油田含油污泥热解产物分析及性能评价

第29卷 第1期2010年 1月

环 境 化 学

ENV I R ONM E NTAL C HE M ISTRY

V o.l 29,N o .1

January 2010

2009年5月9日收稿.

*中石化胜利石油管理局科技攻关项目(GD0602). **通讯联系人,电话:0546-8555038,E-m ai:l

zhuw e@i s l of 1co m

油田含油污泥热解产物分析及性能评价

*

祝 威

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(胜利油田胜利勘察设计研究院有限公司,东营,257026)

摘 要 选择高含油的孤岛采油厂联合站堆放场含油污泥进行热解处理研究,采用正交实验对热解工艺进行了优化;采用I CP -M S 、元素分析仪、气相色谱仪、EPS -M S 对热解气体产物和残渣进行分析;热解残渣经过后续处理进行了烟气脱硫性能评价.正交实验结果表明热解最佳工艺条件为:N 2保护下,热解温度600e ,热解时间4h ,升温速率5e #m i n -1,此时苯吸附值为47104mg #g -1,热解残渣含油量为0121%.最佳工艺条件下,热解油产率可达11%左右,回收率约75%,热解油的品质较好,产生的不凝气体可以作为洁净燃料气或合成气原料;热解残渣经过处理后可用于脱除烟气中的SO 2,吸附脱硫能力较好,并具有进一步改进和提高的潜力.

关键词 含油污泥,热解,产物分析,脱硫性能.

油田在生产施工过程中,不可避免地产生大量含油污泥,对环境造成的污染日趋严重.含油污泥资源化利用将是其最终处置的根本方式.含油污泥热解是在无氧或缺氧的条件下,利用高温使含油污泥中的有机成分发生裂解,逸出挥发性产物并形成固体焦炭的一种热处理技术.其特点是处置彻底、减量减容效果好、二次污染少、资源回收率高,已经受到许多研究者的关注.目前,国内外对含油污泥热解工艺已经展开了初步实验研究.宋薇[1]

等人对油田含油污泥低温热解的影响因素及产物性质进

行了研究,陈爽[2]

等人对含油污泥热解动力学进行了研究,而对油田含油污泥热解残渣的资源化需要进一步研究.

本文以含油污泥为原料在热解作用下回收油气资源,探索热解残渣资源化利用,通过热解条件正交实验确定最佳热解工艺条件,通过分析热解产物组成及特性考察含油污泥热解效果,将热解残渣通过后续处理来提高其性能.

1 实验部分

111 实验方法

本文以胜利油田孤岛采油厂联合站含油污泥为原料.将脱水污泥100g 于KSS -14G 管式炉,充入氮气顶空30m in 后,在微量氮气保护下按一定的工艺条件进行热解处理.热解产生3种相态物质,液相产物包括油和水,固相产物是热解残渣,通过后续处理将热解残渣制备成烟气脱硫用吸附材料,烟气脱硫性能使用自主设计定制的脱硫性能评价装置进行评价.112 苯吸附值的测定

采用苯吸附值初步评价热解残渣的吸附性能,用以优化热解条件.苯吸附值采用静态保干器法进行测定,即取一定质量的试样放入装有苯的干燥器中吸附一定时间后,通过吸附前后试样质量的变化即可求出每克吸附材料吸附苯的质量.吸附材料的苯吸附值的计算式:苯吸附值=A /W

(1)

式中,A 为试样增加重量,m g ;W 为试样重量,g .113 热解残渣脱硫性能测定

热解残渣样品10m l 做为脱硫剂,脱硫剂粒径40)80目,床层高度20mm,脱硫温度60e ,空速

128环境化学29卷

600h-1,气速100m l#m in-1,SO2气体入口浓度为1500L g#g-1,SO2转化率为50%时即为穿透.使用崂应3022烟气综合在线分析仪测定脱硫前后烟气中SO2的含量,计算脱硫率和硫容.脱除SO2硫容计算公式如下:

Sc%=2186@10-9E(C0X i t i V sp V/M)@100%(2)式中:V sp为脱硫剂床层的空速,h-1;V为脱硫剂的体积,m;l t i为脱硫时间,h;X i为对应于t i的SO2脱除率,%;M为脱硫剂的重量,g.

114其它分析方法

含油污泥含水率的测定用烘干法,含油率的测定采用索氏抽提-紫外吸收光度法,用差减法可以得到含油污泥的固含量.含油污泥中金属元素含量通过I CP-M S进行定量测量.用德国ELÓC HONS 元素分析仪测定热解残渣有机元素组成,使用Ag ilent6890N-5973N气相色谱质谱仪对含油污泥中的有机物进行定性分析,使用EPS-M S测定平均分子量.

2结果与讨论

211含油污泥基本性质分析

现场所取含油污泥含水量比较高,如果直接进行热解处理,能耗太大,因此,对含油污泥进行了干化预处理,干化前后含油污泥含水率分别为71115%,29151%;含油率分别为6133%,14171%;含固率分别为22152%,55178%.干化后含油污泥中含油量接近15%,具有较高的回收利用价值. 212含油污泥热解工艺条件优化

为了确定各种热解条件对含油污泥热解过程和热解残渣性能的影响,分别以所得热解残渣含油量和苯吸附值为基准,设计了3因素4水平正交实验.正交实验结果见表1.

表1正交实验结果

T ab le1R esults of o rt hogona l experi m ent

实验号

因素实验结果

热解温度/e热解时间/h升温速率/e#m i n-1残渣含油量%苯吸附值/m g#g-1

实验11(450)1(1)1(5)417738148实验21(450)2(2)2(10)310740196实验31(450)3(3)3(15)216943172实验41(450)4(4)4(20)210344176实验52(500)1(1)2(10)315350196实验62(500)2(2)1(5)216647112实验72(500)3(3)4(20)117048164实验82(500)4(4)3(15)113843192实验93(550)1(1)3(15)21454816实验103(550)2(2)4(20)115451184实验113(550)3(3)1(5)01475818实验123(550)4(4)2(10)012960112实验134(600)1(1)4(20)116948196实验144(600)2(2)3(15)015150132实验154(600)3(3)2(10)013047144实验164(600)4(4)1(5)012147104

极差

残渣含油率/%216421130129

苯吸附值/m g#g-1818121901191

由表1可以看出:热解温度对污染去除效果和产物的吸附性能影响最大,随热解温度的升高,残

渣含油率降低,残渣的苯吸附值先增加后降低.这主要是因为含油污泥热解过程经历3个阶段:水分挥发阶段、挥发分挥发阶段和固定碳燃尽段[3].温度较低时含油污泥主要进行水分和挥发分挥发,碳