高凝點含油污泥真空熱解實驗研究

楊鵬輝，魏君，屈撐囤

（西安石油大學化學化工學院，陜西西安710065）

化學工程

高凝點含油污泥真空熱解實驗研究

楊鵬輝，魏君，屈撐囤

（西安石油大學化學化工學院，陜西西安710065）

利用真空管式熱解爐對延長油田含油污泥進行真空熱解，研究了以活性白土為催化劑，在真空度70 kPa時，熱解終溫、保溫時間、升溫速率對油回收率的影響，對熱解工藝進行了優化。研究結果表明，含油污泥真空熱解油回收率影響因素由大到小的次序為：保溫時間＞熱解終溫＞催化劑加量＞升溫速率，保溫時間對油回收率影響最大；理想的熱解工藝參數為：熱解終溫440°C，保溫時間140 min，催化劑加量1%，升溫速率5 K/min；真空熱解是含油污泥資源化利用的切實可行的方法之一。

含油污泥；真空熱解；油回收率

在石油開采、集輸和煉制過程中產生了大量的含油污泥。據統計，我國各油田每年產生含油污泥40萬噸以上，而且產量還在逐年上升［1］。含油污泥中含有大量的有害微生物、重金屬、多環芳烴等有害物質，已被國家列為危險固體廢棄物，如果處置不當，將造成嚴重的環境污染。同時，含油污泥是一種可利用的資源，研究含油污泥的資源化利用新技術是當務之急。

熱解是在絕氧條件下，使含油污泥中的有機成分裂解為輕質組分，逸出揮發性產物并形成固體殘渣的一種技術，具有廣闊的應用前景［2-6］。熱解過程通常需要較高的溫度，能耗較高。真空熱解是在一定的真空度下進行熱解，可以顯著降低熱解溫度，降低能耗，同時熱解初級產物在熱解爐中停留時間較短，副反應和二次裂解減少，有利于提高油回收率。目前有關含油污泥真空熱解的報道很少，對真空熱解規律認識不足。在前期研究基礎上［7］，以油回收率為指標，研究了真空條件下熱解終溫、保溫時間及升溫速率對油回收率的影響，利用正交實驗對熱解工藝參數進行了優化。

1　實驗部分

1.1實驗物料

含油污泥樣品取自延長油田沉降罐罐底泥，呈黑褐色黏稠狀。通過實驗測得其含水率為23.65%，含油率為19.06%，固含量為57.29%。

1.2實驗方法

熱解實驗在合肥科晶材料技術有限公司生產的GSL-1500X型真空管式熱解爐內進行。在污泥中加入一定量的催化劑活性白土，攪拌均勻，在一定的真空度下，從室溫以一定的速率升至終溫并在終溫保持一段時間。熱解產物經冷卻后，將液體產物中的水分移除，以污泥中的總含油量為基準計算油回收率。

2　結果與討論

在污泥熱解時，加入一定的催化劑能夠降低熱解終溫、縮短熱解時間，提高油的回收率［8-9］。課題組前期的研究工作發現活性白土對含油污泥的催化熱解效果最好，故下面的實驗以活性白土為催化劑，在真空度70 kPa下，研究熱解終溫，保溫時間及升溫速率對油回收率的影響，并設計了正交試驗，對熱解工藝參數進行了優化。

2.1熱解時間對油回收率的影響

在真空度70 kPa，催化劑加量1%，升溫速率10 K/min，熱解終溫450°C的條件下，不同熱解時間對油回收率的影響（見圖1）。由圖1可以看出，在140 min以前，隨著保溫時間的延長，油回收率增加顯著。140 min時油回收率達到82.3%。140 min后，油回收率緩慢降低。在熱解剛開始時，污泥中含油較多，熱解速率大，油回收率迅速增加。隨著熱解反應的進行，污泥中含油逐漸減少，熱解速率降低，產生的油氣逐漸減少；同時，熱解時間越長，未被冷凝的易揮發氣體損失就越大，使液體產率下降。由實驗結果可以看出，最適宜的熱解時間是140 min。

