一种油基钻屑和氧化钙混合处理的工艺的制作方法

本发明涉及一种油基钻屑和氧化钙混合处理的工艺，属于含油固废处理技术领域。

背景技术：

目前，在开采页岩气过程中使用油基泥浆钻井，钻头切屑地层中的岩石产生大量钻屑，这些钻屑通过油基泥浆的携带作用被带至地面，从而形成油基钻屑。油基钻屑中含有石油烃类、重金属和有机物等污染物，已被列入国家危险废弃物(国家危险废物名录，hw08)，若不经处理就直接排放，将会对周边生态环境造成严重危害。世界许多地区的排放标准规定，钻屑中总石油烃(tph)的质量百分数低于1％才能排放。

因此国内外对油基钻屑的处理方法研究广泛，目前普遍采用的处理方法主要有焚烧法、掩埋法、井下回注法、固化法、溶剂萃取法、热处理法、离心分离法等。综合比较这些处理方法，热解处理技术对物料适应性强、工艺原理简单、处理方式灵活、效率高、设备占地面积小、具备“不落地”处理能力、具备全天候工作能力处理、处理过程中产生的二次污染少，同时在资源回收利用方面具有优势，因此成为含油钻屑处理的热点技术。热脱附处理技术主要是在绝氧条件下，在热脱附炉中对物料加热，使其达到物料中挥发性物质的沸点，将其从物料中蒸发脱除。该处理方法对含油钻屑中的油去除效果较好，处理后的残渣含油率最低可以降至0.3wt％以下，同时可以回收钻屑中的烃类资源。

中国专利cn104178200a公开了一种油基钻屑热解析处理方法，主要过程是将油基钻屑进行预处理后输送到处理单元，通过加热使反应温度升到钻屑中各组分烃的挥发温度，然后保持一定的停留时间直至油气挥发完全，处理后钻屑通过卸料装置进行存储排放，油气通过出气装置进入回收分离单元，不同凝点的组分在不同的冷凝回收单元进行回收，回收后油的品质保持不变，可进行再次配制油基钻井液。但是，此处理方法热解过程中难以严格密封，热解过程中气味较大，热解工作环境污染较大。

中国专利cn108343391a公开了一种滚筒式的钻屑处理热分离结构，包括热分离外筒、热分离滚筒、热分离辅助结构三部分。钻屑通过钻屑进口进入由热分离外筒体内壁和热分离滚筒体外壁构成的热分离区域，热分离滚筒体在动力端的带动下旋转，使得热分离区域中的钻屑与热磨体不断研磨并持续升温以使钻屑中的液相挥发，挥发产生的热解气经筛网滤掉固相后，由热解气进口进入到积气腔中，并由流道形状为截面积减小的锥形热解气出口加速排出，固相由残渣出口排出。但是滚筒结构会导致热解挥发分中灰分含量较高，同时电加热无法充分利用热解过程产生的热解气体的热值，导致整个工艺的能量利用率偏低，并且所得固体灰渣仍然是危废，没有得到资源化利用。

