流水线式油泥连续热解设备研究

齐加胜，黄欣欣

（1.南京理工大学紫金学院微波热解研究所，江苏南京 210023；2.甘肃新鑫能源工程有限公司，甘肃庆阳 745000）

油泥是一种成分复杂、化学性质稳定的棕黑色黏稠状固体废物，来源于原油开采、油田集输和炼油厂污水处理过程，属于危废行列。目前有若干种处理工艺，均有一定的适用范围，其中热解是较有效的工艺之一，正在成为人们的研究热点，但是很少有相关的热解设备研究，本文探讨热解相关设备，供同行参考。

1 含油污泥热解工艺

热解处理技术是指含油污泥在绝氧或缺氧的条件下加热到一定温度，使烃类物质在复杂的水合和裂化反应中分离出来，并冷凝回收轻质烃，固液分离后回收重质烃的过程。该工艺对含油污泥处理的比较彻底，油回收率高，处理后的污泥含油可达3‰以下可直接填埋或作为建材原料，已经在壳牌、BP等大石油公司成功应用[1]。

热解工艺对油泥含水率要求较高，一般含水率低于40%，进行热解[2]。油泥热解即在无氧或缺氧情况下，对油泥进行加热，不同温度下依次发生水分的挥发与表面吸附小分子轻烃的脱除、矿物油受热挥发、矿物油的重质组分发生热解反应、脱氢-缩聚-炭化重排或同时进行，将油泥分解为固态和气态两种物理形式。固态通过螺旋冷却器冷却后常温排出，气态经过除尘、冷凝，可凝气体变成液态油水混合物，不可凝气体作为燃料进行燃烧，对未处理油泥进行热解。不可凝气体进入800℃燃烧室燃烧产生的废气，依次经过除尘、脱硫脱硝、活性炭吸附，尾气按照GB18484-2001合格排放（见图1）。

图1 油泥热解工艺图

2 现有油泥热解设备介绍

油泥热解设备主要包括间歇式热解处理设备、原位堆放热解处理设备、螺旋式热解设备、隧道连续式热解处理设备，均在油泥行业有一定的应用。

间歇式热解设备（见图2），包括进料装置、热解装置、冷凝系统、尾气处理系统等。进料装置通过螺旋将油泥装入热解炉，一般为热解炉体积2/3即可。热解装置，通过底部若干个加热器对热解炉进行加热，使炉内油泥进行热解。冷凝装置利用冷却水通过列管冷凝器将气态油水混合物冷凝至液态，并收集油水混合物。尾气处理系统利用喷淋除尘除硫排放。

图2 间歇式热解设备

间歇式油泥热解设备适用范围广，对油泥形态含水率、杂质率、含油率均无特殊要求。设备结构简单，运行稳定，只有炉体做低速旋转运动，在废塑料、废轮胎行业得到广泛应用。该设备热效率值很低，炉体热解过程中大量的热量被空气带走，工人的工作环境较恶劣。设备处理效率低，进料—热解—冷却—排渣，进料炉体是常温，逐步加热到热解温度，热解完成后，待炉温冷却到60℃以下才能排渣，既有热能的浪费也有时间的浪费。

原位堆放热解处理设备（见图3），通过燃烧器对管道进行加热，并逐步传递给周围的油泥，油泥逐步升温，热解，产生的气体通过管道向外排出，对外排气体进行冷凝，得到油水混合物。不可凝气体进入二燃室燃烧到800℃以上，合格排放。

图3 原位堆放热解处理设备

原位堆放热解处理设备处理吨位较大，一次处理量1000 t以上，设备轻便，便于运输，避免油泥二次运输费用和安全隐患，场地适应性强，就地处理。该设备热效率值较低，不可凝气体不能作为燃料二次利用。每次处理产生一定量的固废，增加处理成本和资源浪费。

螺旋式热解设备（见图4），油泥通过皮带输送至螺旋热解设备内腔，螺旋对物料进行输送和加热，直至油气以气态形式进入冷凝器，成为液态油水混合物和气态不可凝气体，其中不可凝气体作为燃料二次利用。尾渣经过冷却外排。热源为天然气、不可凝气体或其他热源。

图4 螺旋式热解设备

图5 隧道连续式热解处理设备

螺旋式热解设备为24 h连续生产设备，单台处理能力达到3 t/h，回收利用不可凝气体，热效率值高，设备结构紧凑，便于模块化设计。该设备对进料系统要求较高，油泥含液率低于40%，颗粒度小于30 mm即可。螺旋系统为动态，在高温下长期工作易发生变形，导致设备稳定性不足。

