油田含油污泥热解制备烟气脱硫剂

为实现油田含油污泥深度资源化,针对高含油的孤岛采油厂含油污泥采用热解处理,回收油气资源的同时将热解残渣制备成烟气脱硫剂。以苯吸附值和热解残渣含油率为基准对热解工艺进行了优化,对热解油品和残渣进行分析,热解残渣经过后续处理进行了烟气脱硫性能评价。通过正交实验得到热解最佳工艺条件为:氮气保护下,热解温度550℃,热解时间4h,升温速率10℃/min。此时苯吸附值为60.12mg/g,热解残渣含油率为0.29%。最佳工艺条件下,热解油品产率可达10%左右,回收率大于65%,热裂解作用明显,热解油品的品质较好,产生的不凝气体可以作为洁净燃料气;热解残渣经过后续处理,可用于脱除烟气中的SO2,吸附脱硫能力较好,穿透硫容达到3%以上。     

工业废水污泥的热解及升温速率对热解的影响

利用热重分析法对印染、中药和废水处理厂3种典型工业废水污泥进行了热解动力学实验研究。结果表明,工业污泥是一种高挥发分、低固定碳和低热值的劣质燃料。经过消化处理的污泥灰分含量较高,挥发分含量变小。热解过程中有3个失重速率较高的阶段,以挥发分的析出为主。升温速率对热解的最终失重率有重要影响。升温速率增加,热解更剧烈,但最终失重率的变化趋势与污泥种类有关;为使热解效果更好,不同种类的污泥应选择不同的升温速率。不同种类的污泥具有不同的热解特性,印染污泥挥发分析出阶段有2次热解。中药污泥活化能最小,印染污泥挥发分第2次热解的活化能比第1次大幅增加。     

含油污泥与玉米秸秆共热解协同特性

利用热重-傅里叶变换红外分析仪（TG-FTIR）对含油污泥与玉米秸秆共热解特性进行了研究,分析了各温度段的协同效应。TG分析表明,共热解主要呈现3个阶段：挥发分的析出（210～520 ℃）、碳酸盐的分解（600～780 ℃）、长链难分解重质油的热裂解和半焦的气化（900～1 100 ℃）,且在不同热解阶段呈现出不同的协同效应。热解动力学分析表明,含油污泥与玉米秸秆共热解后,第1阶段的活化能有所增高,而第2、3阶段的活化能大幅降低。FTIR分析表明,第1、2阶段,共热解与单一物料热解的产物种类基本一致,而在第3阶段,共热解使含油污泥热解产物甲基化合物发生分解和转化。含油污泥与玉米秸秆共热解可促进CO2、CO、CH4和C=O化合物的析出,其中添加玉米秸秆质量分数为10%时,对CO2、CO和CH4析出的促进作用最强,添加30%时则对C=O化合物的析出更为有利。     

大港油田含油污泥热解处理实验研究

采用热解法对含油污泥进行处理.经过筛选,选取活性白土作为催化剂,分别研究反应时间、反应温度、加热速率和氮气吹扫量对热解处理效果的影响.4个影响因素对液相收率的影响顺序为:氮气吹扫量＞反应温度＞反应时间＞加热速率;对反应转化率的影响顺序为:反应温度＞反应时间＞氮气吹扫量＞加热速率.实验理想的反应参数为:反应时间60min,反应温度490℃,加热速率4℃/min,氮气吹扫量90 mL/min.     

不同升温速率下城市污水污泥热解特性及动力学研究

利用差热-热重分析法和Coats-Redfern积分法,对杭州某污水处理厂污泥在不同升温速率下的热解特性及反应动力学特征进行研究。实验结果表明,热解温度从室温升至900℃时,污泥热解过程可分为4个失重阶段;升温速率对污泥热解转化率、挥发分析出温度以及最大失重率等热解特性参数都有显著影响。升温速率越高污泥最大失重率越大;而较低的升温速率延迟了污泥热解反应时间,导致污泥失重量相对较大。根据Coats-Redfern积分法计算结果,污泥在氮气氛围下的热解反应为二级反应模式。提高升温速率可显著增加污泥热解的表观活化能和频率因子。     

