20度，底部以法兰形式与底座连接，二次风位于炉体的密相区和稀相区交汇处，同一高度水平均匀设2 - 4个二次风入口，炉壳内壁设置有保温层，进料口安装有气动U型阀， 再与外接的热解析炉排料装置相连，炉体底部设置有布风装置，布风装置采用风帽式布风， 炉体壁面上安装有防爆装置，防爆装置由接口与炉体相连、防爆垫片在接口法兰和防爆法兰之间，法兰是由高强螺栓组固定；底座设置有一次风入口，底座下端连接排灰装置，底座由底板、底座壳体、燃烧装置和保温层组成，底板与底座壳体固定连接，底板和底座壳体内壁面设置有保温层，燃烧装置由燃烧器和燃烧器接口组成，底座壳体上开设有燃烧器接口和一次风入口，排灰装置是由排灰管道、中间储灰罐和上下两个高温闸阀组成的密闭装置，排灰管道与炉体连通，中间储灰罐安装在上下两个高温闸阀之间；仪表装置包括温度测量仪表和压力测量仪表，分别位于底座和炉体不同的高度上；炉体顶端设上盖装置，压盖一和压盖二下面盖石英玻璃，再通过高强螺栓分别固定在上盖板和预埋板上，上盖板底面与炉体内壁之间设置有保温层。
[0016]其中所述资源回收系统包括三相分离器、储油槽、储气罐；热解析气出口连通三相分离器，三相分离器油品、水和不凝气管路分别连接储油槽、污水处理系统和储气罐；所述三相分离器的冷却水出口连接冷却水循环利用系统，换热后的热水作为生活用水。
[0017]其中所述热能回收系统包括空气预热器、蒸汽炉、三相分离器，循环流化床炉烟气出口连接旋风分离器气体出口依次连通空气预热器、蒸汽炉多级回收热能，预热后的空气连通循环流化床炉的一次风入口和二次风入口，蒸汽炉产生的水蒸汽输送到气动阀及其他用气设备，部分收集于汽包中循环利用，烟气经除尘器由烟?排放；
所述空气预热器采用的是列管式空气预热器，主要是由主体、烟气进口、烟气出口、冷空气进口、一次风、二次风出口组成，烟气在管束中流过放出大量的热能，冷空气通过错列冲刷管束进行吸热，鼓风机直接连接在空气进口端，在空气出口端通过烟道连通循环流化床炉一次风入口和二次风入口，烟气通过烟气出口排出到烟道，经烟道进入蒸汽炉，蒸汽炉多级回收热能，水蒸汽出口一部分连通气动阀及其他用气设备，一部分连通汽包；换热后烟气通过烟道进入布袋除尘器，通过引风机将烟气引入烟? ;由布袋除尘器排出的灰和由循环流化床炉的排灰装置排出的灰通过螺旋输送机输送给制造建材设备。
[0018]本发明工艺路线完整，整套技术的突出优势体现在两方面:
首先，高效回收利用含油污泥中的原油组分。原油以轻质油、不凝可燃气的形式回收，回收率约51.56%，剩余近48.56%的原油以焦渣形式进入焚烧锅炉充分燃烧利用，故总回收利用率接近100% (以某油泥计算，见表1)。
[0019]其次，整套技术无需外加能量，热解析反应耗能完全由含油污泥热解析产生的焦渣燃烧放热提供。热解析产生的焦渣呈黑色块状(或颗粒状)，主要的元素组成为碳，其余的为氢、氧、氮、硫和金属元素，可做为燃料用于循环流化床炉焚烧，且上一个处理周期产生
的焦渣焚烧，具有较高热值，燃烧后释放热量Qj ,放出的热量可完全满足本周期热解析所需热量。石英砂从常温升高到850°c以上所需温度吸收热量Qe ,油泥热解析反应吸热
,经实验计算，三者满足Q^QsiQ S?，即一定量的含油污泥热解析所需能量完全
可以由热解残渣中的焦渣提供，无需外界补充能量，实现了能量的完全自给(以某油泥计算，见表2)。
