熱解法處置含油污泥環境影響評價實踐

劉群 唐林川雄

摘要：含油污泥是石油天然氣開采行業主要的固體廢棄物之一，而熱解法是處置含油污泥，達到資源化利用和無害化處置的有效手段之一。本文主要論述將廢舊輪胎熱解設備應用于含油污泥熱解處置的環境影響評價實踐，介紹主要工藝流程和產污節點，分析該類裝置環境影響評價的主要內容和技術要點，論證該類裝置運行的環境可行性。

關鍵詞：含油污泥;熱解;環境影響評價

Abstract：Oily sludge is one of the main solid wastes in the oil and gas mining industry， and pyrolysis is one of the effective means to dispose oily sludge to achieve resource utilization and harmless disposal.This paper mainly discusses the application of waste tire pyrolysis equipment to the environmental impact assessment practice of oily sludge pyrolysis disposal， introduces the main process flow and pollution production node，analyzes the main contents and technical points of environmental impact assessment of this kind of plant，and demonstrates the environmental feasibility of the operation of this kind of plant.

Key words：Oily sludge;Pyrolysis;Environmental impact assessment

1 背景介紹

含油污泥是石油天然氣開采行業主要的固體廢物之一，主要來源于原油脫水處理、集輸轉運過程、鉆井修井、含油污水處理等過程，事故狀態下管線穿刺、井噴等也會產生落地油泥。根據國家統計局公布的數字，2018年中國原油產量1.9×108t，按照含油污泥產生率3%粗算，含油污泥產生量約為5.7×106t，此外，還有大量歷史遺留的大量含油污泥及受污染土壤也亟須處置。含油污泥的主要成分為固形物（受污染泥土、原油攜帶的巖石碎屑、其他雜物等）、水及混入其中的石油烴類等。石油烴類為毒性難以自然降解的物質，如處置不當，進入土壤后，土壤顆粒會被油類物質包裹，堵塞導水通路，影響土壤的通透性[1]，改變土壤的結構和性質，進而影響植物營養的吸收，隨著降水淋濾作用及蒸發作用，這些有害物質還會遷移進入地下水環境和大氣環境。

含油污泥的處置利用是目前油氣田環境保護工作的主要任務之一。針對含油污泥的處置，成熟的工藝主要包括機械分離法、化學熱洗法、溶劑萃取法、熱解法、焚燒法等，其中熱解法具有快速有效，回收油可進一步提煉，處理能力高[2]等優點。西北某企業引進32條廢舊輪胎熱解爐生產線，用于處理某大型油田大量歷史遺留的干化油泥，取得了良好的效果。對該裝置的環境影響評價主要包括工藝原理、工藝流程、產污環節、污染特征及主要污染防治措施等內容。

2 工藝原理

含油污泥的熱解是在高溫、缺氧的條件下，利用含油污泥中的有機物的熱不穩定性而引起有機物的熱分解的過程，最后得到含油污泥熱解的三相產物，分別為氣體、液體和固體，也被稱為干化熱解技術。由于含油污泥中含有大量碳氫化合物，包括烷烴、環烷烴、烯烴、芳香烴、瀝青質和膠質等。在無氧條件下，油泥高溫加熱發生復雜的化學反應，這些反應主要分為兩種：一種是裂解反應，屬于吸熱過程;另一種是縮合反應，屬于放熱過程[4]。

由于含油污泥熱解影響因素較多，其轉化機理較為復雜，目前尚不完全清楚，一般熱解的主要過程為：在100～120℃之間，進行的是物理干燥，主要分離油泥中的游離水;在低于250℃時，脫離油泥中的結合水、O2和S，并產生CO2、H2S等物質;在250℃時，聚合物開始進行裂解;在340℃時，脂肪族化合物開始進行裂解，甲烷等烴類分離;在380℃時，干餾的產物會呈焦著狀態粘在碳化物上;在400℃時，碳氧化合物和碳氮化合物開始裂解;在400～420℃之間，瀝青類化合物轉化為熱解油和熱解焦油;低于600℃時，瀝青類物質裂解成為耐熱物質;在600℃以上時，烯烴芳香族將會生成[5]。