热解含油污泥制备吸附剂及热解过程的优化

为资源化利用油田含油污泥,对高含油的孤岛采油厂含油污泥进行热解处理研究,以苯酚吸附值为基准对热解工艺过程进行优化,并采用ICP-MS、元素分析仪、气相色谱质谱仪和SEM对热解油品和残渣性质进行分析;正交实验和单因素实验结果相一致,热解最佳工艺条件为:N2保护下,热解温度550℃,热解时间4 h,升温速率10℃/min,此时苯酚吸附值为29.26 mg/g。通过对热解残渣苯酚吸附值为基准进行正交实验极差分析,热解温度的影响最大,其次是热解时间,最后是加热速率。SEM结果显示,热解含油污泥制备的固体残渣具有丰富的微米孔,可将其制备成多孔固体吸附剂。初步研究结果表明,含油污泥热解处理实现了无害化和资源化目的,满足国家节能减排的战略要求和农用污泥排放标准。     

罐底含油泥热解动力学参数计算方法的优选

在化学反应设计中反应动力学是较重要的因素。为得到更合理的污泥热解动力学参数计算方法,利用热重分析仪,在氮气气氛下对罐底含油污泥的热解特性进行研究。根据热重实验数据,分别采用Coats-Redfern法、Kissinger法、FWO法和Popescu法计算污泥热解动力学参数,并获取罐底泥热解制油的主要阶段(第2阶段)的反应活化能E、频率因子A并分析各种方法反应机理。通过对比不同计算方法得到动力学参数及拟合曲线与实验曲线的相关性,确定了最佳罐底含油污泥热解动力学参数计算方法。研究表明,Popescu法得到罐底泥的热解过程符合Jander方程,活化能E为101.43 kJ/mol,与FWO法得到的91.20 kJ/mol相近,且预测曲线与实验曲线有较好的相关性(0.9816),说明Popescu法计算罐底泥热解动力学参数更合适。     

热解终温对含油污泥三相产物特性的影响

为实现含油污泥的资源化利用,以罐底油泥为研究对象并以油回收率为考核指标,对热解终温对油泥三相产物的影响进行了研究。结果表明,最佳热解条件是：升温速率为10 ℃·min⁻¹、载气中最佳氧气体积分数为4.2%。在400~800 ℃范围内,随着温度的升高,回收的热解油产率由16.43%提升至21.46%,后又降至14.15%;热解气产率由9.12%提升到了27.87%,热解残渣中可回收组分含量由39.1%降至16.5%。热解油中主要为轻质组分,油的品质较高;热解气中主要成分为CO₂和CO,且温度越高可燃气比例越高。对热解残渣进行电镜分析发现,渣体表面没有结焦现象,残渣表现出良好的吸附性能。本研究可为含油污泥热解处理资源化提供参考。     

含油污泥微波热解工艺条件优化现场实验研究

采用自主设计的30 kW大功率微波设备开展了含油污泥微波热解的现场实验,考察了吸波剂种类和添加量、热解终温、微波辐照时间、污泥处理量等对微波热解处理效果的影响.结果表明,污泥热解残渣可以作为吸波剂提高含油污泥的微波热解处理效果,综合考虑热解效果和成本,其较佳的添加量为5％(质量分数),此时污泥的除油率可达99.84％;随着热解终温的升高,污泥的除油率逐渐升高,当热解终温达到500℃时,处理后污泥的含油率降为0.200％(质量分数,下同),满足《农用污泥中污染物控制标准》(GB 4284-84)的限值标准(石油类限值为0.3％(质量分数));微波辐照时间对含油污泥的热解效果影响较显著,当微波辐照时间达到180 min时,处理后污泥含油率仅为0.230％;含油污泥处理量低于20 kg/次时,单位质量含油污泥完成热解消耗的电量随着处理量的增加而减少,而超过20 kg/次时,耗电量随着处理量的增加而增加,因此本实验所用设备较经济的含油污泥处理量为20 kg/次.     