其中循环流化床炉所需的二次风，是从循环流化床炉排出的高温烟气(800-900 V )，分别通过空气预热器、蒸汽炉多级回收热能，预热后的空气可作为循环流化床炉的一次(80-120°C )和二次风(80-150°C )，蒸汽炉产生的水蒸汽部分供给气动阀及其他用气设备，部分收集于汽包中循环利用，烟气最终经处理后排放。热解析气通过三相冷凝分离器分离，冷却水循环利用。
[0020]表1.某油泥原油组成及热解析回收量
【权利要求】
1.一种含油污泥资源化处理方法，其特征在于:焚烧系统将石英砂加热，经旋风分离后进入热解析系统中，高温石英砂将热量传递给含油污泥，使其在高温缺氧环境下热解析反应，生成的热解析气通过三相分离器分离出油品、水和不凝气，热解残渣中的焦渣、石英砂回到焚烧系统中再循环利用。
2.根据权利要求1所述的一种含油污泥资源化处理方法，其特征在于:具体包括焚烧、 热解析和资源回收:第一步焚烧:焚烧系统所需热量由热解产生的焦渣提供，焦渣在循环流化床炉中燃烧放热，燃烧温度900~1200°C，将石英砂加热至800-90(TC，经旋风分离器分离后，800~ 900°C的高温烟气通过空气预热器和蒸汽炉多级回收热量，预热后的80~120°C空气作为循环流化床炉的一次风、80~150°C的空气作为循环流化床炉的二次风，水蒸汽分配给气动阀及其他用气设备；高温石英砂进入密闭的回转窑热解析炉；第二步热解析:热解析系统采用回转窑热解析炉，焚烧分离后的高温石英砂进入密闭的回转窑热解析炉提供热解能耗，含油10 - 30%的油泥和高温石英砂按重量比1:4 一 10 的比例进入热解析炉中；两者在炉体的6 — 8r/min慢速转动下完全混合发生热解析反应， 生成的热解析气经过三相分离器回收油品、水和不凝气，热解残渣进入循环流化床炉，其中的焦渣进入焚烧系统提供热能，石英砂作为热固载体循环重复使用；第三步资源回收:含油污泥中原油组分中的汽油、煤油、轻柴油随着热解析反应依次汽化分离，重柴油及渣油在高温下少量裂解为甲烷、乙烷、烯烃、炔烃、硫化氢等不凝气，其余形成焦渣，轻组分原油及不凝气回收，焦渣作燃料焚烧利用热能。
3.根据权利要求2所述的一种含油污泥资源化处理方法，其特征在于:所述热解产生的焦渣呈黑色，含大量大分子烃类，主要组成为39.7%固定碳、33.6%挥发分、26. 7%灰分，低位发热量为12-20MJ/Kg。
4.根据权利要求2所述的一种含油污泥资源化处理方法，其特征在于:所述第二步热解析，含油10 - 30%的油泥和高温石英砂重量比1:6。
5.根据权利要求2所述的一种含油污泥资源化处理方法，其特征在于:所述第二步热解析，热解析反应温度450 - 60(TC，在无氧或缺氧条件下反应。
6.根据权利要求2所述的一种含油污泥资源化处理方法，其特征在于:所述第二步热解析，高温石英砂温度800 - 900 0C。
7.一种含油污泥资源化处理成套设备，其特征在于:包括热解析、焚烧、资源回收、热能回收四大系统，含油污泥在热解析系统中热解，热解析系统排出的经资源回收系统回收， 排出的焦渣进入焚烧系统，焚烧系统加热的高温石英砂传送到热解析系统，焚烧系统产生的高温烟气通过热能回收系统回收，进入焚烧系统再利用，分离出的油品和不凝气收集到资源回收系统；其中所述热解析系统由回转窑热解析炉、石英砂料仓和油泥料仓组成，回转窑热解析炉是一个高温缺氧反应容器，石英砂料仓和油泥料仓连通回转窑热解析炉的进料口，热解析气出口连通资源回收系统，热解残渣出口经管路连通循环流化床炉；所述回转窑热解析炉是由窑体、密封装置、传动装置、支撑装置组成；传动装置是使回转窑热解析炉以6-8 r/ min的转数持续转动；热解析后的焦渣通过气动U型阀和螺旋给料机定量、密闭的输送到循环流化床炉中，焚烧系统与热解析系统形成了一个闭合的循环回路。