因此，提供一种新型的油基钻屑和氧化钙混合处理工艺已经成为本领域亟需解决的技术问题。

技术实现要素：

为了解决上述的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种油基钻屑和氧化钙混合处理的工艺。

为了实现以上目的，本发明提供了一种油基钻屑和氧化钙混合处理的工艺，其中，所述工艺包括以下步骤：

(1)将预处理后的油基钻屑及预热后的氧化钙混合，得到混合料；

(2)对所述混合料进行热解，得到热解油气、高温烟气及热解固态残渣；

(3)对所述热解油气进行冷凝分离，得到热解油和不凝气。

在以上所述的工艺中，对所述油基钻屑进行预处理的操作为本领域常规操作，如所述预处理包括甩干及筛选处理等。

优选地，所述工艺还包括：利用所述热解固态残渣制造免烧砖。

优选地，所述工艺还包括：将步骤(3)中所述不凝气用作步骤(2)热解过程中的燃气。

优选地，所述工艺还包括使所述高温烟气依次经过各级换热器，并依次进行换热。

优选地，所述工艺还包括使所述高温烟气经余热锅炉进行换热，得到低温烟气，再使所述低温烟气经蓄热式换热器进行换热，得到冷却烟气。

优选地，所述工艺还包括使所述冷却烟气经除尘器除尘后排放。

优选地，所述工艺还包括使经除尘器除尘后的冷却烟气于脱硫脱硝装置中经脱硫脱硝处理后排放。

在以上所述的工艺中，首先于余热锅炉中对所述高温烟气进行降温，得到低温烟气，所述低温烟气再于所述蓄热式换热器中与蓄热式换热器中的空气进行热交换得到冷却烟气，所述冷却烟气再依次送入除尘器、脱硫脱硝装置中进行除尘、脱硫脱硝处理以使重金属含量均达标后，经排烟装置直接排放。

本发明对热解后的高温烟气、经余热锅炉降温后的低温烟气及经蓄热式换热器换热后的冷却烟气的温度均不做具体要求，本领域技术人员可以根据现场作业需要合理调整该些温度，只要保证可以实现本发明的目的即可。

优选地，所述工艺还包括对所述混合料进行计量后再将其热解。

在以上所述的工艺中，优选地，所述热解于移动床热解炉中进行，所述移动床热解炉为环形密封结构的热解炉，其包括燃气加热区和内层物料热解区，所述燃气加热区设置有蓄热式燃气辐射管。

在以上所述的工艺中，预处理后的油基钻屑和预热后的氧化钙的混合比例以及预热后的氧化钙的温度之间是动态平衡的关系，现场作业时可根据物料的比热和传热效率，调整二者之间的混合比例以及预热后的氧化钙的具体温度，但需要保证将预处理后的油基钻屑及预热后的氧化钙混合后能将油基钻屑温度加热到热脱附温度即可；此外，本发明对步骤(2)中的热解过程的温度也不做具体要求，本领域技术人员可以根据现场需要合理设置该热解温度，只要保证可将混合料进行热解得到热解油和不凝气即可。

在本发明一较为优选的实施方式中，所述预热后的氧化钙的温度为750℃；

预处理后的油基钻屑及预热后的氧化钙之间的质量比为1:1.5；

所述热解反应的温度为300℃，反应时间为1h。

在以上所述的工艺步骤(1)中，将预处理后的油基钻屑及预热后的氧化钙混合，首先，预热后的氧化钙起到固体热载体的作用，用作对油基钻屑进行加热的热源，采用该种方式对预处理后的油基钻屑进行加热的好处是易于控温，而且分布均匀；

其次，氧化钙在热脱附(热解)的过程中可与h2s、so2、cos、co2和水蒸气等发生反应，h2s等反应物均为热解产物中的杂质，会影响产物的品质，因此氧化钙的添加提升了热解产物的品质，同时以上所述反应均为放热反应，在这些反应过程中释放的能量可起到降低能耗的作用；

再次，氧化钙在热脱附过程中还起到了催化裂解的作用，其可将一些重质组分催化裂解成轻质组分；

最后，氧化钙还起到了固硫作用，解决了油基钻屑处理过程中所存在的气味(臭味)问题，可明显改善处理环境气味，满足固体危废的环保处理要求；氧化钙还起到了固定固相中的重金属元素和多环芳烃的作用，降低了固相的环境风险，同时经过氧化钙的调质，热脱附之后固相组成更接近于混凝土、免烧砖的组成，促进了其资源化利用。

为了进一步对本发明的油基钻屑和氧化钙混合处理的工艺进行说明，本发明还提供了一种用于实现以上所述油基钻屑和氧化钙混合处理的工艺的油基钻屑和氧化钙混合处理的系统，其包括：

