含油污泥热处理技术探讨

邵志国　吕冲

摘要：论述了污泥干化、焚烧、热解和焦化装置回炼等油泥热处理技术特点与适用条件：建议干化技术与焚烧技术联合使用，并依托电厂、水泥厂或垃圾焚烧厂建设；焦化装置回炼油泥处理效果稳定，但回炼量低，需与其他技术联合使用；热解炭化技术辅助燃料消耗少，可回收能源，应用前景广阔。

关键词：含油污泥；干化；焚烧；热解；焦化

引言

含油污泥是油田开发生产过程中，在钻井、压裂、采油作业、含油污水处理、原油储运等过程中产生的污染物[1]。按来源可分为3种类型：①落地油泥，油田开采过程中，原油渗入地面与土壤混合形成的油泥；②罐底泥，各种储油罐自然沉降中产生的底泥；③炼油厂三泥，含油污水处理厂内隔油池底泥、浮选池浮渣和剩余活性污泥等[2]。含油污泥含有烷烃、环烷烃、芳香烃、胶质、沥青质及石蜡等物质，若直接堆置于自然环境中，会对存放区域和周边环境造成较大影响，同时也浪费了大量能源。据估计，每年以油泥形式浪费掉的原油就有30～40万吨。因此，开展含油污泥减量化、无害化和资源化处理技术研究不但是实现含油污泥有效治理，减少周边环境污染的必要手段，也是回收石油类、实现能源回收的根本途径。

1.含油污泥处理技术概况

含油污泥种类繁多、性质复杂，相应的处理技术和设备也呈现多元化趋势，目前，主要有调质—机械脱水技术、生物处理技术、溶剂萃取技术、调剖技术及热处理技术等[3]。热处理技术是在有氧或无氧条件下对污泥进行加热，完成污泥干化、热解或焚烧的过程，从而实现污泥减量化、稳定化和无害化的目的[3]。与其他工艺相比，尽管污泥热处理需消耗辅助燃料，要配套尾气处理设施，运行费用和工程投资较高，但热处理技术对污泥减量化程度高、无害化彻底，同时可以回收热解气、热解油、炭渣及热量等能源，在国内外具有多个成功工程案例，本文主要分析探讨污泥热处理技术的特点与适用条件。

2.污泥干化技术

污泥干化是通过对污泥加热，降低含水率，减小污泥体积的过程[4]。污泥干化可去除结合水以外的全部水分，减量化程度高，便于后续处理。单独采用干化运行费用较高，而且减量化不够彻底，通常与焚烧技术联合组成协同焚烧工艺：污泥先进行干化，含水率降至40%以下，再进入焚烧炉焚烧处理，污泥焚烧产生的热能回收对污泥进行干化。多用于处理市政污泥，成功的油泥干化工程案例较少。含油污泥进行干化时，需采用间接干化工艺，防止挥发的石油烃类物质与传热介质接触而污染热源。为避免高温油气与氧气接触发生爆炸，油泥干化工艺对设备的密闭性要求较高，且需要配套完整的干化尾气处理系统。

3.污泥焚烧技术

污泥焚烧是指利用焚烧炉使污泥完全矿化为少量灰烬的处置方式。污泥焚烧对污泥的减量率可达到95%以上，污泥中有机物被完全氧化，重金属（除汞外）几乎全被截留在灰渣中，无害化效率高。焚烧工艺处理油泥具有以下优势：污泥减量化程度高，可彻底实现污泥无害化；含油污泥热值相对较高，焚烧处理时可节省辅助燃料；可适应含油污泥热值和污泥焚烧量的大幅度波动；工艺技术成熟，装置运行稳定。但污泥焚烧工艺的主要问题在于投资、运行成本高，除热量外，石油类资源未得到有效利用，燃烧过程可能产生二噁英剧毒污染物，需二次燃烧处理[5]。

为了提高油泥焚烧效率，减少二次污染，很多学者针对目前炉型进行了优化。万志鹏，马玉峰等[6]介绍了循环流化-悬浮焚烧锅炉处理胜利油田含油污泥的工艺。该工艺由进泥系統、焚烧系统和除尘系统组成，采用“水煤浆流化-悬浮燃烧技术”为基础的异密度循环流化床作为专用焚烧炉，以水煤浆作为辅助燃料，在炉内稳定燃烧的基础上，投入含油污泥进行焚烧处理。流化床炉内的固体颗粒在湍流扰动极强的烟气作用下呈流态化燃烧，上升至炉顶，炉膛顶部的分离装置将绝大部分高温固体颗粒捕集并送回炉内再次参与燃烧。炉内燃烧温度为850～950℃，可确保含油污泥中的矿物油全部燃烧，有机物去除率达99.99%，可燃物质基本燃尽。同时检测了焚烧烟气中NOx、SO2、二噁英以及粉尘排放量，并对含油污泥焚烧后的灰渣毒性进行了检测。研究结果表明：NOx与SO2含量较低，尾气中二噁英及飞灰、灰渣中重金属元素均远低于国家标准。