圖1　熱解時間對油回收率的影響Fig.1 Effect of pyrolysis time on oil recovery yield

圖2　熱解終溫對油回收率的影響Fig.2 Effect of pyrolysis temperature on oil recovery yield

2.2熱解終溫對油回收率的影響

在真空度70 kPa，催化劑加量1%，升溫速率10 K/min，保溫時間140 min的條件下，不同熱解終溫對油回收率的影響（見圖2）。由圖2可以看出，熱解終溫對油回收率影響很大。當熱解終溫由410°C升至440°C時，油回收率由60.3%升至82.2%，440°C以后油回收率緩慢降低。這是因為熱解終溫較低時，含油污泥主要發生的是低沸點輕質組分的揮發［10］，回收油較少。隨著熱解終溫的升高，高相對分子質量的烴類揮發和熱解更加容易，使得油回收率升高。當熱解終溫升高到一定程度后，此時污泥熱解充分，熱解產生油氣的二次反應加劇，使得熱解氣體和固體殘渣量增大，導致液相油回收率降低。由實驗結果可以看出，適宜的熱解終溫為440°C。

2.3升溫速率對油回收率的影響

在真空度70 kPa，催化劑加量1%，保溫時間140 min，熱解終溫440°C的條件下，不同升溫速率對油回收率的影響（見圖3）。由圖3可以看出，油回收率隨著升溫速率的增大而逐漸減小。這是由于升溫速率較大時，溫度變化快，反應劇烈，油氣的二次裂解加劇使熱解氣體和固體殘渣量增大，液相油回收率降低。但升溫速率對油回收率的影響很小，升溫速率過小使能耗增大，所以選擇升溫速率為10 K/min。

圖3　升溫速率對油回收率的影響Fig.3 Effect of temperature raising rate on oil recovery yield

2.4高凝點含油污泥真空熱解工藝條件優化

以真空熱解油回收率為指標，采用L9（34）正交實驗方案研究熱解溫度、熱解時間、加熱速率、催化劑加量對于含油污泥低溫熱解效果的影響，正交實驗各因素及其水平（見表1），正交實驗方案及結果（見表2）。

表1　含油污泥真空熱解正交實驗因素及水平L9（34）

表2　含油污泥真空熱解正交實驗方案及結果

表2　含油污泥真空熱解正交實驗方案及結果（續表）

由表2可知，在四個因素中，對真空熱解油回收率影響由大到小的次序為：保溫時間＞熱解終溫＞催化劑加量＞升溫速率，保溫時間對油回收率影響最大；各影響因素的較好水平組合為：熱解終溫440°C，保溫時間140 min，催化劑加量1%，升溫速率5 K/min，在此條件下，油回收率達到82.73%。

3　結論

利用真空管式熱解爐對延長油田含油污泥的真空熱解進行了研究。研究結果表明：

（1）含油污泥真空熱解油回收率影響因素由大到小的次序為：保溫時間＞熱解終溫＞催化劑加量＞升溫速率，保溫時間對油回收率影響最大。

（2）理想的熱解工藝參數為：熱解終溫440°C，保溫時間140 min，催化劑加量1%，升溫速率5 K/min。

（3）真空熱解是含油污泥資源化利用的切實可行的方法之一。

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Experimental study of vacuum pyrolysis of high freezing-point oil sludge

YANG Penghui，WEI Jun，QU Chengtun
（College of Chemistry and Chemical Engineering，Xi'an Shiyou University，Xi'an Shanxi 710065，China）

Vacuum pyrolysis of oil sludge from Yanchang oilfield was studied.Under catalysis of activited clay and vacuum degree of 70 kPa，influence of pyrolysis temperature，retension time，temperature raising rate on oil recovery yield was investigated and the pyrolysis technology was optimized by orthogonal experimental design.It was found that factors influenced oil recovery yield in the following order，retension time＞pyrolysis temperature＞catalyst dosage＞temperature raising rate.Retension time had a great effect on oil recovery yield.The ideal pyrolysis parameter was，pyrolysis temperature 440°C，retension time 140 min，catalyst dosage 1%，temperature raising rate 5 K/min.Vacuum pyrolysis was proved to be an effective resource recovery way for oil sludge.

oil sludge；vacuum pyrolysis；oil recovery yield

10.3969/j.issn.1673-5285.2015.06.022

TE992.4

A

1673-5285（2015）06-0081-04

2015－04-13

國家自然科學基金，項目編號：21376189；西安市科技計劃項目，項目編號：CXY1435（5）。

楊鵬輝，男（1976-），博士，主要從事油氣田環境保護方面的研究，郵箱：yangph@xsyu.edu.cn。