含油污泥燃料化處理及清潔燃燒技術(shù)

發(fā)表時間：2021-11-15 12:58:28 閱讀次

　　在石油開采、集輸和煉制過程中產(chǎn)生了大量的含油污泥。據(jù)統(tǒng)計，我國各油田每年產(chǎn)生含油污泥40×104t以上，而且產(chǎn)量還在逐年上升。含油污泥中含有苯系物、酚類、多環(huán)芳烴、有害的微生物、重金屬、放射性物質(zhì)等有害物質(zhì)，已被國家列為危險固體廢棄物，如果處置不當(dāng)，將造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。陜北地處干旱、缺水地區(qū)，其生態(tài)環(huán)境脆弱，含油污泥帶來的環(huán)境污染問題更為嚴(yán)重。目前，溶劑萃取、熱化學(xué)洗滌、固化法、生物處理等是常用的處理方法，但這些方法都存在一定的局限性。

　　加入輔助燃料混燒是含油污泥常用的處理方法之一。但這種方法的缺點是對于含水率高的污泥需要進(jìn)行預(yù)處理來降低含水率及黏度，并且需要加入輔助燃料來保持一定的燃燒溫度，還需要對燃燒的煙氣及殘渣進(jìn)行處理，以免產(chǎn)生二次污染。含油污泥顆粒化燃料制備及清潔燃燒不同于混燒，是在污泥中加入一定的處理藥劑使其快速破乳、干化并提高其熱值，形成顆?；娜剂?，利用煙氣污染物控制技術(shù)使其燃燒過程中的污染物排放值達(dá)到國家控制標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)含油污泥的無害化與資源化處理。謝水祥等開發(fā)了一種含油污泥處理劑，能使大港油田、新疆油田、勝利油田、遼河油田等含油污泥迅速破乳，其干化物燃燒后灰渣與燃煤混燒排放的煙氣均滿足我國相關(guān)排放標(biāo)準(zhǔn)要求。我國于2014年頒布施行了新的《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB13271-2014，煙氣中二氧化硫排放濃度限值由900mg/m3降低至400mg/m3，氮氧化物排放濃度限值為400mg/m3，而文獻(xiàn)檢索國內(nèi)關(guān)于含油污泥燃料化處理劑的作用機(jī)理研究報道很少，仍需要進(jìn)一步研究。我們課題組一直專注于油氣田環(huán)境污染控制理論與技術(shù)的研究，先后研究了含油污泥低溫催化熱解技術(shù)，熱氧化技術(shù)。延長石油每年產(chǎn)生含油污泥達(dá)15×104t以上，為了對含油污泥進(jìn)行無害化處理的同時，回收利用含油污泥中所含潛在能量，研究了燃料化處理劑對延長油田含油污泥性質(zhì)的影響及作用機(jī)理，設(shè)計了燃料化處理劑復(fù)配實驗。經(jīng)復(fù)配制成的燃料熱值達(dá)到5273kCal/kg;在顆?；剂现屑尤?.0%的脫硫劑DS可使燃燒煙氣中各項污染物濃度均低于《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB13271-2014規(guī)定的限值，為含油污泥的處置及資源化利用提供了思路和方法。

　　1、實驗部分

　　1.1 實驗儀器及方法

　　污泥含水率采用GB/T8929-2006《原油水含量的測定蒸餾法》測定，含油率采用索氏提取法測定，固含量通過差減法得到;元素分析使用VarioELIII元素分析儀，依照SH/T0656-2008《石油產(chǎn)品及潤滑劑中碳，氫，氮測定法》進(jìn)行分析;使用日本電子株式會社JSM-6390A型掃描電鏡對樣品進(jìn)行觀察;使用PerkinElmerNexION300×電感耦合等離子體質(zhì)譜儀依照DB43/T1220-2016《土壤中銅、鋅、鉛、鎘、鉻、汞、砷的測定電感耦合等離子體—質(zhì)譜法》對殘渣中的重金屬含量進(jìn)行測定;燃料熱值用XRY-1A型氧彈熱量計測量;燃燒在合肥科晶材料技術(shù)有限公司GSL-1500X管式加熱爐中進(jìn)行，煙氣用嶗應(yīng)3012H型自動煙塵(氣)測試儀分析。將盛有顆?；剂系嫩釄宸湃爰訜釥t，調(diào)節(jié)氧氣流量為80mL/min，升溫速率為15℃/min條件下，當(dāng)爐溫升到250℃時，將煙氣接收管連接到加熱爐煙氣出口上，用煙氣分析儀對污染物組分進(jìn)行實時在線分析，從300℃時開始，每隔10℃記錄一次煙氣中污染物的濃度數(shù)據(jù)，直至燒至800℃為止。

　　1.2 實驗物料

　　含油污泥樣品取自延長油田沉降罐罐底泥，呈黑褐色黏稠狀。通過實驗測得其含水率均值為30.65%，含油率均值為28.16%，固含量均值為41.19%，密度均值為1.345g/mL，熱值均值為3621kCal/kg。元素分析(見表1)。

