含油污泥熱處理技術(shù)探討

邵志國(guó)　呂沖

摘要：論述了污泥干化、焚燒、熱解和焦化裝置回?zé)挼扔湍酂崽幚砑夹g(shù)特點(diǎn)與適用條件：建議干化技術(shù)與焚燒技術(shù)聯(lián)合使用，并依托電廠、水泥廠或垃圾焚燒廠建設(shè)；焦化裝置回?zé)捰湍嗵幚硇Ч€(wěn)定，但回?zé)捔康停枧c其他技術(shù)聯(lián)合使用；熱解炭化技術(shù)輔助燃料消耗少，可回收能源，應(yīng)用前景廣闊。

關(guān)鍵詞：含油污泥；干化；焚燒；熱解；焦化

引言

含油污泥是油田開(kāi)發(fā)生產(chǎn)過(guò)程中，在鉆井、壓裂、采油作業(yè)、含油污水處理、原油儲(chǔ)運(yùn)等過(guò)程中產(chǎn)生的污染物[1]。按來(lái)源可分為3種類(lèi)型：①落地油泥，油田開(kāi)采過(guò)程中，原油滲入地面與土壤混合形成的油泥；②罐底泥，各種儲(chǔ)油罐自然沉降中產(chǎn)生的底泥；③煉油廠三泥，含油污水處理廠內(nèi)隔油池底泥、浮選池浮渣和剩余活性污泥等[2]。含油污泥含有烷烴、環(huán)烷烴、芳香烴、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)及石蠟等物質(zhì)，若直接堆置于自然環(huán)境中，會(huì)對(duì)存放區(qū)域和周邊環(huán)境造成較大影響，同時(shí)也浪費(fèi)了大量能源。據(jù)估計(jì)，每年以油泥形式浪費(fèi)掉的原油就有30～40萬(wàn)噸。因此，開(kāi)展含油污泥減量化、無(wú)害化和資源化處理技術(shù)研究不但是實(shí)現(xiàn)含油污泥有效治理，減少周邊環(huán)境污染的必要手段，也是回收石油類(lèi)、實(shí)現(xiàn)能源回收的根本途徑。

1.含油污泥處理技術(shù)概況

含油污泥種類(lèi)繁多、性質(zhì)復(fù)雜，相應(yīng)的處理技術(shù)和設(shè)備也呈現(xiàn)多元化趨勢(shì)，目前，主要有調(diào)質(zhì)—機(jī)械脫水技術(shù)、生物處理技術(shù)、溶劑萃取技術(shù)、調(diào)剖技術(shù)及熱處理技術(shù)等[3]。熱處理技術(shù)是在有氧或無(wú)氧條件下對(duì)污泥進(jìn)行加熱，完成污泥干化、熱解或焚燒的過(guò)程，從而實(shí)現(xiàn)污泥減量化、穩(wěn)定化和無(wú)害化的目的[3]。與其他工藝相比，盡管污泥熱處理需消耗輔助燃料，要配套尾氣處理設(shè)施，運(yùn)行費(fèi)用和工程投資較高，但熱處理技術(shù)對(duì)污泥減量化程度高、無(wú)害化徹底，同時(shí)可以回收熱解氣、熱解油、炭渣及熱量等能源，在國(guó)內(nèi)外具有多個(gè)成功工程案例，本文主要分析探討污泥熱處理技術(shù)的特點(diǎn)與適用條件。

2.污泥干化技術(shù)

