熱解處理技術在含油污泥處理中的應用

許建全 趙曉磊 石興義 劉得琳

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含油污泥作為石油開采過程中產生最主要污染物，其存在毒性高、成分復雜、污染大等特征。伴隨著我國新環保法的頒布以及習總書記強調“綠水青山就是金山銀山”，我國進一步加大了對環境保護的整治力度，如此便需要相關企業積極探尋更高效、更環保的手段對含油污泥進行處理，從而減少含油污泥對人類與自然環境的影響。

1 熱解處理技術概述

熱解處理技術主要指的是將含油污泥置于高溫隔氧的環境，然后采取蒸餾、熱分解、縮合等實現礦物油的轉化、分離以及回收的處理基礎。具體為：含油污泥在景觀上料機或者裝載機傳輸到熱解爐中，形成的熱解氣以分氣包輸入至冷凝系統內，該系統形成的熱解油進入儲油罐內，通過輸泵升壓之后外輸；不凝氣則主要經過兩級水封凈化輸入至爐膛輔助燃燒，如此便實現了含油污泥完全熱解，此時再應用出渣機打包出渣即可。從上述流程可知，熱解過程所需的熱能是由天然氣與不凝氣燃燒提供，高溫煙氣通過除塵塔后完成除塵并排出[1]。

2 熱解處理技術在含油污泥處理實驗

2.1 材料與方法

2.1.1 所需材料與實際

石油醚、熱解催化劑；所需的儀器有蒸發皿、氣相色譜儀、索氏提取器密閉油泥熱解儀、分液漏斗等。

2.1.2 實驗過程

含油污泥熱解實驗。把一定量的含油污泥和催化劑均勻混合后再加入至含密封熱解儀內實施熱解操作，實驗指標選取油回收率，對催化劑的用量、熱解時間、熱解溫度、加熱速率以及N2流速等跟油回收率的相關性，原油回收率計算公式為：

ω=M1/M0×100%，式中M0的含油污泥的質量，克，M1代表的是回收油的質量，克。

熱解產物分析。應用索氏提取法對含油率進行測定；參照GB/T8929—2006《原油水含量的測量蒸餾法》對含水率進行測定，參照GB/15618—2018《土壤環境質量農田土壤污染風險管控標準》中規定的方法測定重金屬的含量。

2.2 實驗結果分析

2.2.1 含油污泥的構成

檢測得出其重金屬的含量低于GB4284—2018《農用污泥污染物控制標準》中的相關規定，其中成分以原油為主，原油所占比例為40.23%、水分所占比重為33.58%、泥含量所占比重為26.19%。

2.2.2 催化劑與油回收率的相關性

催化劑的應用可以減少熱解所需的時間，不僅極大地提升了熱解的效率，而且還便于對熱解產品的分布進行控制。當熱解的溫度達到400℃時，停留的時間為3h，N2的流速為每分鐘80ml，加熱的速率控制在每分鐘15℃時，分析鐵基作為催化劑時的劑量與油回收率的相關性，結果見圖1。

圖1 催化劑與油回收率的相關性

從圖1得出：當加入的催化劑用量為0.5%～1.2%時，結果發現伴隨著其用量的不斷提升，其油回收率也不斷升高；將催化劑的用量超過1.2%時，油回收率逐漸降低。其原因是，當催化劑的劑量適當，催化劑可以最大程度提升熱反應過程所需的活化能，充分熱解含油污泥，從而獲得較高的油回收率；但是當催化劑的含量過高，催化反應非常強烈，極大地提高了反應速率，因此中間產物的濃度也增加，二次反應便至關重要，裂化反應與縮合反應均加劇，導致氣相組分與熱解渣產率升高，油的回收率反而降低，由此可以得出添加的催化劑最佳劑量為1.2%。

2.2.2 熱解溫度跟油回收率的相關性

當催化劑的加入量控制為1.2%時，停留的時間為3h，N2的流速設置為每分鐘80mL，加熱的速率為每分鐘15℃時，分析熱解溫度跟油回收率與產氣量的相關性，結果見圖2。

