含油污泥热处理技术研究进展(3)
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【摘要】[11]DENG S,WANG X,TAN H,et study on the Co-combustion characteristics of oily sludge with plant biomass[J].Thermochimica Acta,2016,633:69-76. [12]田福军,李海滨,吴创之,等.污泥型煤技术处理
[11]DENG S,WANG X,TAN H,et study on the Co-combustion characteristics of oily sludge with plant biomass[J].Thermochimica Acta,2016,633:69-76.
[12]田福军,李海滨,吴创之,等.污泥型煤技术处理污泥的基础研究Ⅱ等温燃烧过程中NOx、SO2释放规律的考察[J].燃料化学学报,2000,05:454-458.
林琳(1972.11-),海南文昌,工程师,从事油田地面工程化学相关工作。
引言含油污泥热处理技术主要包括含油污泥干化技术、含油污泥热解技术和含油污泥燃烧技术。文章对这三种主要技术的原理、特点进行了详细分析,阐述了其还存在的问题,并对其未来的发展进行了展望。1 含油污泥简介含油污泥是原油提取、运输、储存、精炼过程中产生的主要固体废弃物,包括罐底污泥、着陆污泥、池塘沉淀物污泥、精炼污泥等。含油污泥主要由水、石油烃类、固体杂质组成,还含有各种重金属、微生物、病毒、细菌等,已被法律列为HW08 废矿物油类危险废物[1]。据估计,我国含油污泥年产量已超过300 万吨,并且近年来我国含油污泥的产量逐年增长。因此,迫切需要一种成熟、高效、规模化的含油污泥处理技术。国内外已经开发出固化、溶剂萃取、生物修复、燃烧、热解、超声波、超临界水等多种含油污泥处理技术。然而,大多数技术都有缺陷,阻碍了它们进一步的工业应用。例如,原始的填埋、地耕、堆肥等技术手段由于达不到环境保护的要求,现在已经基本不再使用。一般的物理化学技术(物理分离、溶剂萃取等)在工业上的处理效果不好、处理效率低。常见的生物处理技术由于处理周期长、技术要求高、资源难回收等原因在工业上也应用较少。相较而言,含油污泥热处理技术具有物料适应广、处理速度快、减量化程度高和资源可回收等显著优势,目前在含油污泥处理领域得到了广泛的研究与应用。2 含油污泥热处理技术含油污泥热处理技术指将含油污泥置于空气、缺氧或者无氧的气氛中加热升温,利用相变或化学热反应实现含油污泥干化、热解或焚烧,进而实现含油污泥减容减量、资源化回收的目的[2] 干化技术含油污泥干化技术即利用热源使含油污泥加热到水的相变温度以上,使水分转化为水蒸气排出,从而减小含水率,从而降低后续工艺中的负荷、减少燃料的浪费,同时降低企业的运输成本,主要包括蒸汽干化技术、超热蒸汽喷射干化技术。蒸汽干化技术是在换热器中利用蒸汽热能对污泥进行加热,使污泥干化。以蒸汽为热源,在热电厂或炼化企业等厂矿企业中容易获得,可以实现综合循环利用,降低企业成本、节省资源。超热蒸汽喷射干化技术是利用500~600℃的超热蒸汽对污泥进行干化。经脱水处理的泥饼进入干化室,超热蒸汽从喷嘴喷出与之接触、碰撞。固体表面的液体在高温环境下快速蒸发,同时高速蒸汽所蕴含的动能会加快液体从固体颗粒中的渗出速度,从而使污泥迅速干化。但是,含油污泥干化技术仅对含油污泥中结合水以外的水分去除率较高,所以往往作为热解或焚烧处理前的预处理技术,很少单独应用 热解技术含油污泥热解技术是将含油污泥在高温、缺氧或无氧的状态下,将蒸馏和热分解融为一体,利用有机物的热不稳定性,将污泥转变为固、液、气三相,从而实现含油污泥的资源化回收,其中热解气以小分子烃类、H2、CO 以及CO2等为主,热解油以大分子烃类和水为主,热解焦以无机矿物质以及残碳为主[3][4]。