一种基于热解技术的含油固废处置系统
技术领域：
本发明属于含油废弃物处理技术领域，具体涉及一种基于热解技术的含油固废处置系统。
背景技术：
在日常的工业生产中，会产生很多含油废弃物，特别是在石油勘探和页岩气的开采过程中，钻井液在给钻井带来极大方便的同时，也不可避免的产生了大量废弃油基岩屑，造成严重的环境问题。这种废弃物一般由油、水、钻屑、重金属及其他杂质组成，属于危险废物(国家危险废物名录，HW08)，不可随便排放。在环保要求日益严格的情况下，油基岩屑的无害化处理成为亟待解决的问题。
含油固废的无害化处理主要在于处理废弃物中矿物油的含量，使得固相残渣的含油量达到国家规定的污染物排放标准。目前常用的含油固废处理技术有：离心分离、溶剂萃取、燃烧法和热解处理。
在所述的几种处理技术中，离心分离技术可将含油固废的含油量降低到3％，但无法达到国家规定的一级标准(<1％)。溶剂萃取技术可将油类物质萃取实现资源循环利用，但萃取法中使用的萃取剂本身对环境具有二次污染的可能性。燃烧法因燃烧产物中，飞灰对环境有极大的污染，并且对油分资源化利用率不高。热解技术在较低温度、绝氧的条件下采用加热方式对含油岩屑中的挥发性物质(水和轻质油)和半挥发性物质(重质油)分离的技术，气液产物经冷凝分离后，油分得以回收，此方法无需高温、高压，对设备要求低，运行成本较低，且能够回收有机物资源，是一种新兴的含油岩屑无害化、减量化和资源化的处理技术。同时，对于海上钻井平台的含油固废处理，由于地理限制，若将含油固废运输回陆地处理，耗费较大，因此对含油岩屑需就地处理，且平台空间较小，要求处理设备的占地面积小，因此陆上常用处理方法如溶剂萃取法、焚烧法、离心法等占地面积较大的处理方式皆不适用。
发明内容：
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种处理效果好、油分回收率高、环保的基于热解技术的含油固废处置系统，本发明对含油固废进行热解处理，既能实现含油固废含油量的降低，废渣达到排放标准，又能实现油分回收和资源化利用。
本发明的目的在于提供一种基于热解技术的含油固废处置系统，包括用于储存含油固废的固废中转系统、螺旋输送系统、用于对含油固废热解达到气固分离的回转窑热解系统、冷凝回收系统、燃气输送管道、残渣排泄装置、油气收集装置和尾气排放系统，所述的固废中转系统通过螺旋输送系统将含油固废输送到回转窑热解系统，经回转窑热解系统热解后的热解残渣进入残渣排泄装置，经回转窑热解系统热解后的热解气进入冷凝回收系统，热解气经冷凝回收系统处理后分为燃气和油分两部分，燃气经由燃气输送管道进入回转窑热解系统的热解炉外腔作为燃料，油分直接进入油分收集装置，燃气在热解炉进一步燃烧后经引风机进入尾气排放系统后排空。
现有技术中固化法、回注法和热解法占地较小的处理方式中，固化法和回注法皆无法回收油分，资源利用率低，因而热解法最为适用。在本发明提出的系统中通过将含油固废热解后的燃气回送至回转窑腔体，进一步燃烧，可减少燃料的消耗，且燃气二次燃烧后得到净化，减少了尾气处理的难度，是一种非常实用的含油岩屑处理系统。
本发明提出的含油固废先进入固废中转系统然后螺旋输送至回转窑热解系统进行热解处理，这种操作方式可以避免输送过程中空气进入回转窑热解系统，以达到热解效果，同时利用螺旋输送实现进料和回转窑热解系统，使得含油固废原料充分混合均匀，热解效率高，热解残渣含油量低，在经回转窑热解后的固相残渣满足GB 4914-2008《海洋石油勘探开发污染物排放浓度限值》对排放的污染物中矿物油含量小于1％的一级标准。
优选地，所述的固废中转系统包括中转仓，中转仓顶部设置有含油固废的进料口，中转仓下部设置有出料口，所述的螺旋输送系统穿过出料口，所述的螺旋输送系统末端与回转窑热解系统的热解炉相连。螺旋输送系统是将含油固废由固废中转仓输送至回转窑热解炉中，螺旋输送机由变频电机控制，通过调节螺旋旋转速率来调节含油岩屑输送量及在回转窑热解炉中的停留时间，螺旋外围为密闭管道，以达到热解效果。
优选地，所述的热解炉为间壁式，热解炉的内层与外层之间设置有一空腔，热解炉外层设有若干个起助燃作用并且加热热解炉炉体的柴油燃烧器，所述热解炉炉体与水平面呈2-5°，所述的热解炉炉体尾部底端设置有与残渣排泄装置连通的排渣口，所述的热解炉炉体尾部顶端设有与冷凝回收系统连通的出气口。热解炉炉体与水平面呈2-5°设置的作用是便于进料和排渣，热解炉外层内壁设有扰流结构，使得燃气充分燃烧，热解炉内壁设有热电偶以检测热解温度。