圖2 熱解溫度跟油回收率的相關性

根據上圖可知：伴隨著熱解溫度的不斷增加，油回收率的變化趨勢為先增加再降低。當熱解的溫度達到420℃時，油回收率達到最高峰，若持續升高溫度油回收率反而下降。這一現象的產生主要是熱解問題在升高時，含油污泥內的長側鏈烴與高分子烴發生熱裂解或者在催化劑的作用下裂解為低分子烴，導致油回收率升高，但是當熱解的溫度超過420℃后，熱裂解反應形成的中間產物在高溫環境下會發生二次裂解，致使產氣量增多，從而降低了油回收率，由此可以得出在熱解處理技術中，最佳熱解溫度為420℃。

2.2.3 停留時間與油回收率的相關性

熱解停留時間長短直接會對含油污泥的熱解程度產生影響，因此也是影響油回收率的重要因素。當加入的催化劑劑量為1.2%，熱解的溫度設置為420℃，N2的流速控制為每分鐘80ml，加熱的速率為每分鐘15℃時，分析熱解停留時間與油回收率的相關性，結果見圖3。

圖3 留時間與油回收率的相關性

由圖3可以得出：伴隨著熱解停留時間的不斷延長，油回收率的變化趨勢也是先增加再降低。若停留時間過短，會導致部分含油污泥沒有被完全熱解，相反當停留的時間超過3h時，因為停留時間延長，致使回收的油品繼發二次裂解，形成的產氣量增多，降低了油回收率。

2.2.4 加熱速率跟油回收率相關性分析

當催化劑的加入量控制為1.2%時，停留的時間為3h，N2的流速設置為每分鐘80ml，分析加熱速率跟油回收率與產氣量的相關性，結果見圖4。

圖4 加熱速率跟油回收率相關性

根據圖4可知：當不斷增加加熱的速率后，油回收率也不斷提高，當速率達到每分鐘12℃時，油回收率達到最高值，其原因是加熱速率較低時，無法達到設定熱解溫度所需時間越長，在這樣的溫度環境下，發生熱解反應所需的時間更長，因此提高了油回收率。但是當加熱速率較高時，伴隨著加熱速率的提升，油回收率反而下降，原因是加熱速率越快，熱解所需達到預定溫度的時間越短，在該溫度環境下，反應所需的時間越短，不能徹底完成熱解，降低了油回收率。

2.2.5 N2流速與油回收率的相關性

當催化劑的加入量控制為1.2%時，停留的時間為3h，加熱的速率為每分鐘15℃時，分析N2流速跟油回收率與產氣量的相關性，結果見圖5。

圖5 N2流速與油回收率的相關性

上圖可知：N2流速升高，油回收率也不斷升高，但是當流速超過每分鐘90ml后，油回收率逐步降低?？赡茉蚴菬峤庑纬傻挠蜌饨M分伴隨著氮氣流出了熱解區，避免油氣組分子在高溫區停留發生二次裂解；但是當氮氣的流速過大時，被氮氣帶出的部分油氣無法及時冷卻，從而致使油氣產量下降，導致油回收率下降。

2..2.6 熱解處理技術效果分析

在含油污泥熱解處理中，最佳的條件為：催化劑的加入量控制為1.2%時，停留的時間為3h，停留的時間為420℃、加熱的速率為每分鐘12℃時，N2的流速為每分鐘90ml時，其效果如下：

回收油的油品分析。熱解回收的液體屬于油水混合物，采取油水分離處理后獲得裂解油，通過將其將與經熱洗回收的原油進行對比，可以得出熱解油更清涼，其密度和黏度、凝固點跟熱洗回收原油相比顯著下降，而且不含有瀝青質、膠質等等，當熱解油內的C1～C15組分所占比例＞60%時，C26及以上組分含量遠遠低于清洗回收原油，油品明顯比熱洗回收原油好，證實熱解油具備較高的回收與利用價值。

不凝氣體組分測定。不凝氣體主要是由7.81%%N2、5.93%的CO、4.76%的CO2、35.21%的C1、6.72%的C2、0.65%的C3、37.35%的氫氣以及1.57%的其他有機物等構成。不凝氣體中以甲烷和氫氣的含量居多，同時也含有少量的氮氣、CO以及CO2，其中甲烷的含量＞35%，H2的含量約40%的左右，熱解氣能夠為燃燒提供熱能，因此擁有回收利用的價值[3]。

3 結束語

在上文中，通過實驗得出，在含油污泥的處理中應用熱解處理技術時，最佳的條件為：催化劑的加入量控制為1.2%時，停留的時間為3h，停留的時間為420℃、加熱的速率為每分鐘12℃時，N2的流速為每分鐘90ml，此時熱解油的回收率可以達到70%左右。