一种基于纳米金属氧化物热解制备油污泥产物的方法

本发明属于含油污泥再利用领域，特别是涉及一种基于纳米金属氧化物热解制备油污泥产物的方法。

背景技术：

1、石油工业在原油开采，输送，存储和提炼的过程中会产生大量的含油污泥。其成分及其复杂，大多数伴有刺激性气味(废弃油泥中含有烃类物质，其在高温机制中挥发产生刺激性气味)和重金属元素以及致病的细菌和微生物等。若随意处置不仅是一种资源浪费，还会对生态系统造成破坏。据了解，含油污泥的含油率通常在10％～50％之间，且油泥中含有大量碳氢化合物可作为燃料和化学品再次利用。因此，含油污泥的处理和回收具有重要的战略意义

2、当前含油污泥的资源化处置方法主要有溶剂萃取法，表面活性剂法，冻融法，机械分离法等。溶剂萃取法对溶剂损耗比较高，易造成二次污染。表面活性剂法其化学表面活性剂含有毒性，会对环境造成危害，且生物表面活性剂成本较高，不易获取。冻融法处置效率低，在冷冻过程中能耗较高。机械分离法采购设备和保养成本高，还会造成噪声污染，需进行降噪处理。相比以上含油污泥资源化处置技术，热解法能够高效快速的处置含油污泥来回收资源和能源，具有更强的工业化应用潜力，是一种前景极佳的技术。

3、热解法处置含油污泥通常是在没有氧气条件下将含油污泥加热到固定高温(400℃～800℃)，使含油污泥中的有机物发生不稳定裂解产生固液气三相产物的过程。其中的有机分子析出转变为小分子碳。有机烃类不断裂解进行再次组合，接着以冷凝的方式对有机物凝析回收。大多热解过程都是通过常规的热传导，热对流或热辐射进行外部加热。这些传统的加热方式通常有一些缺点，如热损失，传热阻力，以及由于长时间加热而造成的二次反应等。

4、使用热解法处置含油污泥时加入催化剂会改善热解产物的特性，但目前使用的催化剂对油污泥产物的影响并不明显。需要提供一种新的方案来提高油污泥热解产物的特性。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明旨在提出一种基于纳米金属氧化物热解制备油污泥产物的方法，以解决现有含油污泥热解效率低且获得的热解产物产量少，没有对含油污泥进行充分回收利用的问题。

2、为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种基于纳米金属氧化物热解制备油污泥产物的方法，它包括以下步骤：

3、步骤1：向微波热解装置内通入氮气，通过氮气对微波热解装置内部进行吹扫，使微波热解装置内部保持惰性氛围；

4、步骤2：将含油污泥放置在反应器内，向含油污泥中加入纳米金属氧化物催化剂并混合均匀，加入的纳米金属氧化物催化剂载量为含油污泥质量的10％，所述纳米金属氧化物催化剂为纳米cuo、纳米nio、纳米mgo或纳米γ-al2o3；

5、步骤3：将反应器放置在微波热解装置内，关闭微波热解装置的炉门，微波热解装置尾端通过冷凝管连接冷凝瓶，冷凝瓶与洗气装置相连，洗气装置末端连接集气装置，调定微波功率；

6、步骤4：启动微波热解装置，通过微波热解装置对混有纳米金属氧化物催化剂的含油污泥进行热解；

7、步骤5：热解过程中产生的油气经过冷凝管进行冷凝后，产生的热解油通过冷凝瓶进行收集，不凝热解气通过洗气装置洗气后通过集气装置进行收集；

8、步骤6：收集的热解气采用气体膜分离技术提取co、h2和ch4，气体膜分离技术中使用的分离膜为非对称性膜或高分子复合膜，分离出的co和h2用于制备水煤气，分离出的ch4用作燃料；收集的热解油采用模拟蒸馏技术，在常压下加热分馏热解油，使其分为轻质油，中质油，重质油，从轻质油中采用芳烃萃取的方式分离得到碳氢化合物、醇类、脂类和芳香族化合物，芳烃萃取采用液液萃取或萃取蒸馏的方式，液液萃取或萃取蒸馏中均需加入萃取剂，对分离产物进行蒸馏分离得到柴油、汽油和燃料油；完成对含油污泥产物的制备。

9、更进一步的，所述纳米γ-al2o3平均粒径为150～500nm。

10、更进一步的，所述纳米cuo、纳米nio和纳米mgo的平均粒径均为20～40nm。

11、更进一步的，所述纳米金属氧化物催化剂均为粉末状结构，纯度为99％。

12、更进一步的，所述步骤2中先将含油污泥加热至50℃，再向含油污泥中加入纳米金属氧化物催化剂并搅拌混合均匀。

13、更进一步的，所述微波热解装置的微波热解功率为2000w。

14、更进一步的，所述反应器为石英材质。

15、更进一步的，所述反应器外壁连接热电偶。

16、更进一步的，所述微波热解装置上设有plc系统，对热解温度和功率进行调节并显示反应温度。

17、更进一步的，所述步骤1中氮气以200ml/min的流速对微波热解装置内部进行吹扫，吹扫时长为5min。

18、与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明在含油污泥中加入纳米金属氧化物催化剂诱导微波热解获得相应产物的方法，对热解效率及热解产物的影响显著。

