含油污泥热解残渣中碳分离回收技术研究

邓皓，王蓉沙，任雯 张明栋，刘晓辉，孙静文 （中国石油安全环保技术研究院，北京102206）

含油污泥热解残渣为油田含油污泥通过高温热解法处理后产生的固体废物，该固体废物主要由灰分和碳组成。灰分由含油污泥经高温热解后形成的氧化物及硫酸盐、碳酸盐等组成，热解残渣中碳的质量分数达35%～50%，有较好的分离回收价值。

笔者以某油田污水处理厂的含油污泥热解残渣为对象，通过物理化学方法[1，2]及脱灰工艺，去除热解残渣中的灰分物质，得到纯度达95%以上的含碳物质。

1 试验部分

1.1 热解残渣灰分去除试验

残渣为某油田污水处理厂含油污泥热解残渣，它是将脱水含油污泥放入热解炉中，以10℃/min的升温速度在650℃下热解2h后得到的固体产物。

1）物理浮选法 首先将热解残渣装入浮选柱中利用碳与灰分颗粒表面疏水性与亲水性的差别，在捕收剂的作用下，借助于浮选设备产生的气泡，将碳与灰分颗粒分离开来以进行碳与矿物质的初步浮选[3]，经浮选处理后的热解残渣可去除部分灰分。

2）化学分离法[4，5]一级酸溶处理：取经物理浮选后的热解残渣，按一定固液比加入复合酸液，加热反应一定时间，洗涤去除酸溶性灰分，洗涤过滤至滤液呈中性，滤渣烘干备用。

二级碱溶处理：取经一级酸溶处理后烘干的滤渣，按一定比例加入复合碱液，加热反应一定时间，洗涤去除碱溶性灰分，洗涤过滤至滤液呈中性，滤渣烘干备用。

1.2 回收碳分析方法

灰分的测定依据 《煤质颗粒活性炭试验方法 灰分的测定》（GB/T 7702.15—2008）；回收碳纯度采用重量法计算 （回收碳质量与产物质量比值）；收率采用重量法计算 （产物质量与热解残渣质量比值）。另外，采用Quantax 200XFlash5000－10X射线能谱仪、Quanta 250钨灯丝环境扫描电子显微镜对产物的灰分、元素组成进行测定分析。

2 结果与讨论

2.1 元素组成分析

采用Quantax 200XFlash5000－10X射线能谱仪对热解残渣、一级酸溶、二级碱溶处理后产物元素组成进行测定，结果如表1所示。由表1可知，含油污泥热解残渣中碳含量最高，其次是铝、硅和铁的化合物；经一级酸溶处理后，主要杂质铝等元素组成的化合物被大量去除；经二级碱溶处理后，硅元素组成的化合物被大量去除。对比商品活性炭，含油污泥热解残渣经处理后其组成与商品活性炭相似[6]。

表1 不同样品的元素组成分析

2.2 灰分和收率

依据GB/T 7702.15—2008对热解残渣及热解残渣经浮选、酸溶、碱溶处理后产物灰分质量分数及产物收率进行测定，结果如表2所示。由表2可知，热解残渣经一系列物理化学方法处理，碳产品收率达50%以上，灰分去除率、回收碳纯度均得到提高。

2.3 反应温度的影响

在酸浓度为8.0mol/L，碱浓度为4.5mol/L，酸溶固液质量比为1∶10，碱溶固液质量比为1∶12，酸溶反应时间为1.5h，碱溶反应时间为2h的条件下，反应温度的影响如图1所示。由图1可知温度对回收碳的纯度影响较大，随着温度升高，回收碳纯度逐渐增加，温度超过80℃后碳纯度变化不大，考虑到能耗和分离效果，反应最佳温度选定在80℃。

2.4 酸碱浓度的影响

在反应温度80℃，酸溶固液质量比为1∶10，碱溶固液质量比为1∶12，酸溶反应时间为1.5h，碱溶反应时间为2h的条件下，考察复合酸、复合碱浓度的影响，结果见图2。由图2可知酸碱浓度对回收碳的纯度均有影响，而碱的影响大于酸，随着酸碱浓度的升高，回收碳纯度逐渐增加。一级酸溶处理时，当酸浓度为8mol/L，回收碳纯度可达71.11%，再增加酸的浓度，碳纯度变化不大；继续进行二级碱溶处理，当碱浓度为4.5mol/L，回收碳的纯度达96.44%。

2.5 固液比 （热解残渣与酸碱液的质量比）的影响

在反应温度为80℃，酸浓度为8.0mol/L，碱浓度为4.5mol/L，酸溶反应时间为1.5h，碱溶反应时间为2h的条件下，固液比的影响如图3所示。由图3可知，固液比的影响相对较小，一级酸溶的最佳固液比为1∶10，二级碱溶的最佳固液比为1∶12。

2.6 反应时间的影响

在反应温度为80℃，酸浓度为8mol/L，碱浓度为4.5mol/L，一级酸溶固液比为1∶10，二级碱溶固液比为1∶12条件下，反应时间的影响如图4所示。由图4可知，反应时间的影响也相对较小，一级酸溶反应最佳时间为1.5h，二级碱溶反应最佳时间为2h。

表2 不同样品经处理后的灰分、碳纯度和收率情况

图1 反应温度对碳纯度的影响

图2 酸碱浓度对碳纯度的影响

图3 固液比对碳纯度的影响

图4 反应时间对碳纯度的影响

3 结论

1）含油污泥热解残渣中碳含量较高，具有很好的资源回收再利用的价值。

2）利用油田含油污泥的热解残渣，通过物理浮选法和化学分离法，使回收碳纯度达到95%以上，最佳分离回收条件：一级酸溶的酸浓度为8mol/L，固液比为1∶10，酸溶时间为1.5h；二级碱溶的碱浓度为4.5mol/L，固液比为1∶12，碱溶时间为2h；酸溶碱溶反应温度均为80℃。

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