3 工藝流程

本項目采用某上市公司已投入應用的連續化輪胎熱解生產線，核心設備為密閉絕熱低溫熱解爐，包括上料及預處理系統、熱解系統、出料系統三部分。

3.1 上料及預處理系統

利用起重設備從儲池中抓取干化油泥并將其送至顎式破碎機破碎至規定粒徑，并由進料機按照設定數量將其送至熱解爐內。

3.2 熱解系統

熱解爐由爐膛和燃燒機兩部分組成。爐膛為隔絕空氣的微負壓環境，電機帶動爐膛旋轉，爐膛內填充有耐熱瓷球，與干化油泥充分接觸，物料與瓷球一起通過熱解爐外層的螺旋軌道向后運行，依次經過爐內的低溫、中溫、高溫區，分解出水蒸氣、油氣，油氣、水蒸氣經冷卻后，得到燃料油、冷凝水及不凝氣，進入分油器使氣液分離，燃料油進入集油罐，作為產品出售。爐膛所需熱能由燃燒機提供，燃燒機主要使用熱解產生的不凝可燃氣，不足部分補給柴油、燃料油、天然氣等輔助燃料。熱解過程中所含水分冷凝形成的含油污水送含油廢水處理裝置。熱解煙氣經余熱利用后達標排放。最高熱解溫度控制在500℃以下。

3.3 出料系統

熱解爐殘渣經過兩級間接水冷降至安全溫度后由刮板輸送機輸送，與粉煤灰漿配比進行擠壓造粒，然后外送進行綜合利用。工藝流程如圖1所示。

4 產污環節及污染源分析

4.1 廢氣污染源分析

裝置廢氣主要有兩部分：熱解爐煙氣和工藝粉塵。

4.1.1 熱解爐煙氣

熱解爐燃燒機的燃料來源有兩種，一種是熱解爐自身產出的不凝可燃氣，另一種是外供的補充燃料（如柴油、燃料油、天然氣、煤氣、沼氣等）。外供補充燃料宜為清潔能源，不應使用生態環境部《高污染燃料目錄》中的燃料;不凝可燃氣的組分與所處置油泥的來源有關，大部分為C1～C8的輕烴，與天然氣組分相類似，一般來說，低硫油氣田干化油泥中基本沒有或只有較低含量的硫分存在，因此不凝氣中硫化氫含量較低。上述燃料在熱解爐的燃燒機內充分燃燒，污染物有二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOX）及顆粒物等。因熱解為隔絕空氣低溫操作，且油泥中基本無鹵代烴等含氯成分，因此煙氣中較少有二噁英存在。

4.1.2 工藝粉塵

工藝粉塵主要產生于上料破碎和出料工序，由于干化油泥一般呈膠結狀態，破碎起塵量較低;熱解后的殘渣基本無水分，且粒徑極小，極易起塵，因此需采取密閉輸送方式并配套除塵設施。

4.1.3 無組織廢氣

裝置帶壓密閉運行，但法蘭、閥門及爐膛進出口等部位免不了有氣體的散逸，主要為輕烴氣體，計為非甲烷總烴（NMHC）。

4.2 廢水污染源分析

熱解過程不使用新水，廢水來源為干化油泥中所含水分，經熱解冷凝而產生，因此廢水產生量與所處理對象的含水率緊密相關，其污染成分也視油泥成分（特別是重金屬成分）而定。通常，原油處理站、轉油站、污水處理站等油氣集輸環節產生的油泥成分較為單一，冷凝含油水中的主要成分為石油類，其他物質較少。鉆井作業、井下作業由于大量使用化學藥劑及各種助劑，會導致冷凝廢水中其他有害成分存在。

4.3 固廢污染源分析

裝置不會產生新的固體廢物，干化油泥熱解產生的殘渣含水率極低，主要成分為不可分解的固形物，此外還殘留少量的石油烴類及其他有害物質如重金屬等。

4.4 噪聲污染源分析

主要噪聲產生設備為鼓風機、引風機、大功率機泵等，噪聲級范圍在80～95dB（A）之間。

5 主要污染治理措施

5.1 廢氣污染治理措施

5.1.1 熱解爐煙氣治理措施

熱解爐煙氣中的氮氧化物主要通過采取低氮燃燒技術進行控制。熱解爐配套安裝意大利進口天然氣低氮燃燒器，有效控制爐膛火焰溫度控制在低氮燃燒溫度區間，減少氮氧化物的生成。由于生產期間處置的為低硫油藏干化油泥，因此未采取相應的脫硫措施，但裝置預留了堿法脫硫相關設備。目前國家尚未頒布相應的含油污泥處置污染排放標準，根據工藝熱點及污染特征，推薦執行《石油化學工業污染物排放標準》（GB31571-2015）相關限值。根據2019年11月對裝置熱解爐煙氣的檢測，污染物排放濃度遠低于該標準限值，能夠實現達標排放。數據見表1所示。

