含油污泥燃料化處理及清潔燃燒技術

　　在石油開采、集輸和煉制過程中產生了大量的含油污泥。據統(tǒng)計，我國各油田每年產生含油污泥40×104t以上，而且產量還在逐年上升。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、放射性物質等有害物質，已被國家列為危險固體廢棄物，如果處置不當，將造成嚴重的環(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)境污染問題更為嚴重。目前，溶劑萃取、熱化學洗滌、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行預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行處理，以免產生二次污染。含油污泥顆?；剂现苽浼扒鍧嵢紵煌诨鞜?，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使其燃燒過程中的污染物排放值達到國家控制標準，實現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排放標準要求。我國于2014年頒布施行了新的《鍋爐大氣污染物排放標準》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，而文獻檢索國內關于含油污泥燃料化處理劑的作用機理研究報道很少，仍需要進一步研究。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的研究，先后研究了含油污泥低溫催化熱解技術，熱氧化技術。延長石油每年產生含油污泥達15×104t以上，為了對含油污泥進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的影響及作用機理，設計了燃料化處理劑復配實驗。經復配制成的燃料熱值達到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準》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《石油產品及潤滑劑中碳，氫，氮測定法》進行分析;使用日本電子株式會社JSM-6390A型掃描電鏡對樣品進行觀察;使用PerkinElmerNexION300×電感耦合等離子體質譜儀依照DB43/T1220-2016《土壤中銅、鋅、鉛、鎘、鉻、汞、砷的測定電感耦合等離子體―質譜法》對殘渣中的重金屬含量進行測定;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有限公司GSL-1500X管式加熱爐中進行，煙氣用嶗應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，調節(jié)氧氣流量為80mL/min，升溫速率為15℃/min條件下，當爐溫升到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據，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、結果與討論

　　2.1 燃料化處理劑對污泥性質的影響

　　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。室內對8種市售破乳劑進行了篩選。當在污泥中加入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，但是仍然聚結成團，不松散。多次實驗結果表明，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果，以熱值為指標，設計了燃料化處理劑的復配實驗，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理

　　用掃描電鏡對含油污泥與制備的顆?；剂线M行了觀察，其電鏡照片(見圖2、圖3)。由圖2、圖3可以發(fā)現，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，外觀表現為黏度大，粘連和結塊，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，外觀表現為多孔，疏松和干燥。

　　當處理劑與含油污泥混合后，破乳劑分子迅速吸附進入懸浮乳狀液油水界面層內，破壞油水界面膜，少量的分散相粒子聚結成團，在攪拌及其他組分的作用下，進一步聚結成大液滴，使含油污泥迅速破乳，含油污泥中的絮體水、毛細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，污泥內部彼此不再粘連和結塊，物料性質得到有效改善;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物和潛在熱量，促進其更易于燃燒，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準》GB13271-2014，同時廢止了GB13271-2001。新的標準規(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行了監(jiān)測分析，監(jiān)測結果表明煙氣中的二氧化硫污染物濃度達到了450mg/L，超過了標準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行控制。通過脫硫劑種類及加量優(yōu)選實驗發(fā)現，當加入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準》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。使用等離子體質譜對殘渣中的重金屬含量進行了分析，結果(見表5)。顆粒化燃料燃燒殘渣中重金屬(銅、鉛、砷、鉻、鎘)含量均低于國家農用污泥中污染物控制標準和國家土壤環(huán)境質量標準，可制成建筑材料用于井場鋪路或其他用途，不會對環(huán)境產生不利影響。

　　3、結論

　　在對含油污泥的組成和性質分析的基礎上，研究了延長油田含油污泥的燃料化處理及清潔燃燒技術，取得了如下結論：

　　(1)研究了燃料化處理劑對延長油田含油污泥性質的影響及作用機理，通過燃料化處理劑將含油污泥制成了顆?；剂希錈嶂颠_到5273kCal/kg。

　　(2)在顆粒化燃料中加入2.0%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準》GB13271-2014規(guī)定的限值。

　　(3)含油污泥顆粒化燃料制備及清潔燃燒為延長油田含油污泥的資源化利用提供了思路和方法。(來源：西安石油大學化學化工學院，陜西省油氣田環(huán)境污染控制技術與儲層保護重點實驗室，中國石油長慶油田分公司第一采油廠，西安石油大學石油工程學院)