热解技术通常分为微波热解技术和常规热解技术两类,微波热解技术采用微波作为高温热源,热解时间短,控制更加容易,但对设备要求高,目前还未在工业上应用。常规热解技术采用传统热源,实际应用更广。大量研究表明升温速率、热解终温、热解气氛、反应时间、添加剂种类对含油污泥热解过程都有较大影响。随着温度升高,气态产物增多,在达到一定温度时,产物还会发生二次分解,因此在希望得到某种热解产品时,控制合适的温度可以获得较高品质和收率的产?guan 等[5]发现加热速率只在在较低的热解温度下才有作用(如450℃);而在较高的温度下,升温速率的影响可以忽略不计(如650℃)。在450℃时,更高的加热速率促使热解效率更高,液态成分和气态成分的产生量增多,而固态剩余物的量降低。就目前的研究来看,升温速率对热解的影响不显著。热解停留时间的不同会导致含油污泥热解程度的不同:气体停留时间降低,会影响油泥的二次反应,降低液体收率;固体停留时间增加,会使油泥二次反应加剧,促进气体产率的增加。目前含油污泥热解使用N2气氛较为普遍,氮气吹扫量会影响产物收率,吹扫量过小,反应生成油气不能及时被带出冷凝,二次反应加剧,使得固相产物增加;氮气吹扫量过大,部分被带出的油气不能及时冷凝而被外排,液相收率较低。含油污泥热解过程中入添加剂可以改变反应转化率和提高产品质量,某些添加剂还具有抑制二次污染物产生的作用。目前含油污泥热解添加剂主要有钠、钾、铝、铁、锌、钙基金属化合物。Je-Lueng Shie 等[6]研究了钠、钾化合物和铁、铝化合物对含油污泥热解的影响,结果表明,以上添加剂能够提高热解反应转化率、反应速率以及热解油质量,而NaOH、K2CO3、KOH、AlCl3、FeSO4·7H2O、Al2O3在某种程度上会对液体产率的提高起到反作用。Liu 等[7]发现Fe2O3可以促进SO2与煤中矿物质之间的反应并增强煤灰的固硫能力,从而降低烟气中SO2的浓度。含油污泥热解过程添加添加剂的目的一是将添加剂作为热解催化剂,提高热解反应的转化率、反应速率、产量,以实现资源的二次利用;二是通过添加剂与含油污泥中无机盐反应,减少污染物的排放,同时达到热解残渣的无害化处理,实现“零排放”。含油污泥热解技术可以以热解气和热解油的形式实现充分的资源化回收,由于热解气氛处于还原态且热解温度为中低温,避免了有害气体的产生,同时也有利于重金属的稳定化,对环境的影响大为降低 焚烧技术含油污泥焚烧技术是指含油污泥在高温下与氧气发生剧烈的物理化学反应,通过热分解、燃烧、熔融等反应,成为气体、残渣或者熔融固体物质的技术[1]。其减容减量效果显著,处理量大,残渣稳定化水平高,且余热可通过系统装置回收利用。近年来已逐步成为含油污泥处理的主要技术之一[8]。从焚烧物的角度出发,目前国内外含油污泥焚烧技术可大致分为单独焚烧技术和混合焚烧技术。单独焚烧技术指热值较高的含油污泥,在不添加或少添加辅助燃料的情况下直接进入焚烧炉内焚烧处理的技术。朱妍等[9]提出以降低污泥含水率在30%以下和控制焚烧炉预热温度500℃以上来提升含油污泥的处理能力。在含油污泥脱水成本较低、含油率较高时,这种技术往往成为业界首选技术。含油污泥焚烧技术虽然具有技术适应性强、能量利用率高等有优势,但也存在着二次污染等问题[10],因此含油污泥焚烧技术多由脱水单元、焚烧单元、污染物控制单元组成。混合焚烧技术指含油污泥与其他物质混合制成燃料一同焚烧的技术。含油污泥混合焚烧处理时一般只需要比含油污泥单独焚烧时多建立一个含油污泥燃料混合单元,往往可以省去含油污泥干燥单元和污染物控制单元等,具有系统简单,操作方便等优势。但是在具体生产实践中,含油污泥混合焚烧技术仍存在诸多问题。Deng 等[11]利研究了含油污泥和生物质在燃烧过程中的相互作用,发现在较低温度情况下,两者的相互作用抑制混合物燃烧,在较高温度情况下则相反。田福军等[12]将含油污泥制成型煤后,通过对燃烧烟气进行检测发现,将含油污泥制成型煤进行焚烧相较于单独焚烧,可有效降低焚烧过程的烟尘和有毒有害气体。可以看出,含油污泥混合焚烧技术既可以掺混燃料焚烧,也可以掺混其他废弃物焚烧,往往能够提高含油污泥的燃烧性能,实现污染物的减排。