含油污泥燃料化處理及清潔燃燒技術(shù)

　　在石油開(kāi)采、集輸和煉制過(guò)程中產(chǎn)生了大量的含油污泥。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)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(lèi)、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(guó)家列為危險(xiǎn)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(lái)的環(huán)境污染問(wèn)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(diǎn)是對(duì)于含水率高的污泥需要進(jìn)行預(yù)處理來(lái)降低含水率及黏度，并且需要加入輔助燃料來(lái)保持一定的燃燒溫度，還需要對(duì)燃燒的煙氣及殘?jiān)M(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，形成顆粒化的燃料，利用煙氣污染物控制技術(shù)使其燃燒過(guò)程中的污染物排放值達(dá)到國(guó)家控制標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)含油污泥的無(wú)害化與資源化處理。謝水祥等開(kāi)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(guó)相關(guān)排放標(biāo)準(zhǔn)要求。我國(guó)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(guó)內(nèi)關(guān)于含油污泥燃料化處理劑的作用機(jī)理研究報(bào)道很少，仍需要進(jìn)一步研究。我們課題組一直專(zhuān)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(zhǎng)石油每年產(chǎn)生含油污泥達(dá)15×104t以上，為了對(duì)含油污泥進(jìn)行無(wú)害化處理的同時(shí)，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(duì)延長(zhǎng)油田含油污泥性質(zhì)的影響及作用機(jī)理，設(shè)計(jì)了燃料化處理劑復(fù)配實(shí)驗(yàn)。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(xiàng)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(shí)驗(yàn)部分

　　1.1 實(shí)驗(yàn)儀器及方法

　　污泥含水率采用GB/T8929-2006《原油水含量的測(cè)定蒸餾法》測(cè)定，含油率采用索氏提取法測(cè)定，固含量通過(guò)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(rùn)滑劑中碳，氫，氮測(cè)定法》進(jìn)行分析;使用日本電子株式會(huì)社JSM-6390A型掃描電鏡對(duì)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(cè)定電感耦合等離子體―質(zhì)譜法》對(duì)殘?jiān)械闹亟饘俸窟M(jìn)行測(cè)定;燃料熱值用XRY-1A型氧彈熱量計(jì)測(cè)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(dòng)煙塵(氣)測(cè)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(shí)，將煙氣接收管連接到加熱爐煙氣出口上，用煙氣分析儀對(duì)污染物組分進(jìn)行實(shí)時(shí)在線分析，從300℃時(shí)開(kāi)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(shí)驗(yàn)物料

　　含油污泥樣品取自延長(zhǎng)油田沉降罐罐底泥，呈黑褐色黏稠狀。通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)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(jiàn)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(duì)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(duì)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(jiàn)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(shí)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(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，單獨(dú)添加破乳劑、干化劑、疏散劑及催化劑對(duì)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(duì)含油污泥的綜合作用結(jié)果，以熱值為指標(biāo)，設(shè)計(jì)了燃料化處理劑的復(fù)配實(shí)驗(yàn)，研究了破乳劑、干化劑、疏散劑及催化劑的不同加量對(duì)含油污泥的影響(見(jiàn)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(shí)，干化效果最好，燃料整體干燥，無(wú)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(jiàn)圖1)。

　　2.2 燃料化處理劑的作用機(jī)理

　　用掃描電鏡對(duì)含油污泥與制備的顆?；剂线M(jìn)行了觀察，其電鏡照片(見(jiàn)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?，含油污泥緊密連接被破壞，絮體水等從含油污泥中游離出來(lái)，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(lái)，從而加快了含油污泥的干燥。

　　同時(shí)，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(shí)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?jiān)治?/p>

　　國(guó)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(shí)廢止了GB13271-2001。新的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定對(duì)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(dòng)煙塵(氣)測(cè)試儀對(duì)制備的顆粒化燃料的燃燒煙氣進(jìn)行了監(jiān)測(cè)分析，監(jiān)測(cè)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(guò)了標(biāo)準(zhǔn)GB13271-2014規(guī)定的限值，必須對(duì)煙氣中的二氧化硫污染物濃度進(jìn)行控制。通過(guò)脫硫劑種類(lèi)及加量?jī)?yōu)選實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)加入2.0%脫硫劑DS后，燃燒煙氣中各項(xiàng)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(jiàn)表4)，可將其作為燃煤鍋爐的燃料使用。

　　燃燒殘?jiān)械闹亟饘俸繉?duì)其后續(xù)處理處置具有重要影響。使用等離子體質(zhì)譜對(duì)殘?jiān)械闹亟饘俸窟M(jìn)行了分析，結(jié)果(見(jiàn)表5)。顆?；剂先紵龤?jiān)兄亟饘?銅、鉛、砷、鉻、鎘)含量均低于國(guó)家農(nóng)用污泥中污染物控制標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)家土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，可制成建筑材料用于井場(chǎng)鋪路或其他用途，不會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生不利影響。

　　3、結(jié)論

　　在對(duì)含油污泥的組成和性質(zhì)分析的基礎(chǔ)上，研究了延長(zhǎng)油田含油污泥的燃料化處理及清潔燃燒技術(shù)，取得了如下結(jié)論：

　　(1)研究了燃料化處理劑對(duì)延長(zhǎng)油田含油污泥性質(zhì)的影響及作用機(jī)理，通過(guò)燃料化處理劑將含油污泥制成了顆?；剂?，其熱值達(dá)到5273kCal/kg。

　　(2)在顆?；剂现屑尤?.0%的脫硫劑DS可使燃燒煙氣中各項(xiàng)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。

　　(3)含油污泥顆?；剂现苽浼扒鍧嵢紵秊檠娱L(zhǎng)油田含油污泥的資源化利用提供了思路和方法。(來(lái)源：西安石油大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，陜西省油氣田環(huán)境污染控制技術(shù)與儲(chǔ)層保護(hù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第一采油廠，西安石油大學(xué)石油工程學(xué)院)