回转窑热解炉的热解温度范围500℃～700℃，热解时间为5-30min。经回转窑热解炉热解后得到的热解残渣满足国家对污染物的排放标准，即GB 4914-2008《海洋石油勘探开发污染物排放浓度限值》中的一级标准：矿物油含量小于1％；产生的挥发分多为H2、CH4和CO等气体，以及汽油、水蒸汽等可冷凝化合物。
优选地，所述的冷凝回收系统为采用水冷方式的冷却炉，冷却水通道在冷却炉中部，热解气由冷却炉上部通入在冷却炉中与冷却水管道置换热量经由出气口进入燃气输送管道，所述的冷却炉炉体下部有一出口通道与油分收集装置连通，热解气中油分经冷却后由出口通道进入燃气输送管道，热解气出口设有检测进入燃气输送管道的温度的热电偶。冷却水通道为为螺旋结构，使得冷却水尽可能的冷却热解气。冷却水管道外部连通冷却水供给，由电泵控制流速，以控制热解气的温度。在热解气出口设有热电偶以检测进入燃气输送管道的温度。
冷凝回收系统通过调节冷却水流量控制热解气温度，温度范围为100℃～150℃，以达到热解气中的油分冷凝的效果。冷凝后的热解气成分主要为H2、CH4、CO和水蒸汽等，可作为燃气进一步供给燃烧，二次利用。
优选地，所述的燃气输送管道一端与冷却炉炉体热解气出口相连，另一端与热解炉外腔右端连通，以将热解气供给燃烧器作为燃料。燃气输送管道设有引风机，以将冷却后的热解气引入燃气输送管道。
优选地，所述的热解炉外腔左端设有引风机，以将燃烧后的燃气引出，进入尾气排放系统，尾气经检测合格后排空。
本发明还保护使用上述的基于热解技术的含油固废处置系统的含油固废处置方法，包括如下步骤：固废中转系统内的含油固废通过螺旋输送系统将含油固废输送进入回转窑热解系统进行热解，含油固废在回转窑热解系统中的停留时间为5-30min，温度为400-900℃，经过回转窑热解系统得到的热解残渣通过残渣排泄装置排出，经过回转窑热解系统得到的热解气通过冷凝回收系统冷却后得到的油分通过油分收集装置收集。
优选地，所述的固废中转系统内还设置有固硫剂和控氮剂，所述的固硫剂为CaO或CaCO3，Ca/S的摩尔比为2；所述的控氮剂为尿素，尿素/N的摩尔比为2。在含油固废进入固废中转仓时，在中转仓中加入固硫剂和控氮剂，固硫剂和控氮剂的添加，可以避免氮硫元素在热解后中对环境的污染，使得尾气可达标排放。
本发明的基于热解技术的含油固废处置系统的工作原理是：首先将含油固废通过进料口送入固废中转仓中，为减少热解气中的有害气体，可在含油固废进入固废中转仓同时加入固硫剂和控氮剂，然后通过电磁加热控制系统将回转窑热解炉加热至400-900℃，再将含油固废由固废中转仓通过螺旋输送系统输送至回转窑热解炉中，并控制螺旋输送的速率，调整含油固废在回转窑热解炉中的热解时间，使得含油固废能充分热解，热解后的残渣进入残渣排泄装置。经回转窑热解系统热解后的热解气通过管道进入冷凝回收系统，热解气经冷凝回收系统处理后分为燃气、油分两部分，燃气经由燃气输送管道进入热解炉外腔作为燃料，油分直接进入油分收集装置，燃气在热解炉进一步燃烧后经引风机进入尾气排放系统后排空。
本发明的有益效果是：本发明基于热解技术对含油固废进行热解，使含油固废气固分离，残渣含油量远低于国家规定排放标准，且经冷凝后回收油分实现了含油固废的资源化利用。并对热解气回送热解炉作为燃料，供给热解炉热量，节省燃油资源。在含油固废中加入固硫剂和控氮剂，减少尾气中有害气体的排放，真正实现了含油固废的无害化和资源化利用。
附图说明：
图1为本发明实施例1中的基于热解技术的含油固废处置系统流程示意图；
图2为本发明实施例1中的固废中转仓、螺旋输送系统和回转窑热解系统示意图；
图3为本发明实施例1中的冷凝回收装置示意图；
附图标记说明：
1、固废中转仓；2、进料口；3、含油固废；4、推进螺杆；5、热解炉内腔；6、热解炉外腔；7、柴油燃烧器；8、扰流结构；9、热解气出口；10、残渣出口；11、冷却炉；12、热解气入口；13、热解气出口；14、油分出口；15、冷却水管道；16、冷却水管道入口；17、冷却水管道出口；18、挡板。
具体实施方式：
以下实施例是对本发明的进一步说明，而不是对本发明的限制。
除特别说明，本发明中提到的设备和材料均为市售。
实施例1