油基钻屑预处理装置、氧化钙预热装置、混合装置、进料装置、移动床热解炉、冷凝分离装置；

所述油基钻屑预处理装置、氧化钙预热装置分别用于对油基钻屑进行预处理及对氧化钙进行预热；

所述油基钻屑预处理装置、氧化钙预热装置的出口分别通过管路与所述混合装置相连；

所述进料装置用于将混合装置中的混合料输送至所述移动床热解炉中；所述移动床热解炉的热解油气出口通过管路与所述冷凝分离装置相连。

进一步地，所述系统还包括免烧砖制造装置，所述移动床热解炉的热解固态残渣出口与所述免烧砖制造装置的热解固体残渣入口相连。

在以上所述的系统中，进一步地，所述移动床热解炉的热解固态残渣出口与所述免烧砖制造装置的热解固体残渣入口通过进料螺旋相连。

在以上所述的系统中，进一步地，所述冷凝分离装置的不凝气出口通过管路与所述移动床热解炉的燃气入口相连。

进一步地，所述系统还包括烟气换热装置及排烟装置，所述烟气换热装置与所述移动床热解炉的烟气出口连通；所述排烟装置与所述烟气换热装置连通，并将烟气排出。

进一步地，所述烟气换热装置包括多级换热器，所述移动床热解炉产生的高温烟气依次经过各级所述换热器，并依次进行换热。

进一步地，各级所述换热器包括：余热锅炉，所述余热锅炉与所述移动床热解炉的烟气出口连通，并与所述移动床热解炉产生的高温烟气进行换热；

蓄热式换热器，所述蓄热式换热器与所述余热锅炉连通，并与所述余热锅炉产生的低温烟气进行换热。

进一步地，所述系统还包括：

除尘器，所述除尘器设置在所述烟气换热装置和所述排烟装置之间，并且所述除尘器与所述烟气换热装置的冷端出口连通；

脱硫脱硝装置，所述脱硫脱硝装置设置在所述除尘器和所述排烟装置之间，并与所述除尘器和所述排烟装置连通。

进一步地，所述排烟装置可为烟囱。

在以上所述的系统中，进一步地，所述进料装置的下端设置有物料计量器，用于对送入所述移动床热解炉的混合料进行计量。

在以上所述的系统中，进一步地，所述移动床热解炉为环形密封结构的热解炉，其包括燃气加热区和内层物料热解区(内部热解反应腔)，所述燃气加热区设置有蓄热式燃气辐射管。

在以上所述的系统中，油基钻屑预处理装置、氧化钙预热装置、混合装置、进料装置、移动床热解炉、冷凝分离装置、余热锅炉、蓄热式换热器、除尘器、脱硫脱硝装置、排烟装置等均为本领域常规设备。

目前现有技术中，采用单独的常规热解设备无法实现对油基钻屑进行无臭化固液分离。本发明利用氧化钙的固硫效果解决了油基钻屑处理过程中所存在的气味(臭味)问题，可明显改善处理环境气味，满足固体危废的环保处理要求，可有效降低投资和占地面积；并且，本发明将热解油气冷凝分离后的不凝气通入移动床热解炉的蓄热式燃气辐射管，提高了能量利用率，从而降低了设备投资成本。

综上，本发明所提供的该工艺的处理过程清洁节能，无污染物排放，处理环境气味较低，可实现油基钻屑的高效处理；该系统易操作，设备运行稳定可靠，整个系统热效率高，运行费用低，经济效益高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1所提供的油基钻屑和氧化钙混合处理的系统的结构示意图。

图2为本发明实施例2所提供的油基钻屑和氧化钙混合处理的工艺的流程图。

主要附图标号说明：

1、油基钻屑预处理装置；

2、氧化钙预热装置；

3、混合装置；

4、进料装置；

5、移动床热解炉；

6、免烧砖制造装置；

7、冷凝分离装置；

8、余热锅炉；

9、蓄热式换热器；

10、除尘器；

11、脱硫脱硝装置；

12、烟囱。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现结合以下具体实施例对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。