4.污泥热解炭化技术

污泥热解炭化技术是在无氧或欠氧和500-600 ℃的温度条件下，对污泥进行加热，使污泥中的有机物分解，将污泥转变成三种相态物质的过程。其中，气相为氢气、甲烷、二氧化碳等；液相主要为燃油、水；固相为无机矿物质与残碳[7]。王万福、金浩等人[8]根据含油污泥的理化性质和实验结果，提出了低温热解技术的机理，建立了相应的数学模型，并分析了温度、加热速率、反应时间等因素对热解反应的影响。马宏瑞，吴家强等人[9]采用流化床热解反应器对新疆克拉玛依油田采油污泥进行热解试验。研究结果表明：油泥热解主要经历了失水、轻质组分挥发、重组分快速热解失重和缓慢失重4个阶段，热解过程基本符合一级动力学方程。失水油泥用流化床热解，在热解温度600℃、反应时间3 min时，油泥回收率可达到87%。

污泥热解技术优点：①在无氧条件下进行，尾气产生量较小，理论上杜绝了二噁英的产生，降低尾气处理难度与费用；②可回收石油烃类物质和裂解气等能源。存在以下问题：①装置复杂，控制条件苛刻，操控难度较大；②企业产生油泥性质相差较大，导致控制条件频繁调整，影响系统的稳定运行；③管道、设备结焦问题严重；④为了回收能源和确保装置安全运行，含油污泥热解通常采用间接传热，油泥和热源在两个独立的系统内运行，如何安全有效利用热解气燃烧产生的热量并维持两个系统的压力平衡，尚缺乏可靠的设计参数与运行经验。目前含油污泥热解尚处于试验研究阶段。

5.焦化装置回炼含油污泥

将炼厂含油污泥送入焦化装置，利用焦化过程的废弃热量使含油污泥中的有机组分热裂解变成焦化气，固体物质被石油焦捕获沉积在石油焦上，从而解决炼厂“三泥”处理的难题[10]。郭海东等[11]提出以油泥作为延迟焦化装置老塔处理的冷焦介质，利用焦炭塔的高温余热处理含油污泥，并考察了回炼量和反应温度等因素对延迟焦化装置的影响。研究结果表明：污泥回炼对石油焦的灰分指标有影响，但控制合适的污泥注入量，能够保证石油焦质量合格。因此，延迟焦化装置并不能回炼炼厂全部“三泥”，在国内处理“三泥”的焦化装置中，处理比例最高为2.75%，最低仅仅为0.26%[12]，故需采取其他技术处理剩余“三泥”。

6.结束语

含油污泥处理技术较多，各有自身特点以及适用条件。污泥焚烧比较成熟，但由于运行成本较高，建议依托已配套完善尾气处理设施的电厂、水泥厂或垃圾焚烧厂进行建设，而且宜与干化工艺联合采用。延迟焦化装置回炼含油污泥国内已工程化，取得一定效果，但由于油泥回炼量低，需与其他技术联合使用。污泥热解炭化技术由于反应温度低，辅助燃料消耗少，可回收热解气、热解油等能源，被普遍认为是一项极有前景的含油污泥无害化、资源化处理技术。

参考文献：

[1]李琛，李皓飞.含油污泥资源化利用研究现状[J].炼油与化工，2011，22（2）：4-6.

[2]李晖，宋绍富，屈撑囤等.含油污泥处理工艺研究及其发展[J].辽宁石化，2013，42（12）：1423-1426.

[3]陈忠喜，魏利.油田含油污泥处理技术及工艺应用研究[M].科学出版社，2012，11-34.

[4]Zhiqi Wang ， Qingjie Guo.Low Temperature Pyrolysis Characteristics of Oil Sludge under Various Heating Conditions[J].Energy& Fuels 2007， 21， 957 - 962.

[5]李金林，庄贵涛.含油污泥干化处理与综合利用工程[J].给水排水，2009，39（3）：60-62.

[6]万志鹏，马玉峰.含油污泥流化悬浮焚烧技术及污染物排放[J].洁净煤技术，2015，（21）5：121-124.

[7]邓皓，刘子龙，王蓉沙等.含油污泥资源化利用技术研究[J].油气田环境保护，2007，17 （1）：27-30.

[8]王万福，金浩，石丰，刘鹏，黄婕.含油污泥热解技术[J].石油与天然气化工.2010，（39）2：73-174.

[9]马宏瑞，吴家强，许光文，卞卫国.油田采油污泥的热解动力学及其热解效果研究[J].环境工程学报.2009，5（3）：932-936.

[10]刘健，王燮理，侯继承，黄永芳.延迟焦化装置处理炼厂“三泥”技术探讨[J].河南化工，2013，（30）12：46-48.

[11]郭海东，单广波.焦化裝置回炼污泥的研究及推广应用[J].当代化工，2012，（41）8：870-872.

[12]唐嗣伟，李东珂.延迟焦化装置回炼”三泥”存在问题分析及对策[J].中外能源.2014，19（3）：80-84.