污泥干化是通過(guò)對(duì)污泥加熱，降低含水率，減小污泥體積的過(guò)程[4]。污泥干化可去除結(jié)合水以外的全部水分，減量化程度高，便于后續(xù)處理。單獨(dú)采用干化運(yùn)行費(fèi)用較高，而且減量化不夠徹底，通常與焚燒技術(shù)聯(lián)合組成協(xié)同焚燒工藝：污泥先進(jìn)行干化，含水率降至40%以下，再進(jìn)入焚燒爐焚燒處理，污泥焚燒產(chǎn)生的熱能回收對(duì)污泥進(jìn)行干化。多用于處理市政污泥，成功的油泥干化工程案例較少。含油污泥進(jìn)行干化時(shí)，需采用間接干化工藝，防止揮發(fā)的石油烴類(lèi)物質(zhì)與傳熱介質(zhì)接觸而污染熱源。為避免高溫油氣與氧氣接觸發(fā)生爆炸，油泥干化工藝對(duì)設(shè)備的密閉性要求較高，且需要配套完整的干化尾氣處理系統(tǒng)。

3.污泥焚燒技術(shù)

污泥焚燒是指利用焚燒爐使污泥完全礦化為少量灰燼的處置方式。污泥焚燒對(duì)污泥的減量率可達(dá)到95%以上，污泥中有機(jī)物被完全氧化，重金屬（除汞外）幾乎全被截留在灰渣中，無(wú)害化效率高。焚燒工藝處理油泥具有以下優(yōu)勢(shì)：污泥減量化程度高，可徹底實(shí)現(xiàn)污泥無(wú)害化；含油污泥熱值相對(duì)較高，焚燒處理時(shí)可節(jié)省輔助燃料；可適應(yīng)含油污泥熱值和污泥焚燒量的大幅度波動(dòng)；工藝技術(shù)成熟，裝置運(yùn)行穩(wěn)定。但污泥焚燒工藝的主要問(wèn)題在于投資、運(yùn)行成本高，除熱量外，石油類(lèi)資源未得到有效利用，燃燒過(guò)程可能產(chǎn)生二噁英劇毒污染物，需二次燃燒處理[5]。

為了提高油泥焚燒效率，減少二次污染，很多學(xué)者針對(duì)目前爐型進(jìn)行了優(yōu)化。萬(wàn)志鵬，馬玉峰等[6]介紹了循環(huán)流化-懸浮焚燒鍋爐處理勝利油田含油污泥的工藝。該工藝由進(jìn)泥系統(tǒng)、焚燒系統(tǒng)和除塵系統(tǒng)組成，采用“水煤漿流化-懸浮燃燒技術(shù)”為基礎(chǔ)的異密度循環(huán)流化床作為專(zhuān)用焚燒爐，以水煤漿作為輔助燃料，在爐內(nèi)穩(wěn)定燃燒的基礎(chǔ)上，投入含油污泥進(jìn)行焚燒處理。流化床爐內(nèi)的固體顆粒在湍流擾動(dòng)極強(qiáng)的煙氣作用下呈流態(tài)化燃燒，上升至爐頂，爐膛頂部的分離裝置將絕大部分高溫固體顆粒捕集并送回爐內(nèi)再次參與燃燒。爐內(nèi)燃燒溫度為850～950℃，可確保含油污泥中的礦物油全部燃燒，有機(jī)物去除率達(dá)99.99%，可燃物質(zhì)基本燃盡。同時(shí)檢測(cè)了焚燒煙氣中NOx、SO2、二噁英以及粉塵排放量，并對(duì)含油污泥焚燒后的灰渣毒性進(jìn)行了檢測(cè)。研究結(jié)果表明：NOx與SO2含量較低，尾氣中二噁英及飛灰、灰渣中重金屬元素均遠(yuǎn)低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

4.污泥熱解炭化技術(shù)