实施例1

本实施例提供了一种油基钻屑和氧化钙混合处理的系统，其结构示意图如图1所示，从图1中可以看出，所述系统包括：

油基钻屑预处理装置1、氧化钙预热装置2、混合装置3、进料装置4、移动床热解炉5、冷凝分离装置7、免烧砖制造装置6、余热锅炉8、蓄热式换热器9、除尘器10、脱硫脱硝装置11及烟囱12；

所述油基钻屑预处理装置、氧化钙预热装置分别用于对油基钻屑进行预处理及对氧化钙进行预热；

所述油基钻屑预处理装置、氧化钙预热装置的出口分别通过管路与所述混合装置相连；

所述进料装置用于将混合装置中的混合料输送至所述移动床热解炉中；所述移动床热解炉的热解油气出口通过管路与所述冷凝分离装置相连；

所述移动床热解炉的热解固态残渣出口与所述免烧砖制造装置的热解固体残渣入口相连；

所述移动床热解炉的热解固态残渣出口与所述免烧砖制造装置的热解固体残渣入口通过进料螺旋相连；

所述冷凝分离装置的不凝气出口通过管路与所述移动床热解炉的燃气入口相连；

所述移动床热解炉的高温烟气出口通过管路依次经由余热锅炉、蓄热式换热器、除尘器、脱硫脱硝装置与所述烟囱相连；

所述进料装置的下端设置有物料计量器；

所述移动床热解炉为环形密封结构的热解炉，其包括燃气加热区和内层物料热解区，所述燃气加热区设置有蓄热式燃气辐射管。

实施例2

本实施例提供了一种油基钻屑和氧化钙混合处理的工艺，其是利用实施例1提供的油基钻屑和氧化钙混合处理的系统实现的，该工艺的流程图如图2所示，从图2中可以看出，其包括以下具体步骤：

对取自长宁-威远页岩气示范区的油基钻屑物料(编号为zx-g)进行甩干，筛选处理；其中，所述油基钻屑物料的组成信息如下表1所示；

表1

注意：^*代表通过差减得到。

将氧化钙预热到预定温度750℃；

将经过预处理的油基钻屑和经过预热的氧化钙在混合装置中按照质量比为1:1.5进行混合，得到混合原料；

将所述混合原料送入带有密封设置的进料装置，经过进料装置进入移动床热解炉发生热解反应，其中热解反应的温度为300℃左右，反应时间为1h；

热解反应生成的热解固体残渣直接进入免烧砖制造装置，生产免烧砖；热解反应生成的油气于冷凝分离装置进行油气分离，热解油回收利用，热解气(不凝气)通入移动床热解炉的设置有蓄热式燃气辐射管的燃气加热区燃烧，作为燃料补充；

移动床热解炉出来的高温烟气通过余热锅炉生成蒸汽使用，降温后的低温烟气进入蓄热式换热器中与空气直接换热，换热冷却之后的烟气通过进一步除尘、脱硫脱硝后通过烟囱直接排放。

本发明利用氧化钙的固硫效果解决了油基钻屑处理过程中所存在的气味(臭味)问题，可明显改善处理环境气味，满足固体危废的环保处理要求，可有效降低投资和占地面积；并且，本发明将热解油气冷凝分离后的不凝气通入移动床热解炉的蓄热式燃气辐射管，提高了能量利用率，从而降低了设备投资成本。

综上，本发明所提供的该工艺的处理过程清洁节能，无污染物排放，处理环境气味较低，可实现油基钻屑的高效处理；该系统易操作，设备运行稳定可靠，整个系统热效率高，运行费用低，经济效益高。

以上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定发明实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本发明中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术发明之间、技术发明与技术发明之间均可以自由组合使用。