如图1～3所示，一种基于热解技术的含油固废处置系统，包括用于储存含油固废的固废中转系统、螺旋输送系统、用于对含油固废热解达到气固分离的回转窑热解系统、冷凝回收系统、燃气输送管道、残渣排泄装置、油气收集装置和尾气排放系统，固废中转系统通过螺旋输送系统将含油固废输送到回转窑热解系统，经回转窑热解系统热解后的热解残渣进入残渣排泄装置，经回转窑热解系统热解后的热解气进入冷凝回收系统，热解气经冷凝回收系统处理后分为燃气和油分两部分，燃气经由燃气输送管道进入回转窑热解系统的热解炉外腔作为燃料，油分直接进入油分收集装置，燃气在热解炉进一步燃烧后经引风机进入尾气排放系统后排空。
本实施例中优选固废中转系统为固废中转仓1，固废中转仓1的顶部设置有含油固废3的进料口2，固废中转仓1的一侧设置有出料口，螺旋输送系统穿过出料口设置于固废中转仓1内。在实际运行过程中，固废中转仓1中处于连续进料状态，固废中转仓1中含油固废3保持没过出料口，达到密闭绝氧效果。
螺旋输送系统为推进螺杆4，含油固废3通过推进螺杆4进入回转窑热解炉炉体内腔，利用螺旋输送含油固废使得含有固废原料充分混合均匀，热解效率高。这种操作方式可以避免输送过程中空气进入回转窑热解装置，以达到热解效果，同时利用螺旋输送实现进料和回转窑热解装置，使得含油固废原料充分混合均匀，热解效率高，热解残渣含油量低，在经回转窑热解后的固相残渣满足GB 4914-2008《海洋石油勘探开发污染物排放浓度限值》对排放的污染物中矿物油含量小于1％的一级标准。
回转窑热解系统包括热解炉内腔5，热解炉外腔6，柴油燃烧器7，扰流结构8，热解气出口9和残渣出口10。热解炉内腔5首先通过安装于热解炉外腔6内壁的三个柴油燃烧器加热，通过控制燃烧器阀门大小来调节适宜热解温度。回转窑热解炉底部上下端分别设置有热解气出口9和热解残渣出口10。热解气出口9与冷凝回收系统连通，残渣出口10与残渣排泄装置连通。回转窑热解炉与水平面呈2～5℃设置，以便于排出热解残渣，含油固废3通过推进螺杆4在热解炉内腔5中向前旋转推进。
冷凝回收装置主要包括冷却炉11和冷却水管道15。热解气经由热解气入口12进入冷却炉11炉体内部，与冷却水管道15中的冷却水置换热量。冷却水由冷却水管道入口16进入，由冷却水管道出口17排出，冷却水在冷却水管道15中连续流动，通过电泵控制冷却水流量，以达到控制热解气温度的效果，热解气温度由安装于热解气出口13的热电偶检测温度。冷却后的热解气温度需控制在100℃～150℃。热解气经冷却后，油分析出，经由油分出口14进入油分收集装置。挡板18设置于油分出口14与冷却炉11右壁间，成一定角度，以便于油分排出。
热解气经冷却后经由燃气输送管道进入热解炉外腔6中作为燃料，以供给热解炉热量，随着热解气的连续回送，可视热解温度变化调节燃烧器阀门大小，以节省柴油。热解气在外腔中经扰流结构8的干扰，燃烧完全后，经由设置于回转窑热解炉右侧外壁的引风机抽出，经由尾气净化系统后，检测合格后排空。
使用上述的基于热解技术的含油固废处置系统，含油固废在回转窑热解炉中的适宜热解温度范围500℃～700℃，停留时间为5～30min。经热解后得到的热解残渣满足GB4914-2008《海洋石油勘探开发污染物排放浓度限值》对排放的污染物中矿物油含量小于1％的一级标准。在固废中转仓中连续加入固硫剂(CaO或CaCO3)和控氮剂(尿素)，避免了氮硫元素在热解后中对环境的污染，使得尾气可达标排放。
实验例1：
使用实施例1中的含油固废处置系统来实现本实验，试验样品为湛江某钻井平台钻井过程中产生的油基岩屑，热解温度为500℃时，热解残渣含油量7200mg/kg(0.72％)；热解温度为700℃时，热解残渣含油量为1050mg/kg(0.105％)。热解后液体油组分由气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)测得其主要成分为长链烷烃，具体组分如表1所示。
表1
经热解后得到的热解残渣满足GB 4914-2008《海洋石油勘探开发污染物排放浓度限值》对排放的污染物中矿物油含量小于1％的一级标准。在固废中转仓中连续加入固硫剂(CaO或CaCO3)和控氮剂(尿素)，避免了氮硫元素在热解后中对环境的污染，使得尾气可达标排放。
以上对本发明提供的基于热解技术的含油固废处置系统进行了详细的介绍，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的技术方案及其核心思想，应当指出，对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
