申请日2018.09.12
公开(公告)日2018.12.21
IPC分类号C02F11/12; C02F101/30
摘要
本公开涉及含油污泥悬浮态自转除油处置方法和装置，提供了一种含油污泥悬浮态自转除油处置方法，该方法包括以下步骤：(A)预处理，(B)悬浮态自转除油，以及(C)气液分离及油水回收。还提供了一种含油污泥悬浮态自转除油处置装置。
权利要求书
1.一种含油污泥悬浮态自转除油处置方法，该方法包括以下步骤：
(A)预处理：对含油污泥进行预处理，以降低含油污泥的含水量，从而降低污泥的粘度以减小油、水与固体颗粒间的相互作用力，提高污泥颗粒的分散性，以便于在旋流场中的分离;
(B)悬浮态自转除油：使用经加热的气体介质对含油污泥进一步降粘，同时利用气体介质使固体颗粒在三维旋转湍流场中进行公转-自转耦合运动，公转产生的周期振荡离心力完成了气相、液相、固相的分离和富集，脱除了游离水、游离油，自转强化了固相表面油、毛细油和孔隙油的离心脱附，实现了含油污泥中有机物的脱除;以及
(C)气液分离及油水回收：将步骤(B)中得到的含油混合物进行气液分离，气体介质循环，液相混合物实现油、水分离，得到的油和水进行回用或资源化利用，固体颗粒待资源化利用。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(A)中，所述含油污泥是石油开采、储运和炼制过程中产生的含油污泥。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(A)中，使用干燥机或离心甩干机进行预处理，使得含油污泥的含水量降至10质量%或更低。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(B)中，气体介质的加热温度范围为100℃～300℃，根据处理对象中含有的有机污染物成分来确定;气体介质包括：低温空气、氮气、氢气、干气、低分气和燃气。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(B)中，颗粒在旋流场内自转的转速范围为60,000-200,000rpm。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(C)中，液相混合物由油水分离聚结器实现油、水分离;固体颗粒经卸料装置进入泥砂罐待资源化利用。
7.一种含油污泥悬浮态自转除油处置装置，该装置包括：
预处理系统(3)，用于对含油污泥 进行预处理，以降低含油污泥的含水量，从而降低污泥的粘度以减小油、水与固体颗粒间的相互作用力，提高污泥颗粒的分散性，以便于在旋流场中的分离;
气体加热系统(2)，用于加热气体介质以对含油污泥进一步降粘;
与预处理系统(3)和气体加热系统(2)连接的悬浮态自转除油系统(4)，用于利用气体介质使固体颗粒在三维旋转湍流场中进行公转-自转耦合运动，公转产生的周期振荡离心力完成了气相、液相、固相的分离和富集，脱除了游离水、游离油，自转强化了固相表面油、毛细油和孔隙油的离心脱附，实现了含油污泥中有机物的脱除;
与悬浮态自转除油系统(4)连接的气液分离系统(5)，用于对得到的含油混合物进行气液分离;
与气液分离系统(5)连接的油水分离系统(6)，用于对液相混合物进行油、水分离;以及
与油水分离系统(6)连接的储存与回收系统(7)，用于对得到的油和水进行回用或资源化利用，固体颗粒待资源化利用。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，该装置还包括：与预处理系统(3)连接的进料系统(1)，所述进料系统(1)包括螺杆输料机、链式输料机和带式输料机。
9.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述预处理系统(3)包括干燥机和离心甩干机;
所述气体加热系统(2)包括燃烧室，以天然气为介质，用于天然气燃烧产生尾气;
所述悬浮态自转除油系统(4)包括使颗粒保持悬浮态的旋流器;
所述油水分离系统(6)包括油水分离聚结器;
所述储存与回收系统(7)包括储油罐、储水罐和泥沙罐。
10.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述悬浮态自转除油系统(4)为1～10级旋流器串联组合，可根据不同处理量需求进行多级并联;其安装组合方式包括旋流器正装、旋流器倒装和旋流器正装与倒装组合。