但是,受含油污泥成分复杂多变,混烧工艺的操作参数复杂多变等多种因素的影响,含油污泥混合焚烧技术在工业实践上应用较少。虽然含油污泥焚烧技术还存在一些不足,但是由于其减容减量效果显著,处理量大,残渣稳定化水平高,热量可回收等显著优势目前在业界应用仍较为广泛,其有很大潜力最终实现含油污泥无害化、资源化处理的难题。结语随着含油污泥的产量逐年增多,如何清洁高效的处理含油污泥已成为业界亟待解决的问题。各类含油污泥处理技术在一定程度上都有其优势与不足,相对而言,含油污泥热处理技术由于其物料适应性强、处理速度快、减量化程度高和资源可回收等优势在业界应用较为广泛。但是目前含油污泥热处理技术还存在一些问题,例如,如何根据进料含油污泥的具体成分实时调整热处理工况;如何进一步降低运行成本、提高资源回收利用效率等;如何科学合理的选择掺混物质、掺混比例等。随着含油污泥热处理技术及其配套技术的进一步发展,其将最终实现含油污泥清洁高效的处理。参考文献[1]张临峰,黄导.钢铁工业大宗固体废物综合利用综述[J].冶金管理,2017,04:27-32.[2]陈忠喜,魏利.油田含油污泥处理技术及工艺应用研究[M].科学出版社,2012.[3]GONG Z,DU A,WANG Z,et study on pyrolysis characteristics of oil sludge with a tube furnace reactor[J].Energy &Fuels,2017,31(8):8102-8108.[4]巩志强,杜爱勋,王振波,等.油泥与微藻生物质掺混共热解动力学研究[J].石油学报(石油加工),2019,35(2):312-319.[5]INGUANZO M,DOMíNGUEZ A,MENéNDEZ J A,et al.On the pyrolysis of sewage sludge:the influence of pyrolysis conditions on solid,liquid and gas fractions [J].Journal of Analytical and Applied Pyrolysis,2002,63(1):209-222.[6]SHIE J-L,LIN J-P,CHANG C-Y,et of oil sludge with additives of sodium and potassium compounds[J].Resources,Conservation and Recycling,2003,39(1):51-64.[7]LIU Y,CHE D,XU reduction of SO2during combustion of typical Chinese coals [J].Fuel Processing Technology,2002,79(2):157-169.[8]王振通,巩志强,王振波,等.油田油泥热解焦掺混微藻渣燃烧实验研究[J].石油学报(石油加工),2019,35(4):818-25.[9]朱妍,任建科,李瑛.气田含油污泥焚烧性能优化实验[J].油气田环境保护,2012,22(05):24-26+30+80.[10]冯基洲.火电厂锅炉燃烧优化技术探析[J].冶金管理,2019,01:40.[11]DENG S,WANG X,TAN H,et study on the Co-combustion characteristics of oily sludge with plant biomass[J].Thermochimica Acta,2016,633:69-76.[12]田福军,李海滨,吴创之,等.污泥型煤技术处理污泥的基础研究Ⅱ等温燃烧过程中NOx、SO2释放规律的考察[J].燃料化学学报,2000,05:454-458.
文章来源:《金属热处理》 网址: http://www.jsrclzzs.cn/qikandaodu/2021/0730/598.html