含油鉆屑熱解析及焚燒處理技術(shù)研究

鄭婷婷涂妹劉莎麗杜皓王丹鳳

（1.長(zhǎng)江大學(xué)石油工程學(xué)院， 湖北 武漢 430100；2.成都理工大學(xué)， 四川 成都 610000；3.湛江市南海西部石油職業(yè)衛(wèi)生技術(shù)服務(wù)有限公司， 廣東 湛江 524000；4.華北油田采油二廠， 河北 廊坊 065700）

含油鉆屑熱解析及焚燒處理技術(shù)研究

鄭婷婷1涂妹2劉莎麗1杜皓3王丹鳳4

（1.長(zhǎng)江大學(xué)石油工程學(xué)院， 湖北 武漢 430100；2.成都理工大學(xué)， 四川 成都 610000；3.湛江市南海西部石油職業(yè)衛(wèi)生技術(shù)服務(wù)有限公司， 廣東 湛江 524000；4.華北油田采油二廠， 河北 廊坊 065700）

在頁(yè)巖氣水平井開(kāi)發(fā)中，因油基鉆井液具有井壁穩(wěn)定性強(qiáng)，潤(rùn)滑力強(qiáng)、防卡、降阻等優(yōu)勢(shì)得以廣泛應(yīng)用，但也帶來(lái)了高含油的油基鉆屑處理問(wèn)題。本文介紹了國(guó)內(nèi)外含油鉆屑處理技術(shù)現(xiàn)狀，提出了一種采用熱解析和回轉(zhuǎn)窯焚燒相結(jié)合的兩級(jí)處理方式處理含油鉆屑的技術(shù)工藝。現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果表明采用此種工藝處理含油鉆屑，完全能夠滿足國(guó)家有關(guān)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。

含油鉆屑；熱解析；焚燒處理

隨著世界對(duì)能源需求量的不斷增長(zhǎng)，頁(yè)巖氣氣藏作為極具有開(kāi)發(fā)潛力的非常規(guī)油氣藏在國(guó)內(nèi)外得以重視。在頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)過(guò)程中，由于采用了油基鉆井液，產(chǎn)生了大量的含油鉆屑。這些含油鉆屑必須進(jìn)行無(wú)害化處理，才能符合國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)，否則會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)保事故。因此，開(kāi)展含油鉆屑無(wú)害化處理技術(shù)研究，對(duì)于保護(hù)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)頁(yè)巖氣清潔開(kāi)發(fā)有十分重要的意義。

1 技術(shù)現(xiàn)狀

目前國(guó)內(nèi)外針對(duì)含油鉆屑的處理方式主要有溶劑萃取法、地層深度回注法、生物修復(fù)法、熱解析法和焚燒法等。

溶劑萃取法是采用己烷、乙酸乙酯或氯代烴等低沸點(diǎn)有機(jī)溶劑將鉆屑的油類溶解萃取出來(lái)，萃取液經(jīng)閃蒸蒸出溶劑得到回收油，閃蒸出的有機(jī)溶劑可以繼續(xù)循環(huán)使用?；厥沼洼^徹底，但剩余污泥量大，工藝較復(fù)雜，不夠成熟,有安全隱患，且投資成本較高。

深度回注地層前，鉆屑?xì)堄蛻?yīng)控制在5%以下，鉆屑經(jīng)破碎加水流化后高壓回注地層。但因XX區(qū)含油鉆屑量太大，采用此法不合適。

生物修復(fù)法主要是指利用微生物將含油鉆屑中長(zhǎng)鏈烴物質(zhì)或有機(jī)高分子降解成為環(huán)境可接受的低分子或氣體（如CO2），但用該處理技術(shù)的困難是如何選擇合適的微生物菌種和載體，技術(shù)不成熟，且處理周期過(guò)長(zhǎng)，具有二次污染風(fēng)險(xiǎn)。

熱解析法是將包括油類組份在內(nèi)的各種有機(jī)污染物質(zhì)加熱到足夠高的溫度，使其蒸發(fā)并從受污染介質(zhì)中分離出來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)廢棄物的凈化處理。有機(jī)物全部處理，可有效回收原油，技術(shù)成熟，但處理完畢后鉆屑中仍會(huì)存有少量的柴油。

焚燒法是進(jìn)行廢棄物無(wú)害化處理的常用方法。有機(jī)物全部處理，產(chǎn)生少量的灰渣，可達(dá)到無(wú)害化排放。但由于在燃燒過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生有毒有害氣體，處理成本高又不能回收原油，因此，主要用于沒(méi)有資源回收價(jià)值的危險(xiǎn)固體廢棄物的最終處置。

綜上分析，結(jié)合XX區(qū)鉆屑含油量高達(dá)20%的實(shí)際情況，采用熱解析和回轉(zhuǎn)窯焚燒相結(jié)合的方式處理含油鉆屑。先期通過(guò)熱解析的辦法將鉆屑含油量從20%左右降至2%以下，后期將通過(guò)回轉(zhuǎn)窯焚燒的方式處理，采取必要的防污染措施，使鉆屑含油量降至0.3%以下，最終達(dá)到無(wú)害化處理。