说明书
含油污泥悬浮态自转除油处置方法和装置
技术领域
本公开属于石油天然气钻井过程中含油固体废弃物无害化处理技术领域，尤其涉及一种含油污泥悬浮态自转除油处置方法和装置，以实现油田开采区含油污泥的脱油处理。具体地说，本公开提供了一种含油污泥悬浮态自转除油处置方法和装置。
背景技术
石油在开采、炼制、贮运、使用过程中，进入到土壤环境，其速率超过土壤的自我净化速率，便会导致土壤环境的功能失调和质量下降，并通过食物链影响到人类健康。据估计，全球每年约有1×109吨石油及其产品通过各种途径进入地下水、地表水及土壤中，其中我国有60多万吨。有关资料显示，我国部分石油化工区土壤残油高达10000mg/kg，是临界值(200mg/kg)的50多倍，每年新增污染土壤10000吨。因此，为实现油气资源的绿色开采，社会经济的健康可持续发展，亟须开发一种含油土壤的修复方法。
目前对含油污泥采取的修复方法主要有物理方法、化学方法、生物方法。物理方法包括填埋、热解析、超声波、机械分离、冻融法、微波消解法、气相抽提技术、热水洗法等;化学方法包括焚烧法、热裂解、化学淋洗等;生物方法包括植物修复法、微生物修复法和植物-微生物联合修复法。
热解析技术因无需添加处理剂、除油较彻底、可异位还原等优点逐渐成为处理含油污泥的常用手段。中国发明专利CN 201610547026.7、CN201710056325.5公开了通过高温烟气间接加热的热解析处理方法，同时杰瑞环保科技有限公司在SPE-184399-PA(Odor-Treatment Technology for Recovered Hydrocarbons From Oily Waste in a Thermal-Desorption Unit)(热解析装置回收油类污染物中石油烃过程中臭气处理技术)报导其利用类似技术在现场应用的情况。且从2014年至今，中石化四川涪陵页岩气田尝试采用美国NOV公司开发的导热油间接加热的热解析处理装置对现场产生的废弃油基泥浆岩屑进行无害化处理。但在工程应用中该技术一直存在能耗高、废气污染严重、设备稳定性差等问题。
中国发明专利CN201310301064.0公开了一种污染场地的原位热强化气相抽提修复集成装备及应用方法，中国发明专利CN201510813468.7公开了一种有机污染土壤的异位生物堆气相抽提/生物通风修复装置和方法，均为气相抽提技术，该技术是去除非饱和区土壤中挥发性有机物的有效手段，通过注入井向渗流区注入空气，同时利用抽提井产生低压环境，使得土壤中存在于油相、溶解相以及吸附相的有机污染物挥发到气相中，并经抽提井收集到地面尾气处理装置中进行回收或处理。但该技术的应用受到场地土壤性质和污染物种类限制，对于低渗透性污染场地中的半挥发性或难挥发性有机污染物却无能为力，且多数无法异位还原。
中国发明专利申请CN 201210147625.1涉及一种沸腾床渣油加氢外排催化剂的处理方法和装置，基于水热旋流脱附技术，通过(1)调控减粘、(2)旋流脱附分离、(3)油-水-催化剂三相分离及资源化利用三个过程，利用旋转流场的流动剪切力，使吸附油从固体颗粒表面和内部孔洞中脱附分离出来。水热旋流脱附技术用于外排催化剂除油同样在Jian-Ping Li(The enhancement on the waste management of spent hydrotreatingcatalysts for residue oil by a hydrothermal–hydrocyclone process(水热旋流工艺提高渣油加氢废催化剂无害化处理效果的研究),Catalysis Today(今日催化),271(2016),163–171)的文献中进行了报导。中国专利申请CN201710821746.2公开了一种含油外排催化剂处理及分选回用方法和装置，通过(A)外排催化剂旋流洗涤与在线活化、(B)催化剂溶剂旋流自转气提、(C)高活性催化剂气流加速度分选、(D)高活性催化剂旋流再气提与颗粒捕集、以及(E)气体冷却与溶剂冷凝脱除等过程，对催化剂进行油相脱附和分选。上述技术均利用旋流器内的高流动剪切力和催化剂颗粒的高速自转，强化了催化剂颗粒孔隙中油的脱附过程，但上述方法和装置仅针对外排催化剂的除油处理和回用，虽然满足催化剂的处理要求，减少了石油类污染物对环境的污染并回收了部分油相和催化剂，但处理后固相含油率依然大于1质量%，水热旋流脱附技术处理后的固相含油率甚至高于5质量%，无法满足含油污泥无害化处理对固相中矿物油小于0.3质量%的要求。