隧道连续式热解处理设备[3]（见图5），通过进料系统将油泥输送至炉体内，利用煤气发生炉产生的燃气和不可凝气体作为热源对炉体进行加热，使油泥热解，产生的气体进入出油气系统处理，尾渣进入出渣系统，燃烧室产生的气体进入排烟系统，实现油泥的连续化热解。

隧道连续式热解处理设备，处理量达3 t/h～5 t/h，采用刮板机构进料，对物料颗粒度要求低，采用煤制气为热源节能也可利用其他热源，热效率值高。该设备炉体内采用刮板机结构复杂，在高低温循环变化下易变形，设备稳定性有待进一步改进。

3 流水线式油泥热解设备

热解已经在很多行业得到应用，如煤炭行业、污泥行业、电子行业，并取得了成功。油泥热解基理在实验室被多次证实，本人在实验室也多次证实，并发表了相关文章，油泥热解设备报道很少，目前大家都在工程论证阶段，每种设备都有应用，但是还没有任何一种设备得到行业的认可，主要原因是油泥行业较小，行业不够规范，各单位之间相对封锁，导致行业进步很慢。针对油泥热解设备行业情况，结合目前现有设备特征，本文介绍一种流水线式热解，供同行参考。

流水线式热解设备包括进料装置、热解装置、油气冷凝装置、尾气处理装置。物料由进料装置按一定的量连续进入热解装置进行热解，产生的油气进入冷凝装置成为油水混合物和不可凝气体，不可凝气体进入热解装置作为燃料和其他燃料一起共同燃烧，产生的热量传递给油泥。燃烧产生的尾气进入尾气处理装置，实现尾气合格排放。

图6 热解装置

进料装置设计取决于油泥原料，为了保证热解效果和热解效率，结合大量试验，要求油泥热解前含水率低于40%，颗粒度小于20 mm。即含水率较高油泥热解前进行干燥处理，黏性下降，油泥自然分开，颗粒度通过筛分设备保证，调整筛网孔径，即可得到不同的颗粒度油泥。进料装置采用螺旋进料和平料机构，实现油泥均匀的平铺在钢带上进入热解装置。

热解装置（见图6），设备通过动力机构实现油泥自动运行，加热系统、保温系统提供热能传递给油泥，并保证油泥充分热解，气密封机构实现油泥在无氧和缺氧状态下热解，尾渣冷却机构将油泥热解后的尾渣冷却至常温排出。设备运行时会产生热胀冷缩，通过张紧装置保证钢带平整运行。尾气排放及热交换对新进入炉膛内的空气进行预热，降低能耗。

张紧机构通过配重、滑轮机构对钢带及保温系统施加恒定力，通过调整配重调整恒定力大小，实现钢带平整运行。气密封机构通过氮气进行密封，密封口处氮气压力可调，根据炉膛内气体压力，适时调节氮气口压力，保证空气不会进入炉膛，热解油气不会泄漏出来。加热系统保证油泥热解温度，以天然气为例，自动控制天然气的供给量，同时结合不可凝气体供给量，保证热解温度的恒定。保温系统主要是为油泥热解提供恒定的温度和热解时间，保证热解充分进行，同时提供若干油气出口，实现炉膛内微负压运行。动力机构通过电机、减速器驱动主动轮转动，依靠摩擦力带动钢带运行，具有过载保护，同时电机为变频电机，可以调速，一般运行速度1 m/s～2 m/s，根据油泥特性决定。油泥热解的能源由加热系统提供，可以采用天然气、煤制气、柴油等能源，结合当地能源供给情况，因地制宜。尾渣冷却机构通过多节螺旋机构输送，螺旋外部有冷却水循环，实现尾渣冷却，由于尾渣颗粒度很细，温度高达300℃以上，因此螺旋机构要采用耐高温材料，平放或向下倾斜小于5℃，每个螺旋机构独立驱动，实现尾渣冷却装置的稳定运行。