2 熱解析工藝處理含油鉆屑

根據(jù)加熱方式不同，熱解析技術(shù)有直接加熱型和間接加熱型兩類。直接加熱型指加熱介質(zhì)與被加熱物質(zhì)直接接觸加熱，一般用于土壤修復(fù)等低揮發(fā)性物質(zhì)含量的固體廢棄物的處理與處置，對(duì)系統(tǒng)的氣密性要求非常高；對(duì)于高揮發(fā)性物質(zhì)含量的固體廢棄物如油泥，由于產(chǎn)生劇烈燃燒，會(huì)帶來(lái)系統(tǒng)控制難、資源浪費(fèi)、環(huán)境污染加重等一系列的問(wèn)題，因此一般不采用直接加熱，通常選用間接加熱型熱解析技術(shù)，加熱介質(zhì)與被加熱物質(zhì)不直接接觸，可以避免直接熱解析工藝中不良問(wèn)題的發(fā)生。

間接加熱型熱解析技術(shù)分蒸餾分離和冷凝回收兩部分。含油鉆屑進(jìn)入間接加熱熱解析裝置，由蛇形螺旋輸送機(jī)輸送在爐中往復(fù)多次進(jìn)行蒸餾分離，鉆屑中的揮發(fā)性有機(jī)物受熱揮發(fā)形成油氣混合物，在真空泵的真空抽吸作用下，進(jìn)入除塵塔將油氣混合物中的粉塵與油氣分離，分離后的粉塵形成的含油廢渣將再進(jìn)入熱解析裝置進(jìn)行蒸餾分離；而另一路在除塵塔中分離的油氣進(jìn)入分離塔冷凝，分離成輕質(zhì)柴油和重質(zhì)柴油的液體和氣體，再進(jìn)入各自的冷卻槽再次冷凝，沉淀罐沉淀后，將純凈的輕質(zhì)柴油和重質(zhì)柴油輸入各自的儲(chǔ)油罐存放。少部分未冷凝的油氣再進(jìn)行過(guò)濾，廢氣進(jìn)入熱解析裝置重復(fù)利用，廢渣進(jìn)入熱解析裝置再處理，沉淀罐內(nèi)廢水進(jìn)入中和池處理后再利用，經(jīng)熱解析裝置處理后的廢渣進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯焚燒。

3 焚燒工藝處理廢渣

經(jīng)熱解析裝置處理后的鉆屑廢渣經(jīng)自動(dòng)進(jìn)料系統(tǒng)均勻的送入旋轉(zhuǎn)窯燃燒室，廢棄物與高溫燃燒氣體激劇攪動(dòng)，迅速發(fā)生氧化反應(yīng)，破解有害物質(zhì)中難以燃燒的成分，根據(jù)燃燒3T（溫度、時(shí)間、渦流）原則，在旋轉(zhuǎn)燃燒室內(nèi)充分氧化、熱解、燃燒，產(chǎn)生的尾氣進(jìn)入二燃室采用1100～1200℃高溫燃燒，進(jìn)一步去除煙氣中未燃盡的有害物質(zhì)，焚燒后的煙氣進(jìn)入旋風(fēng)集塵器，除去煙氣中的粉塵，煙氣進(jìn)入噴淋急冷塔進(jìn)行強(qiáng)制降溫（200℃以下），隨后進(jìn)入布袋除塵，煙氣由外經(jīng)過(guò)濾袋時(shí)，煙氣中的粉塵被截留在濾袋外表面，從而得到凈化，再經(jīng)除塵器內(nèi)文氏管進(jìn)入上箱體，最后通過(guò)煙囪達(dá)標(biāo)排放。

4 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果

按上述工藝在XX區(qū)進(jìn)行了多次試驗(yàn)并改良設(shè)備后，設(shè)備性能有效提高：在熱解析爐里間接加熱蒸餾含油鉆屑，直接燃燒天然氣產(chǎn)生的有害物質(zhì)濃度，SO2為0.0000096g/ m3，NO2為0.00192～0.00368 g/m3, 煙 塵 顆 粒 物 為0.00008～0.00024g/m3，符合GB16297-1996《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》有關(guān)新污染源大氣污染物無(wú)組織排放監(jiān)控濃度限值標(biāo)準(zhǔn)；從熱解析爐出來(lái)的廢渣含油量為0.8%～1.6%，滿足了處理含油量＜2%的要求。廢渣進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯直接焚燒通過(guò)煙囪排放的煙（粉）塵的濃度為100～150g/m3，煙氣黑度（格林曼級(jí)）為1級(jí)，符合GB 9078-1996《工業(yè)爐窯大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》標(biāo)準(zhǔn)；產(chǎn)生殘?jiān)鼨z測(cè)結(jié)果為石油類含量里層為0.007%，表層為0.004%，符合規(guī)定的含油量小于0.3%的標(biāo)準(zhǔn)。

5 結(jié)語(yǔ)

①熱解析裝置采取間接加熱，可避免焚燒帶來(lái)有毒有害氣體排放的問(wèn)題，同時(shí)減少溫室氣體的排放；

②熱解析裝置采用天然氣燃燒加熱，基本上不產(chǎn)生有害尾氣；

③采用熱解析工藝處理含油鉆屑回收了鉆屑中的大部分油分，可將鉆屑的含油量從20%左右降低至2%以下，實(shí)現(xiàn)資源化利用；

④進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯燃燒的廢渣含油量低于2%，燃燒產(chǎn)生的廢氣能夠做到達(dá)標(biāo)排放；

⑤采用以上熱解析和回轉(zhuǎn)窯焚燒相結(jié)合的方式處理含油鉆屑，同焚燒及其它的熱解析技術(shù)相比具有投資、運(yùn)行成本低的優(yōu)勢(shì)。

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