焚烧法、热裂解法处理费用高、二次污染风险大，且无法回收油相或破坏了原油相体系，造成了资源的严重浪费;生物修复法的修复周期长，且只能针对含油率低于5质量%及以下的土壤，其处理效果受油相类型影响也较大。上述方法均不能同时实现含油污泥高效的资源化和无害化处理。
因此，本领域迫切需要开发出一种高效、环保、节能、工艺流程简单的含油污泥处理方法和装置。
发明内容
本公开提供了一种新颖的含油污泥悬浮态自转除油处置方法和装置，从而解决了现有技术中存在的问题。
本公开所要解决的技术问题是：现有含油污泥处理成本高，工艺复杂，容易形成二次污染，对油相回收效率不高，尤其是难以对土壤颗粒孔隙中携带的油进行高效分离利用，造成资源的浪费。本发明通过调控污泥颗粒的悬浮状态，使其在三维旋转场中保持长时间的自转与公转耦合运动，从而强化液相的脱附，实现含油污泥中有机物的深度脱除。
一方面，本公开提供了一种含油污泥悬浮态自转除油处置方法，该方法包括以下步骤：
(A)预处理：对含油污泥进行预处理，以降低含油污泥的含水量，从而降低污泥的粘度以减小油、水与固体颗粒间的相互作用力，提高污泥颗粒的分散性，以便于在旋流场中的分离;
(B)悬浮态自转除油：使用经加热的气体介质对含油污泥进一步降粘，同时利用气体介质使固体颗粒在三维旋转湍流场中进行公转-自转耦合运动，公转产生的周期振荡离心力完成了气相、液相、固相的分离和富集，脱除了游离水、游离油，自转强化了固相表面油、毛细油和孔隙油的离心脱附，实现了含油污泥中有机物的脱除;以及
(C)气液分离及油水回收：将步骤(B)中得到的含油混合物进行气液分离，气体介质循环，液相混合物实现油、水分离，得到的油和水进行回用或资源化利用，固体颗粒待资源化利用。
在一个优选的实施方式中，在步骤(A)中，所述含油污泥是石油开采、储运和炼制过程中产生的含油污泥。
在另一个优选的实施方式中，在步骤(A)中，使用干燥机或离心甩干机进行预处理，使得含油污泥的含水量降至10质量%或更低。
在另一个优选的实施方式中，在步骤(B)中，气体介质的加热温度范围为100℃～300℃，根据处理对象中含有的有机污染物成分来确定;气体介质包括：低温空气、氮气、氢气、干气、低分气和燃气。
在另一个优选的实施方式中，在步骤(B)中，颗粒在旋流场内自转的转速范围为60,000-200,000rpm。
在另一个优选的实施方式中，在步骤(C)中，液相混合物由油水分离聚结器实现油、水分离;固体颗粒经卸料装置进入泥砂罐待资源化利用。
另一方面，本公开提供了一种含油污泥悬浮态自转除油处置装置，该装置包括：
预处理系统，用于对含油污泥进行预处理，以降低含油污泥的含水量，从而降低污泥的粘度以减小油、水与固体颗粒间的相互作用力，提高污泥颗粒的分散性，以便于在旋流场中的分离;
气体加热系统，用于加热气体介质以对含油污泥进一步降粘;
与预处理系统和气体加热系统连接的悬浮态自转除油系统，用于利用气体介质使固体颗粒在三维旋转湍流场中进行公转-自转耦合运动，公转产生的周期振荡离心力完成了气相、液相、固相的分离和富集，脱除了游离水、游离油，自转强化了固相表面油、毛细油和孔隙油的离心脱附，实现了含油污泥中有机物的脱除;
与悬浮态自转除油系统连接的气液分离系统，用于对得到的含油混合物进行气液分离;
与气液分离系统连接的油水分离系统，用于对液相混合物进行油、水分离;以及
与油水分离系统连接的储存与回收系统，用于对得到的油和水进行回用或资源化利用，固体颗粒待资源化利用。
在一个优选的实施方式中，该装置还包括：与预处理系统连接的进料系统，所述进料系统包括螺杆输料机、链式输料机和带式输料机。
在另一个优选的实施方式中，所述预处理系统包括干燥机和离心甩干机;
所述气体加热系统包括燃烧室，以天然气为介质，用于天然气燃烧产生尾气;
所述悬浮态自转除油系统包括使颗粒保持悬浮态的旋流器;
所述油水分离系统包括油水分离聚结器;
所述储存与回收系统包括储油罐、储水罐和泥沙罐。
在另一个优选的实施方式中，所述悬浮态自转除油系统为1～10级旋流器串联组合，可根据不同处理量需求进行多级并联;其安装组合方式包括旋流器正装、旋流器倒装和旋流器正装与倒装组合。
有益效果：
本发明的方法和装置的主要优点在于：
本发明通过对气量及进料速度的调控，实现了物料颗粒在旋流场悬浮自转，悬浮自转使颗粒在旋流场内的停留时间延长，处理强度得到增加，实现反复强化脱除颗粒表面及孔道内污染物的目的;降低了工艺的操作温度而节约了能耗，且有效提高了处理效果。