污泥熱解炭化技術(shù)是在無(wú)氧或欠氧和500-600 ℃的溫度條件下，對(duì)污泥進(jìn)行加熱，使污泥中的有機(jī)物分解，將污泥轉(zhuǎn)變成三種相態(tài)物質(zhì)的過(guò)程。其中，氣相為氫氣、甲烷、二氧化碳等；液相主要為燃油、水；固相為無(wú)機(jī)礦物質(zhì)與殘?zhí)糩7]。王萬(wàn)福、金浩等人[8]根據(jù)含油污泥的理化性質(zhì)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，提出了低溫?zé)峤饧夹g(shù)的機(jī)理，建立了相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，并分析了溫度、加熱速率、反應(yīng)時(shí)間等因素對(duì)熱解反應(yīng)的影響。馬宏瑞，吳家強(qiáng)等人[9]采用流化床熱解反應(yīng)器對(duì)新疆克拉瑪依油田采油污泥進(jìn)行熱解試驗(yàn)。研究結(jié)果表明：油泥熱解主要經(jīng)歷了失水、輕質(zhì)組分揮發(fā)、重組分快速熱解失重和緩慢失重4個(gè)階段，熱解過(guò)程基本符合一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程。失水油泥用流化床熱解，在熱解溫度600℃、反應(yīng)時(shí)間3 min時(shí)，油泥回收率可達(dá)到87%。

污泥熱解技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：①在無(wú)氧條件下進(jìn)行，尾氣產(chǎn)生量較小，理論上杜絕了二噁英的產(chǎn)生，降低尾氣處理難度與費(fèi)用；②可回收石油烴類(lèi)物質(zhì)和裂解氣等能源。存在以下問(wèn)題：①裝置復(fù)雜，控制條件苛刻，操控難度較大；②企業(yè)產(chǎn)生油泥性質(zhì)相差較大，導(dǎo)致控制條件頻繁調(diào)整，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行；③管道、設(shè)備結(jié)焦問(wèn)題嚴(yán)重；④為了回收能源和確保裝置安全運(yùn)行，含油污泥熱解通常采用間接傳熱，油泥和熱源在兩個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)內(nèi)運(yùn)行，如何安全有效利用熱解氣燃燒產(chǎn)生的熱量并維持兩個(gè)系統(tǒng)的壓力平衡，尚缺乏可靠的設(shè)計(jì)參數(shù)與運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。目前含油污泥熱解尚處于試驗(yàn)研究階段。

5.焦化裝置回?zé)捄臀勰?/p>

將煉廠含油污泥送入焦化裝置，利用焦化過(guò)程的廢棄熱量使含油污泥中的有機(jī)組分熱裂解變成焦化氣，固體物質(zhì)被石油焦捕獲沉積在石油焦上，從而解決煉廠“三泥”處理的難題[10]。郭海東等[11]提出以油泥作為延遲焦化裝置老塔處理的冷焦介質(zhì)，利用焦炭塔的高溫余熱處理含油污泥，并考察了回?zé)捔亢头磻?yīng)溫度等因素對(duì)延遲焦化裝置的影響。研究結(jié)果表明：污泥回?zé)拰?duì)石油焦的灰分指標(biāo)有影響，但控制合適的污泥注入量，能夠保證石油焦質(zhì)量合格。因此，延遲焦化裝置并不能回?zé)挓拸S全部“三泥”，在國(guó)內(nèi)處理“三泥”的焦化裝置中，處理比例最高為2.75%，最低僅僅為0.26%[12]，故需采取其他技術(shù)處理剩余“三泥”。

6.結(jié)束語(yǔ)

含油污泥處理技術(shù)較多，各有自身特點(diǎn)以及適用條件。污泥焚燒比較成熟，但由于運(yùn)行成本較高，建議依托已配套完善尾氣處理設(shè)施的電廠、水泥廠或垃圾焚燒廠進(jìn)行建設(shè)，而且宜與干化工藝聯(lián)合采用。延遲焦化裝置回?zé)捄臀勰鄧?guó)內(nèi)已工程化，取得一定效果，但由于油泥回?zé)捔康停枧c其他技術(shù)聯(lián)合使用。污泥熱解炭化技術(shù)由于反應(yīng)溫度低，輔助燃料消耗少，可回收熱解氣、熱解油等能源，被普遍認(rèn)為是一項(xiàng)極有前景的含油污泥無(wú)害化、資源化處理技術(shù)。

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