油气冷凝装置（见图7），高温风机将油气从热解炉膛内抽出，经过高温除尘装置将油气中灰尘除去，油气进入一次冷凝箱，部分冷凝成液态进入油水收集箱，未冷凝部分进入二次冷凝箱，可凝气体均冷凝成油水混合物，不可凝气体进入热解装置作为燃料使用。高温风机为变频风机，根据炉膛内的压力，调整风机速度，保证炉膛内微负压状态，即油泥热解产生的油气气体量和高温风机抽出的气体流量基本平衡。冷凝器采用列管式，中间走气体，外部冷却水循环。温度计、压力表作为检测手段，判断冷凝装置是否正常运行。根据流水线长度和油泥处理量，选择若干套油气冷凝装置，分别独立运行。

图7 油气冷凝装置

油气冷凝装置是油泥热解设备中的关键问题，主要特征是油气温度高，有黏性，同时夹带大量灰尘，导致上述工艺会出现管道堵塞。目前另一种处理工艺是通过喷淋方法将油气冷凝下来，管道不会堵塞，增加了后续油水分离难度和水处理难度及处理成本。为了解决管道堵塞问题，根本原因是含灰率太大，经过大量实验，增大管径、选用颗粒床过滤除尘、人工定期清理等组合手段，基本达到工程要求，仍需有更好的理论和工艺，提高设备运行稳定性。

图8 尾气处理装置

尾气处理装置（见图8），包括旋风除尘、喷淋系统、活性炭吸附、引风机、烟囱，实现尾气按GB18484-2001《危险废物焚烧污染控制标准》等相关标准达标排放。将不可凝气体或其他燃料，经过800℃以上高温燃烧，生成 H2O、CO2、SO2、氮氧化物等，对焚烧后生成的气体进行除尘、脱硫、脱硝、活性炭吸附，通过烟囱排放。

旋风除尘系统具有大流量、高流速、低阻力的特点，除尘率高。喷淋系统采用高压稀碱液经特殊喷嘴喷洒，有害气体由塔底进入，气体分布后和液体逆流接触，有效的将气态的酸性污染物及小颗粒粉尘进行洗涤并去除，利用稀碱液对出来的烟气瞬间快速降温至200℃以下，确保二噁英在350℃～250℃不能合成，达到国家规定标准。活性炭吸附系统利用活性炭吸附，对烟气中的污染成分（二噁英、重金属等）进行吸附，确保重金属和二噁英的排放达标。引风机选用耐高温及耐腐蚀变频风机，通过引风机带动整体焚烧炉内部气体流动。烟囱的总高度可确保炉内呈负压燃烧，不会有逆火燃烧现象，提高了操作安全性。

流水线式油泥热解设备结构简单，特别是高温区没有传动机构，避免了因材料热胀冷缩而导致机构故障。油气出口根据流水线长度配备多个出口，每个出口配备独立的油泥冷凝装置，通常会预留一套冷凝装置，应对紧急情况。设备整体处于微负压状态，炉膛类配有压力传感器、温度计，确保安全生产。

4 结语

油泥热解设备是系统工程，热解原理相同，均是能量转移，热解装置形式各有不同，主要观点如下：

（1）连续式热解设备性价比远远优于间歇式热解设备，适合大批量油泥处理，间歇式热解设备适合处理油泥中的垃圾及难以分离的大颗粒物，作为连续式热解设备的重要补充。

（2）原位堆放热解处理设备适用不便于外运的油泥。

（3）螺旋式热解设备、隧道式热解设备、流水线式热解设备，均为连续热解设备，并得到了工程验证，是油泥热解设备行业主要研究方向。螺旋式热解设备为撬装结构便于运输，安装，机动性强，适合移动处理不同地方油泥。隧道式热解设备、流水线式热解设备适合危废处理中心处理。螺旋式热解设备、隧道式热解设备要求内部机构高温情况下长期运行，对材料、机械结构均要求较高，导致设备造价较高。流水线式热解设备结构简单，运行可靠，投资合理。

油泥热解设备取得了一定的成绩，得到了行业认可，但距离工程化还需继续完善，主要如下：

（1）物料来源不同，形态有一定区别，热解设备需要克服物料黏性、颗粒度不均匀性、热解时间不等、油气量不均匀等动态要素，设备自动化程度需提高；

（2）热解设备结构不同，机构原理不同，对厂家选型造成困惑，目前热解设备在现场运行均有共性问题和个性问题，缺乏总体解决思维，影响行业健康发展；

（3）热解设备厂家和油泥处理厂家需加强沟通，共同研发，才能实现热解设备的市场化；

（4）油泥热解设备相关标准严重缺失，需要相关管理部门、企业、高校科研院所共同起草，引领行业健康发展。