油基巖屑脫油處理技術對比分析

陳海濤 王兵(西南石油大學化學化工學院，四川 成都 610500)

0 引言

頁巖氣井在水平段鉆進主要采用油基鉆井液，單井由此產生油基巖屑約350～400m3，目前油基巖屑主要采用熱脫附及萃取等方式進行脫油處理。各種脫油處理技術成本、安全環保性及回收效益等尚未明確，文章從以上幾個方面入手，對常溫萃取、熱脫附、回轉窯煅燒瓦斯灰協同技術進行對比。

1 脫油處理技術及應用

1.1 常溫萃取

常溫萃取技術由四川博盛永業工程技術有限公司研發，通過國家十三五重大科技專項在中石油長寧頁巖氣某現場實施。其原理為：常溫常壓條件下利用溶劑改變固相界面性質，實現油基鉆井液從固相表面物理萃取分離，確保油基鉆井液以原有特性回收。

處理流程為：待處理物料通過抓斗上料裝置輸送入萃取分離裝置，同步加入萃取劑改變固相界面性質后，油基鉆井液與固體實現物理萃取分離；液相進入液相精制裝置，達到O:W 比在80:20、密度達到1.08g/cm3以下，滿足回用指標要求后回用；固相進入固相烘干裝置，并控制最終殘渣固相物中油含量＜1%；通過間接加熱，使液相精制裝置和固相烘干裝置產生的萃取劑氣相進入萃取劑冷凝回收裝置，實現萃取劑回收儲存并循環利用；整個處理過程為全密閉運行[1]28。

常溫萃取技術在長寧頁巖氣某現場建站，累計處理油基巖屑3 萬余噸，回收油基鉆井液2000 余方。處理后油基巖屑固相含油率低于1%，通過中科研廣州檢測中心檢測，其不具備危險廢物特性[2]；回收的油基鉆井液密度低于1.08g/cm3，各項性能均滿足回用指標。常溫萃取技術裝備實現了模塊化、撬裝化；處理能力為3m3/h；處理過程不產生廢水、廢氣，無二次污染。

1.2 熱脫附技術

國內油基巖屑熱脫附技術主要以中石油川慶鉆探工程有限公司的油基巖屑熱脫附(錘磨方式加熱)裝備為代表，通過國家十三五重大科技專項在中石油威遠某現場實施。其工藝主要為通過摩擦生熱，加熱熱解，實現餾分冷凝分離，最終達到巖屑凈化目的。

該技術的主要裝置是摩擦式熱脫附分離器。其主要過程是將含70%巖屑固形物的油基巖屑輸送至熱脫附分離器內，通過研磨棒與油基巖屑的劇烈摩擦、碰撞將溫度升高至各類揮發烴類揮發溫度，(230～350℃)，達到揮發烴類揮發溫度但低于其裂解溫度。油基巖屑中油與水兩相物質蒸發，產生的油水混合蒸汽通過排氣孔在負壓的帶動下進入后續的冷凝分離設備進行回收；固相在卸料裝置的作用下排出分離器，從而完成油基巖屑的處理過程。[3]

該技術在威遠頁巖氣國家級示范區開展試驗應用，完成3000 余噸油基巖屑的處理，處理后巖屑固相含油率可降低到1%以下，回收的基礎油密度0.8g/cm3，各項指標滿足回配鉆井液要求。經相關檢測機構鑒定，不具備危險特性；整套裝置運行功率＜350kW；裝置運行噪音＜80 分貝；處理量約1m3/h。

1.3 回轉窯煅燒瓦斯灰協同處理

回轉窯煅燒瓦斯灰協同處理技術以四川內江瑞豐環保有科技有限公司為代表，該項目通過四川省生態環境廳評估驗收，作為該公司危險廢物經營許可證中HW08 類危險廢物處理技術實施。其工藝主要為混勻料中原料和燃料充分混勻，空氣從窯頭位置高速吹入，回轉窯在向前運動過程中，燃料充分燃燒，物料溫度達1400℃以上，油基巖屑被高溫焚燒，其中的金屬也通過氧化還原反應，進入煙氣中，在煙氣中被氧氣氧化成氧化鋅等金屬氧化物隨煙氣離開回轉窯，含有鋅、鉛、銦、鉻等的煙氣通過沉降室進入冷卻系統，大量較粗顆粒及粉塵在該裝置中被分離[1]。

處理流程為：將瓦斯灰(含水在10%以下)、油基巖屑(含水在20%以下)一定比例混合經傳輸皮帶從窯尾進入回轉窯內，當窯體轉動時，窯內物料向窯頭方向移動，在1100～1400℃的高溫下，瓦斯灰的鋅、鉛、銦、鍺等有價金屬被一氧化碳還原成金屬進入煙氣，同時油基巖屑被高溫焚燒，其中的金屬也通過氧化還原反應，進入煙氣中，在煙氣中被氧氣氧化成氧化鋅等金屬氧化物隨煙氣離開回轉窯，含有鋅、鉛、銦、鉻等的煙氣通過沉降室進入冷卻系統，大量較粗顆粒及粉塵在該裝置中被分離，收集后返回配料中。沉降室煙氣及粉塵(包括產品氧化鋅以及重金屬元素)從沉降室上方二根鐵管引入冷卻系統，經冷卻后，收集不同含量煙塵；再進入布袋收集系統，在布袋中進行氣固分離收集產品；最后SO2經堿液噴淋脫硫硫塔進行去除后，煙氣達標排放，而銀、鐵、碳渣、鉻等窯尾出渣，經磁選分離出高含鐵渣，剩余渣主要是煤炭以及油基巖屑燃盡渣，可交給水泥廠作為制水泥的輔料，含有金屬成分的灰分可回收其中重金屬。