8.根据权利要求7所述的一种含油污泥资源化处理方法，其特征在于:其中所述焚烧系统包括循环流化床炉和旋风分离器；循环流化床炉焦渣入口连通热解析系统焦渣出口， 以石英砂为热载体焚烧，高温烟气和石英砂出料口连通旋风分离器，经旋风分离器后固体输送到石英砂料仓，烟气连通热能回收系统；所述循环流化床炉包括炉体、上盖装置、底座、排灰装置，炉体为圆柱体空腔，炉体的壁面上设有进料口、二次风入口、排烟口、仪表装置、密封装置，炉体下端呈微锥形，锥度为 10~20度，底部以法兰形式与底座连接，二次风位于炉体的密相区和稀相区交汇处，同一高度水平均匀设2 — 4个二次风入口，炉壳内壁设置有保温层，进料口安装有气动U型阀， 再与外接的热解析炉排料装置相连，炉体底部设置有布风装置，布风装置采用风帽式布风， 炉体壁面上安装有防爆装置，防爆装置由接口与炉体相连、防爆垫片在接口法兰和防爆法兰之间，法兰是由高强螺栓组固定；底座设置有一次风入口，底座下端连接排灰装置，底座由底板、底座壳体、燃烧装置和保温层组成，底板与底座壳体固定连接，底板和底座壳体内壁面设置有保温层，燃烧装置由燃烧器和燃烧器接口组成，底座壳体上开设有燃烧器接口和一次风入口，排灰装置是由排灰管道、中间储灰罐和上下两个高温闸阀组成的密闭装置， 排灰管道与炉体连通，中间储灰罐安装在上下两个高温闸阀之间；仪表装置包括温度测量仪表和压力测量仪表，分别位于底座和炉体不同的高度上；炉体顶端设上盖装置，压盖一和压盖二下面盖石英玻璃，再通过高强螺栓分别固定在上盖板和预埋板上，上盖板底面与炉体内壁之间设置有保温层。
9.根据权利要求7所述的一种含油污泥资源化处理方法，其特征在于:其中所述资源回收系统包括三相分离器、储油槽、储气罐；热解析气出口连通三相冷凝器，三相分离器油品、水和不凝气管路分别连接储油槽、污水处理系统和储气罐；所述三相分离器的冷却水出口连接冷却水循环利用系统，换热后的热水作为生活用水。
10.根据权利要求7所述的一种含油污泥资源化处理方法，其特征在于:其中所述热能回收系统包括空气预热器、蒸汽炉、三相分离器，循环流化床炉烟气出口连接旋风分离器气体出口依次连通空气预热器、蒸汽炉多级回收热能，预热后的空气连通循环流化床炉的一次风入口和二次风入口，蒸汽炉产生的水蒸汽输送到气动阀及其他用气设备，部分收集于汽包中循环利用，烟气经除尘器由烟囱排放；所述空气预热器采用的是列管式空气预热器，主要是由主体、烟气进口、烟气出口、冷空气进口、一次风、二次风出口组成，烟气在管束中流过放出大量的热能，冷空气通过错列冲刷管束进行吸热，鼓风机直接连接在空气进口端，在空气出口端通过烟道连通循环流化床炉一次风入口和二次风入口，烟气通过烟气出口排出到烟道，经烟道进入蒸汽炉，蒸汽炉多级回收热能，水蒸汽出口一部分连通气动阀及其他用气设备，一部分连通汽包；换热后烟气通过烟道进入布袋除尘器，通过引风机将烟气引入烟? ;由布袋除尘器排出的灰和由循环流化床炉的排灰装置排出的灰通过螺旋输送机输送给制造建材设备。`
【文档编号】C10B53/00GK103553290SQ201310519046
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2013年10月29日 优先权日:2013年10月29日
【发明者】张赜, 李爱民, 邹欣洺, 刘溪, 王宏宇 申请人:大连环资科技有限公司