钻井含油污泥高温热解处理技术研究应用

丁安军，王雨辰，廖长君，张婷婷，黄李会，覃当麟

（1.广西博世科环保科技股份有限公司，广西桂林 530007；2. 成都理工大学能源学院）

1 高温热解实验方法及原理

1.1 试剂与仪器

钻井含油污泥，四氯化碳（环保级），红外测油仪，分光光度计，电子天平，恒温水浴锅，恒温干燥箱，RTTU含油污泥处理设备（广西博世科环保科技股份有限公司），气质联用色谱仪。

1.2 含油污泥成分的确定

含水率的测定方法采用重量法，先称取一定质量的含油污泥，放入烘箱内烘干，称取烘干后的含油污泥质量，进行含水率的测定；采用索式提取－分光光度法测定含油率，以四氯化碳为参比测定吸光度，绘制标准曲线，从标准曲线上查出对应的含油量，计算含油率；剩余的固体杂质经过滤、洗涤、烘干、静置等步骤，称得泥砂质量，计算含泥率。

1.3 含油污泥热处理工艺流程

称取一定量的含油污泥，将其放置于热解处理设备中，控制温度和时间，测定处理后的泥土含油率，以去除石油烃量为指标，观察高温热解处理效果。

1.4 含油污泥高温热解原理

含油污泥中含有大量的有机物质，主要由饱和烃、芳烃、非烃、沥青质等组成。在高温热解的情况下，烃类会发生复杂的化学反应，主要包括以下两种： 一种是裂解反应, 它是一个吸热的过程； 另一种是缩合反应, 它是一个放热的过程。在热转化过程中, 缩合反应与裂化反应同时进行，石油一般在350 ℃左右开始裂解, 随着裂化深度的加深，缩合反应越来越快[1-5]。

烃类的自由基链反应机理是含油污泥的主要化学反应机理, 自由基链反应包括链引发、链增长和链终止三个阶段，当自由基重新组合为新的分子后，链反应就会终止[6-9]。

2 含油污泥处理影响因素分析

本次实验所用含油污泥呈现黑色颗粒状，有一定黏度，有较强的挥发性气味，平均含油率为10.3%，含水率为11.2%，含固率78.5%；含油污泥处理前在微观形态上较为零散，颗粒间的孔隙较大，含有水分，表面较为粗糙。

2.1 处理时间

在处理量（300 g、厚度5 cm）和温度（450 ℃）的条件下，研究不同热解处理时间对降解石油烃含量的影响。由图1可知，在温度恒定于450 ℃的情况下，处理时间分别为20 min和30 min时，含油率由原始的10.3%分别降低到3.4%和1.2%，石油烃的质量分数急剧降低；但热解时间30 min以上时，虽然石油烃含量稍有降低，但基本趋于稳定，说明最佳热解处理时间为30 min左右。

2.2 热解温度

图1 处理时间与石油烃质量分数关系

在含油污泥处理量（质量300 g、厚度5 cm）和时间（30 min）相同的情况下，研究了不同热解温度对石油烃含量的影响。如图2所示，石油烃的含量随着温度的增加逐渐降低，在处理温度达500 ℃时，石油烃的质量分数由原始的10.3%降低到0.03%，之后趋于平稳；因此，为确保处理效果，最佳的热解温度为500 ℃。

图2 温度与石油烃质量分数关系

2.3 处理量

在温度500 ℃、时间30 min的条件下，将厚度分别为5 cm、10 cm、13 cm和15cm的含油污泥，放置于同体积的容器中，用高温热解设备分别进行处理，研究处理量对含油污泥热解的影响。实验结果表明（图3），在温度和时间相同的情况下，处理厚度小于10 cm时，石油烃的含量由原始的10.3%降低到0.25%以下，厚度在10 cm以上时，处理效果变差。因此，在温度500 ℃、时间30 min的条件下，含油污泥厚度在10 cm左右时处理效果最佳。

图3 处理量与石油烃质量分数关系

根据厚度、时间、温度等对石油烃含量影响因素研究结果，最终确定最佳处理工艺条件为：温度500 ℃、时间30 min、厚度10 cm。利用红外测油仪和分光光度计对含油污泥进行测试，处理后的含油污泥石油烃平均质量分数为 0.016%，与处理前的10.3%有了明显的下降。处理后的砂泥为土褐色颗粒状，无含油气味，达到回填利用标准。

3 应用及效果

根据以上研究成果，广西博世科环保科技股份有限公司研制了可移动的RTTU热处理设备，年处理含油污泥15×104t。该设备对尼日利亚邦尼油库污染土壤和污泥处理后效果显著，处理前的含油污泥土壤中，石油烃总量平均为20 732 mg/L，远超该国回填利用限值的100 mg/L；处理后泥土石油烃总量平均为12 mg/L，石油烃总降解率达到99%以上，治理后的土壤用于当地的市政铺路。