該技術在威遠頁巖氣國家級示范區開展了試驗應用，完成1 萬余噸油基巖屑的處理，焚燒處理后殘渣混合鋼渣作為水泥輔料用于水泥生產，布袋中所收集飛灰經過處理后得到氧化鋅。在方案設定工藝條件下，尾氣經地方環保部門監測，達到《工業窯爐大氣污染物排放標準》，尾渣、飛灰、煙氣等滿足環保各項要求。

2 三種脫油處理技術對比分析

按單井處理600 噸油基巖屑，對比常溫萃取、熱脫附及回轉窯煅燒瓦斯灰協同處理三種技術的綜合成本及技術先進性等[2]。

2.1 綜合成本對比

(1)設備費：常溫萃取、熱脫附及回轉窯煅燒瓦斯灰協同利用工藝的處理能力分別為200t/d、80 t/d、100 t/d；故處理600 噸油基巖屑分別需要3d、7.5d、6d；三項技術設備及廠區投入分別約4000 萬、2000 萬、4000 萬，均按5 年折舊，折合處理周期內設備折舊費6.58 萬、8.22 萬、13.15 萬。

(2)藥劑費：萃取藥劑計2 萬元/方，每處理1 噸油基巖屑損耗5%，則藥劑損耗0.1 萬元。

(3)能耗：萃取技術總裝機功率800kW，實際運行功率500kW，設備使用網電(計1 元/度)；鍋爐2 臺(規格分別為2t/h、3t/h)，折合處理1 噸油基巖屑用天然氣50 方，600 噸需3 萬方(天然氣計3 元/方，則能耗12.6 萬；熱脫附設備與回轉窯煅燒瓦斯灰協同利用設備實際運行功率分別250kW、400kW，則處理600噸油基巖屑能耗分別4.5 萬、5.76 萬。

(4)人工費：按操作人員及特種作業人員500 元/天計，常溫萃取、熱脫附及回轉窯煅燒瓦斯灰協同利用設備及廠區人員分別為8 人、6 人、12 人；人工費分別為1.2 萬、2.25 萬、3.6 萬。

(5)回收價值：因三種工藝處理后固相均可用于建材等資源化利用，此處對比液相回收價值，常溫萃取工藝可回收10%的油基鉆井液，按4000 元/噸計，折合價值24 萬；熱脫附工藝回收10%基礎油，按4000 元/噸計，折合價值24 萬；回轉窯煅燒瓦斯灰協同利用技術無液相回收。

不考慮固相回用效益，萃取及熱脫附分別產生效益3.52 萬元、9.03 萬元；回轉窯煅燒瓦斯灰協同利用成本22.51 萬元。

2.2 技術先進性及社會效益對比

(1)技術原理：常溫萃取是常溫常壓條件下用溶劑改變固相界面性質，實現油基鉆井液物理萃取分離；熱脫附是通過摩擦等生熱，達到各種烴類揮發溫度，降低巖屑含油量；回轉窯煅燒瓦斯灰協同利用通過加熱燃燒，達到分解油類、有機物等物質，降低巖屑含油量。

(2)技術先進性：常溫萃取—安裝方便，可隨鉆配備，降低轉運風險；熱脫附—工藝簡單、對污染區種類無選擇性、設備可移動；回轉窯煅燒瓦斯灰協同利用--油基巖屑進行高溫焚燒，焚燒后的爐渣可作為水泥原料。

(3)社會環境效應：常溫萃取—處理過程中不產生新的化學物質，處理后巖屑含油率＜1%，可按政策用于建材原料，回收油基鉆井液滿足回用要求；熱脫附--修復周期短、能有效防止二次污染，處理后油基巖屑含油率＜1%，可按政策用于建材原料，回收基礎油可回收利用；回轉窯煅燒瓦斯灰協同利用--焚燒后的爐渣可做水泥為原料，實現資源化利用。

3 結語

綜合考慮，常溫萃取、熱脫附及回轉窯煅燒瓦斯灰協同利用技術均能滿足目前頁巖氣開發中油基巖屑脫油處理的需求，且技術成熟。對比單井油基巖屑處理成本，常溫萃取最高，回轉窯煅燒瓦斯灰協同利用工藝次之，熱脫附工藝最低，但成本隨著處理量增大而差異減小[1]。同時，三種工藝處理后固相均可用于建材等資源化利用。對比三種工藝的安全環保性、經濟性、技術先進性等，推薦采用常溫萃取及熱脫附工藝在頁巖氣區塊內集中建站，對油基巖屑中高附加值的油基鉆井液及基礎油實現分離回收，同時控制處理后固相的含油率，降低后續安全環保風險，便于下一步資源化利用。