5.1.2 粉塵治理措施

工藝粉塵的治理較為成熟，一般選擇具有脈沖振打功能的布袋除塵器即可。熱解廢渣的輸送以氣力管道輸送為佳，也可采用絞龍或皮帶輸送，但須對絞龍、皮帶及落料點進行密閉處理。

5.1.3 無組織廢氣治理措施

對裝置輸送油品的泵、壓縮機、閥門、開口閥或開口管線、法蘭及其他連接件、泄壓設備、取樣連接系統、其他密封設備等環節應進行泄漏檢測及控制;熱解車間內應按規范設置可燃氣泄漏檢測及報警器材。

5.2 廢水污染治理措施

熱解廢水的處置工藝視出水排放去向而定。本裝置將廢水處置至回用標準，用于其他生產工藝的補水，因此處理手段較為嚴格，采取“除油+催化氧化+DAF氣浮+多介質除油+兩級接觸氧化法+兩級生物濾池+斜管沉淀”處理，處理后達到《石油化學工業污染物排放標準》（GB31571-2015）表1水污染排放限值直接排放的要求，回用于生產裝置，也能滿足《城市污水再生利用? 綠地灌溉水質》（GB/T25499-2010），用于廠區綠化。

5.3 固廢污染防治措施

2019年12月，該裝置對產出的熱解殘渣按照上述技術規范開展了有害物質含量鑒別，從鑒別結果看，熱解殘渣中的石油類含量為0.55%，滿足《廢礦物油回收利用污染控制技術規范》（HJ607-2011）及《陸上石油天然氣開采含油污泥資源化綜合利用及污染控制技術要求》（SYT7301-2016）中含油污泥處置后殘余物中石油類含量應≤2%的要求。

熱解爐殘渣須按照《危險廢物鑒別技術規范》（HJ298-2019）》《危險廢物鑒別標準》（GB5085.1-7）相關要求開展鑒別，鑒別結果為一般工業固廢的，則應開展綜合利用，利用途徑包括制磚、作為水泥生產添加劑、混凝土配料、改良作為農業土壤、作為建筑填料等，也可進入一般工業固廢填埋場填埋。

由于熱解爐渣具有密度低、粒徑小、含水率低的特點，因此極易起塵，所以貯存、裝車過程也必須采取相應的防塵措施。本裝置采取的是將殘渣與粉煤灰漿配比后擠壓造粒，形成固體大顆粒，降低起塵率。也可根據利用途徑，在滿足包裝、運輸要求的前提下，采取其他防塵措施。

5.4 噪聲污染防治措施

在滿足工藝設計的前提下，對主要生產設備如空壓機、鼓風機及各種泵類等，要盡量選用低噪聲產品，并對基礎進行減震處理，風機進出口采取軟連接。

6 結語

將廢舊輪胎熱解設備應用于含油污泥處置，通過對含油污泥進行低溫熱解，實現油氣分離，回收燃料油作為再生資源，可燃氣自供設備用能，實現能源循環利用，處理后的熱解殘渣進行綜合利用，廢氣、廢水、噪聲均能夠實現達標排放;固體廢物處置符合“減量化、資源化、無害化”的原則，工藝可靠，處理效果良好，符合清潔生產理念和循環經濟思想，同時也能為企業創造良好的經濟效益，具備大力推廣的技術可行性，其處理過程中對環境的影響也是可以接受的。

參考文獻

[1]李科靜.石油污染對土壤的影響與對策[J].技術與市場，2016（11）：1.

[2]王玉華，等.含油污泥處置技術的新發展及其應用現狀[J].安全與環境工程，2018，25（3）：103-110.

[3]HUANG Q，WANG J，QIU K，et al.Catalytic pyrolysis of petroleum sludge for production of hydrogen-enriched syngas [J]. International Journal of Hydrogen Energy，2015，40（46）：16077–16085.

[4]屈撐囤，李金靈，朱世東，等.油氣田含油污泥處理技術[M].北京：石油工業出版社，2017.

[5]孫東，王越.含油污泥熱解處理技術研究進展[J].山東化工，2018，48（13）：62-66.

收稿日期：2020-06-27

作者簡介：劉群（1982-），男，漢族，本科學歷，中級工程師，研究方向為環境影響評價、環境規劃。