生活污泥与煤混烧及热解特性

采用热重分析法,对生活污泥与煤以1∶1质量比混合的试样进行燃烧及热解实验研究,重点分析了升温速率对其热解及燃烧特性的影响,为煤泥混烧及热解技术的工业化应用提供理论支持。结果表明：煤泥混合样燃烧失重分为4个阶段,混燃过程中污泥与煤共同影响着混合试样的燃烧特性,随着升温速率从15 ℃·min-1增加到50 ℃·min-1,其可燃性指数C增幅达60%和综合燃烧特性指数S提高了4倍多,燃烧性能得到明显提高;煤泥混合样的热解失重分为2个阶段,各阶段热解的挥发份最大析出速率（dw/dt）max及挥发分析出特性指数D均随升温速率的升高而大幅增大,且试样总的挥发综合释放指数D从0.081 7×10-8K-3·min-2增大到5.868×10-8K-3·min-2,可见升温速率越高,煤泥混合物的热解性能越好。     

不同油田油泥热裂解的特性分析及动力学研究

油泥是石油行业的产物,具有产量大、污染严重、处理困难等特点。运用热处理方法进行实验,通过对两个不同油田油泥的热裂解实验,发现不同来源的油泥,其组分与形态差异十分明显,从而导致热解结果也有一定的差异。经热解处理后,油泥质量减少50%~80%,减量化明显;通过释放气体的分析,对热解的反应历程以及反应机理做出了初步推测。最后通过动力学分析,得到了一定的动力学参数,为实际操作中的问题解决提供实践依据,从而提高该技术的适用性与实用性。     

落地油泥土壤性质对超声除油效果的影响

落地油泥是油田产生的一类危险固体废弃物,其无害化处理是目前各大油田所面临的重大挑战之一。为了深入认识超声处理过程中油泥土壤性质与超声处理除油效果之间的关系,以不同油田典型落地油泥为研究对象,超声处理后对其土壤残留含油量、土壤颗粒级配、土壤化学组成等进行分析。结果表明：油泥中土壤颗粒粒径较大的大庆、大港落地油泥经超声处理后的除油效果均在60%以上,而土壤颗粒粒径较小的冀东落地油泥超声除油率仅为11%;同时,超声除油效果较好的大庆、大港落地油泥中的钙氧化物含量较低(分别为4.84%和5.94%),而超声除油效果差的冀东落地油泥中的钙氧化物含量较高(11.57%)。进一步的模拟实验结果表明,钙氧化物含量高的土壤对原油的吸附量大、吸附强度高、超声除油效果差,而钙氧化物含量低的土壤吸附量小、吸附强度低、超声除油效果好。以上结果可为油田落地油泥超声处理技术的开发及规模化应用提供指导。     

鼓泡床锅炉富氧焚烧含油污泥技术

提出了一种新型的含油污泥焚烧近零排放处理方式,即利用富氧燃烧技术焚烧含油污泥,油泥无需干化,并可以回收烟气中的CO2直接用于油田驱油,可以实现CO2的近零排放。以日焚烧200 t含油污泥为研究对象,构建了鼓泡床富氧燃烧含油污泥锅炉原则性热力系统,并分别从炉膛内密相区埋管、稀相区受热面和尾部对流受热面等方面进行了概念设计,根据鼓泡床锅炉的设计原则并结合富氧燃烧技术特点,设计了一台富氧燃烧含油污泥鼓泡床锅炉。详细介绍了鼓泡床焚烧锅炉的设计参数、结构布置,结果表明：鼓泡床富氧焚烧含油污泥系统的锅炉效率可达92.59%,富氧燃烧工况下炉膛内的换热量远远大于对流换热量。     

污泥热解-自源炭重整获取高品质油气产物

利用污泥热解-自源炭重整的方式获得高品质的燃气和油,为了实现更高的气、油转化率,在600 ℃的重整条件下,对比了污泥在450~600 ℃内不同热解温度下产生的热解挥发分利用自源炭催化重整后的气、油产量与特性,同时考察了自源炭生成方式的影响。研究结果表明,550 ℃下污泥热解产生的热解液产量最高,同时最容易被炭催化裂解,但是因积碳使得污泥转化为气、油的产率不高。600 ℃下热解产生的挥发分经过重整后获得最高的气体转化率与热值,但也存在积碳问题。与一步升温到600 ℃的热解炭相比,不同温度下的热解炭继续被加热到600 ℃所获得的分步热解炭更符合连续化操作要求,但其重整效果总体上不如前者好;而热解温度在450 ℃时例外,450 ℃的热解炭继续升温至600 ℃并重整450 ℃热解挥发分,能够获得最高的气、油产率并减少碳沉积。在实际情况下的热解-重整连续化操作中推荐热解温度为450 ℃以及重整温度为600 ℃,以获得高值产物并降低对热解装置的要求。     

