含油污泥熱解殘渣中碳分離回收技術(shù)研究

鄧皓，王蓉沙，任雯 張明棟，劉曉輝，孫靜文 （中國石油安全環(huán)保技術(shù)研究院，北京102206）

含油污泥熱解殘渣為油田含油污泥通過高溫?zé)峤夥ㄌ幚砗螽a(chǎn)生的固體廢物，該固體廢物主要由灰分和碳組成?；曳钟珊臀勰嘟?jīng)高溫?zé)峤夂笮纬傻难趸锛傲蛩猁}、碳酸鹽等組成，熱解殘渣中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達35%～50%，有較好的分離回收價值。

筆者以某油田污水處理廠的含油污泥熱解殘渣為對象，通過物理化學(xué)方法[1，2]及脫灰工藝，去除熱解殘渣中的灰分物質(zhì)，得到純度達95%以上的含碳物質(zhì)。

1 試驗部分

1.1 熱解殘渣灰分去除試驗

殘渣為某油田污水處理廠含油污泥熱解殘渣，它是將脫水含油污泥放入熱解爐中，以10℃/min的升溫速度在650℃下熱解2h后得到的固體產(chǎn)物。

1）物理浮選法 首先將熱解殘渣裝入浮選柱中利用碳與灰分顆粒表面疏水性與親水性的差別，在捕收劑的作用下，借助于浮選設(shè)備產(chǎn)生的氣泡，將碳與灰分顆粒分離開來以進行碳與礦物質(zhì)的初步浮選[3]，經(jīng)浮選處理后的熱解殘渣可去除部分灰分。

2）化學(xué)分離法[4，5]一級酸溶處理：取經(jīng)物理浮選后的熱解殘渣，按一定固液比加入復(fù)合酸液，加熱反應(yīng)一定時間，洗滌去除酸溶性灰分，洗滌過濾至濾液呈中性，濾渣烘干備用。

二級堿溶處理：取經(jīng)一級酸溶處理后烘干的濾渣，按一定比例加入復(fù)合堿液，加熱反應(yīng)一定時間，洗滌去除堿溶性灰分，洗滌過濾至濾液呈中性，濾渣烘干備用。

1.2 回收碳分析方法

灰分的測定依據(jù) 《煤質(zhì)顆?；钚蕴吭囼灧椒?灰分的測定》（GB/T 7702.15—2008）；回收碳純度采用重量法計算 （回收碳質(zhì)量與產(chǎn)物質(zhì)量比值）；收率采用重量法計算 （產(chǎn)物質(zhì)量與熱解殘渣質(zhì)量比值）。另外，采用Quantax 200XFlash5000－10X射線能譜儀、Quanta 250鎢燈絲環(huán)境掃描電子顯微鏡對產(chǎn)物的灰分、元素組成進行測定分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 元素組成分析

采用Quantax 200XFlash5000－10X射線能譜儀對熱解殘渣、一級酸溶、二級堿溶處理后產(chǎn)物元素組成進行測定，結(jié)果如表1所示。由表1可知，含油污泥熱解殘渣中碳含量最高，其次是鋁、硅和鐵的化合物；經(jīng)一級酸溶處理后，主要雜質(zhì)鋁等元素組成的化合物被大量去除；經(jīng)二級堿溶處理后，硅元素組成的化合物被大量去除。對比商品活性炭，含油污泥熱解殘渣經(jīng)處理后其組成與商品活性炭相似[6]。

表1 不同樣品的元素組成分析

2.2 灰分和收率

依據(jù)GB/T 7702.15—2008對熱解殘渣及熱解殘渣經(jīng)浮選、酸溶、堿溶處理后產(chǎn)物灰分質(zhì)量分?jǐn)?shù)及產(chǎn)物收率進行測定，結(jié)果如表2所示。由表2可知，熱解殘渣經(jīng)一系列物理化學(xué)方法處理，碳產(chǎn)品收率達50%以上，灰分去除率、回收碳純度均得到提高。

2.3 反應(yīng)溫度的影響

在酸濃度為8.0mol/L，堿濃度為4.5mol/L，酸溶固液質(zhì)量比為1∶10，堿溶固液質(zhì)量比為1∶12，酸溶反應(yīng)時間為1.5h，堿溶反應(yīng)時間為2h的條件下，反應(yīng)溫度的影響如圖1所示。由圖1可知溫度對回收碳的純度影響較大，隨著溫度升高，回收碳純度逐漸增加，溫度超過80℃后碳純度變化不大，考慮到能耗和分離效果，反應(yīng)最佳溫度選定在80℃。

2.4 酸堿濃度的影響

在反應(yīng)溫度80℃，酸溶固液質(zhì)量比為1∶10，堿溶固液質(zhì)量比為1∶12，酸溶反應(yīng)時間為1.5h，堿溶反應(yīng)時間為2h的條件下，考察復(fù)合酸、復(fù)合堿濃度的影響，結(jié)果見圖2。由圖2可知酸堿濃度對回收碳的純度均有影響，而堿的影響大于酸，隨著酸堿濃度的升高，回收碳純度逐漸增加。一級酸溶處理時，當(dāng)酸濃度為8mol/L，回收碳純度可達71.11%，再增加酸的濃度，碳純度變化不大；繼續(xù)進行二級堿溶處理，當(dāng)堿濃度為4.5mol/L，回收碳的純度達96.44%。

2.5 固液比 （熱解殘渣與酸堿液的質(zhì)量比）的影響

在反應(yīng)溫度為80℃，酸濃度為8.0mol/L，堿濃度為4.5mol/L，酸溶反應(yīng)時間為1.5h，堿溶反應(yīng)時間為2h的條件下，固液比的影響如圖3所示。由圖3可知，固液比的影響相對較小，一級酸溶的最佳固液比為1∶10，二級堿溶的最佳固液比為1∶12。

2.6 反應(yīng)時間的影響

在反應(yīng)溫度為80℃，酸濃度為8mol/L，堿濃度為4.5mol/L，一級酸溶固液比為1∶10，二級堿溶固液比為1∶12條件下，反應(yīng)時間的影響如圖4所示。由圖4可知，反應(yīng)時間的影響也相對較小，一級酸溶反應(yīng)最佳時間為1.5h，二級堿溶反應(yīng)最佳時間為2h。

表2 不同樣品經(jīng)處理后的灰分、碳純度和收率情況

圖1 反應(yīng)溫度對碳純度的影響

圖2 酸堿濃度對碳純度的影響

圖3 固液比對碳純度的影響

圖4 反應(yīng)時間對碳純度的影響

3 結(jié)論

1）含油污泥熱解殘渣中碳含量較高，具有很好的資源回收再利用的價值。

2）利用油田含油污泥的熱解殘渣，通過物理浮選法和化學(xué)分離法，使回收碳純度達到95%以上，最佳分離回收條件：一級酸溶的酸濃度為8mol/L，固液比為1∶10，酸溶時間為1.5h；二級堿溶的堿濃度為4.5mol/L，固液比為1∶12，堿溶時間為2h；酸溶堿溶反應(yīng)溫度均為80℃。

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[3]張軍，解強，李蘭亭 .煤質(zhì)活性炭脫灰工藝的研究進展 [J].煤化工，2007，（2）：20～23.

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[6]石忠寧，李偉，胡憲偉，等 .化學(xué)法浸出液舊鋁電解槽內(nèi)襯回收冰晶石和碳粉 [J].中國有色金屬學(xué)報 （英文版），2012，22（1）：31～33.