　　脫硫劑DS 、破乳劑、干化劑、疏散劑、催化劑。

　　2、結(jié)果與討論

　　2.1 燃料化處理劑對污泥性質(zhì)的影響

　　含油污泥是一種極其穩(wěn)定的懸浮乳狀液體系。要使其快速干化，必須將其破乳，使油、水分離。室內(nèi)對8種市售破乳劑進(jìn)行了篩選。當(dāng)在污泥中加入5%的破乳劑，攪拌均勻后于40℃下恒溫干燥48h，其干燥效果(見表2)。

　　從表2破乳結(jié)果可以看出，采用破乳劑YA-5的破乳效果最好，其次是YA-2，可初步實現(xiàn)含油污泥的破乳。

　　破乳后的污泥雖然明顯干化，但是仍然聚結(jié)成團(tuán)，不松散。多次實驗結(jié)果表明，單獨添加破乳劑、干化劑、疏散劑及催化劑對污泥性質(zhì)改變能力有限。為了考查破乳劑、干化劑、疏散劑及催化劑對含油污泥的綜合作用結(jié)果，以熱值為指標(biāo)，設(shè)計了燃料化處理劑的復(fù)配實驗，研究了破乳劑、干化劑、疏散劑及催化劑的不同加量對含油污泥的影響(見表3)。

　　由表3可知，當(dāng)含油污泥為60%，燃料化處理劑(7.8%破乳劑，2%干化劑，30%疏散劑，0.2%催化劑)為40%時，干化效果最好，燃料整體干燥，無油跡灰粒，其熱值達(dá)到5273kCal/kg，含油污泥處理前后的狀態(tài)(見圖1)。

　　2.2 燃料化處理劑的作用機(jī)理

　　用掃描電鏡對含油污泥與制備的顆粒化燃料進(jìn)行了觀察，其電鏡照片(見圖2、圖3)。由圖2、圖3可以發(fā)現(xiàn)，含油污泥在干化前連接緊密，游離水少，大部分被包裹在油水乳狀液體系中，外觀表現(xiàn)為黏度大，粘連和結(jié)塊，干燥困難。制成顆?；剂虾螅臀勰嗑o密連接被破壞，絮體水等從含油污泥中游離出來，外觀表現(xiàn)為多孔，疏松和干燥。

　　當(dāng)處理劑與含油污泥混合后，破乳劑分子迅速吸附進(jìn)入懸浮乳狀液油水界面層內(nèi)，破壞油水界面膜，少量的分散相粒子聚結(jié)成團(tuán)，在攪拌及其他組分的作用下，進(jìn)一步聚結(jié)成大液滴，使含油污泥迅速破乳，含油污泥中的絮體水、毛細(xì)水從含油污泥中游離出來，從而加快了含油污泥的干燥。

　　同時，干化劑和疏散劑加大了油泥顆粒的間隙，降低了油泥黏度，污泥內(nèi)部彼此不再粘連和結(jié)塊，物料性質(zhì)得到有效改善;混合樣品表面積增大，利于水分的揮發(fā)，同時疏散劑還能增加污泥的熱值。催化劑充分利用含油污泥中的有機(jī)物和潛在熱量，促進(jìn)其更易于燃燒，使其可作熱電廠等單位的燃料使用。

　　2.3 燃燒煙氣污染物控制技術(shù)與殘渣分析

　　國家環(huán)保部于2014年7月頒布施行了新的《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB13271-2014，同時廢止了GB13271-2001。新的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定對于燃煤鍋爐，煙氣中的二氧化硫排放濃度限值大幅降低，由900mg/m3降低至400mg/m3，氮氧化物排放濃度限值為400mg/m3。

　　利用嶗應(yīng)3012H型(新08代)自動煙塵(氣)測試儀對制備的顆粒化燃料的燃燒煙氣進(jìn)行了監(jiān)測分析，監(jiān)測結(jié)果表明煙氣中的二氧化硫污染物濃度達(dá)到了450mg/L，超過了標(biāo)準(zhǔn)GB13271-2014規(guī)定的限值，必須對煙氣中的二氧化硫污染物濃度進(jìn)行控制。通過脫硫劑種類及加量優(yōu)選實驗發(fā)現(xiàn)，當(dāng)加入2.0%脫硫劑DS后，燃燒煙氣中各項污染物濃度均低于《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB13271-2014規(guī)定的限值(見表4)，可將其作為燃煤鍋爐的燃料使用。

　　燃燒殘渣中的重金屬含量對其后續(xù)處理處置具有重要影響。使用等離子體質(zhì)譜對殘渣中的重金屬含量進(jìn)行了分析，結(jié)果(見表5)。顆粒化燃料燃燒殘渣中重金屬(銅、鉛、砷、鉻、鎘)含量均低于國家農(nóng)用污泥中污染物控制標(biāo)準(zhǔn)和國家土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，可制成建筑材料用于井場鋪路或其他用途，不會對環(huán)境產(chǎn)生不利影響。