利用旋转炉热解城市污泥的产物特性

采用旋转管式加热炉实验台在惰性条件下对城市污泥进行了热解实验,系统研究了不同热解温度对气态产物和固态产物成分的影响。结果表明:污泥经热解后的产物在600℃时,比表面积最大值为158.02 m2/g,孔容最高为109.58 mm3/g。随着热解温度的升高,气态产物和液态产物的产率增加,而固态产物则减少。在热解温度450~750℃,热解产物中的固态产物产率由53.65%降至31.69%;气体产率从11.23%升至24.74%,其中H2、CO、CO2、CH4、C2H4、C2H6和C2H2占总气体的75%以上,H2含量随着热解温度的升高而升高。热解气中小分子碳氢化合物含量较高,600℃时热解气体中含氢气体主要包括:H2、CH4、C2H4、C3H8、正丁烷(C4H10)及C2H6等,其中H2和CH4含量分别为27.98%和23.63%。CH4、C3H8、C4H10等气体的含量随着热解温度的升高呈现先增后减趋势,且在600℃达到最大值,C2H2、C2H6在450℃时其浓度最高。随着热解温度的升高,N、C和H 3种元素在热解固态产物中的质量分数呈明显下降的趋势。     

市政污泥热解产油影响因素及产物应用特性

利用外热式固定床反应器,研究终温、反应时间、升温速率等因素对市政污泥热解产油率的影响,并对产物特性进行了讨论。结果表明,热解终温及反应时间显著影响焦油产率,500 ℃是适宜的污泥热解温度,焦油产率达24.74%,温度继续升高则半焦缩聚反应强烈,热解气产率大幅增加,焦油产率基本恒定;在10 ℃·min-1的升温速率条件下,热解终温500 ℃,维持20 min,焦油产率可达到平衡;升温速率对焦油产率的影响不显著,热解反应达到平衡时,不同升温速率条件下,焦油产率相似;污泥焦油组分与中低温煤焦油相近,具备提酚、制燃料油和特种油品的潜力;污泥半焦灰分高,固定碳含量低,具有一定热值,比表面积较发达,掺混燃烧、制备吸附剂是其重要的潜在利用方向。     

热解温度和时间对污泥生物碳理化性质的影响

污泥热解制备生物碳是一种环境友好的污泥处理处置途径。重点考察了热解温度及时间等因素对生物碳品质的影响。污泥取自厦门某城市污水处理厂脱水污泥（初始含水率为80%）,热解实验结果表明,随着热解温度的升高（从300～700℃）,热解时间的增加（2～4 h）,生物碳产率均下降;低温热解时（300℃）,生物碳偏酸性,而高温热解时（700℃）,生物碳偏碱性;生物碳N含量随着热解温度的升高、热解时间的增加而降低,而P、K及微量元素随着热解温度的升高,热解时间的增加而增加。DTPA浸提实验结果表明,高温热解能降低污泥生物碳中微量元素的有效性。     

热解温度和时间对生物干化污泥生物炭性质的影响

污泥热解制备生物炭是一种很有潜力的污泥资源化处置方式,然而,生物炭产量和品质因污泥原料性质、热解条件(如热解温度、时间)的不同而存在显著差异。以生物干化污泥为主要研究对象,系统考察了热解温度及时间等热解因素对生物炭品质的影响。实验结果表明,随着热解温度的升高(300～700℃),热解时间的增加(2～4 h),生物炭产率均下降。低温热解(300℃)生物炭,偏酸性,而高温热解时(700℃)生物炭,偏碱性。生物炭N含量随着热解温度的升高、热解时间的增加而降低,而P、K及微量元素随着热解温度的升高,热解时间的增加而增加。DTPA浸提结果表明,高温热解明显降低了生物炭中微量元素的生物有效性。