19、纳米金属氧化物影响了升温过程和产物分布。提高了含油污泥在微波热解过程中的升温速率和热解最终温度。纳米cuo吸波性较好，将热解最终温度提升到770℃，热解时间缩短至67min。在加入纳米金属氧化物后油、气产率均得到提高，其中纳米mgo获得最高热解气产率为41.2％，纳米cuo获得最高热解油产率为30.6％。

20、对于热解气组分来说，加入纳米mgo后h2含量明显上升，占热解气含量的32.261％，表明mgo促进了轻烃的蒸汽重整和水煤气反应。加入纳米cuo和纳米γ-al2o3后h2和ch4含量得到提升。纳米nio的添加导致了co和h2的更高产率，发现纳米nio有助于轻烃有机物的裂解，促进了co2重整和蒸汽重整反应，可使用此方法来制备水煤气，效果显著。

21、对于热解油组分来说，加入纳米mgo、纳米cuo、纳米γ-al2o3后，轻质组分c4～c12、c13～c18含量提升，重质组分＞c19含量下降。表明纳米金属氧化物可有效促进油泥分解，生成更多低碳数直链烃和醇类，提升热解油品质。

22、本发明使用的纳米金属氧化物催化剂不同与传统的金属催化剂或金属氧化物催化剂，纳米金属氧化物具备直径粒子小、高比表面积、回收率高等优点。两者的差别不只在于上述物理性质的差别，其在化学性质上也完全不同，由于纳米效应、表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应的存在会使纳米材料具有传统材料所不具备的奇异或反常的物理、化学特性。比如原本导电的铜到某一纳米级界限就不导电了。所以根据常规金属催化剂或金属氧化物催化剂能产生的效果并不能推导出纳米金属氧化物催化剂的效果，纳米金属氧化物催化剂的使用会产生预料不到的技术效果，这种效果会产生质变，形成新的性能。

23、本发明中的纳米金属氧化物催化剂由于纳米粒子生成的大部分电子-空穴在到达表面之前不会结合，使得较多的电子-空穴能够到达表面，因此纳米金属氧化物催化剂化学反应活性高。另外，分散在介质中的纳米粒子具有透明性，能够通过光学手段观察界面间的质子、电荷转移、表面态密度及半导体能级结构。

技术特征：

1.一种基于纳米金属氧化物热解制备油污泥产物的方法，其特征在于：它包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于纳米金属氧化物热解制备油污泥产物的方法，其特征在于：所述纳米γ-al2o3平均粒径为150～500nm。

3.根据权利要求1所述的一种基于纳米金属氧化物热解制备油污泥产物的方法，其特征在于：所述纳米cuo、纳米nio和纳米mgo的平均粒径均为20～40nm。

4.根据权利要求1所述的一种基于纳米金属氧化物热解制备油污泥产物的方法，其特征在于：所述纳米金属氧化物催化剂均为粉末状结构，纯度为99％。

5.根据权利要求1所述的一种基于纳米金属氧化物热解制备油污泥产物的方法，其特征在于：所述步骤2中先将含油污泥加热至50℃，再向含油污泥中加入纳米金属氧化物催化剂并搅拌混合均匀。

6.根据权利要求1所述的一种基于纳米金属氧化物热解制备油污泥产物的方法，其特征在于：所述微波热解装置的微波热解功率为2000w。

7.根据权利要求1所述的一种基于纳米金属氧化物热解制备油污泥产物的方法，其特征在于：所述反应器为石英材质。

8.根据权利要求1所述的一种基于纳米金属氧化物热解制备油污泥产物的方法，其特征在于：所述反应器外壁连接热电偶。

9.根据权利要求1所述的一种基于纳米金属氧化物热解制备油污泥产物的方法，其特征在于：所述微波热解装置上设有plc系统，对热解温度和功率进行调节并显示反应温度。

10.根据权利要求1所述的一种基于纳米金属氧化物热解制备油污泥产物的方法，其特征在于：所述步骤1中氮气以200ml/min的流速对微波热解装置内部进行吹扫，吹扫时长为5min。

技术总结
本发明提出了一种基于纳米金属氧化物热解制备油污泥产物的方法，属于含油污泥再利用领域。解决了现有含油污泥热解效率低且获得的热解产物产量少，没有对含油污泥进行充分回收利用的问题。它包括向微波热解装置内通入氮气，通过氮气对微波热解装置内部进行吹扫，使微波热解装置内部保持惰性氛围；将含油污泥放置在反应器内，向含油污泥中加入纳米金属氧化物催化剂并混合均匀，加入的纳米金属氧化物催化剂载量为含油污泥质量的10％，所述纳米金属氧化物催化剂为纳米CuO、纳米NiO、纳米MgO或纳米γ‑Al<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;。它主要用于含油污泥的再利用。

技术研发人员：苏文涛,陈星元,胡世宏,石亮
受保护的技术使用者：辽宁石油化工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12