含油污泥熱解及熱解油加氫精制研究

朱元寶，吳道洪，高金森，閆琛洋

(1.北京神霧環境能源科技集團股份有限公司，北京 100015；2.中國石油大學(北京)重質油國家重點實驗室)

含油污泥熱解及熱解油加氫精制研究

朱元寶1，吳道洪1，高金森2，閆琛洋1

(1.北京神霧環境能源科技集團股份有限公司，北京 100015；2.中國石油大學(北京)重質油國家重點實驗室)

采用熱解法對油田污泥進行處理，通過熱解分析及熱解放大試驗，考察不同溫度下熱解油收率的變化，并對熱解油進行加氫精制研究。結果表明：隨著熱解溫度升高，產油率降低，熱解終溫以600 ℃較為適宜，產油率為38.61%，產氣率為6.52%；熱解油的殘炭、金屬含量、硫含量、氮含量以及瀝青質含量均較低；在反應溫度為420 ℃、氫分壓為12.0 MPa、氫油體積比為800、體積空速為1.0 h-1的條件下，熱解油經加氫處理后，脫硫率為94.5%，脫氮率為89.4%，氫油餾分收率較高，可作為輕質燃料調合組分，而蠟油餾分及重油餾分可以作為優質的加氫裂化原料，進而獲得更多的輕質燃料。

含油污泥 熱解 熱解油 加氫精制

在石油開采、污水處理、原油儲運及原油加工過程中，常產生一些含油污泥，其中主要含有懸浮類固體、石油類物質(主要為重質組分，如膠質、瀝青質等)、驅油聚合物、泥砂和水等[1]。含油污泥在自然條件下很難分解，已被列入《國家危險廢物目錄》中的含油廢物類[2]，若隨意堆放則會嚴重污染周邊環境，因此必須對其進行無害化處理。

含油污泥的處理方法包括溶劑萃取法、焚燒法、焦化法、干化場處理法、濃縮干化法、熱解法[3]。熱解法是將含油污泥轉變為液相、氣相和固相的方法，能將其中的全部有機物進行處理，回收油氣，剩余灰渣少，二次污染少。全翠等[4]研究了油泥的熱解行為，發現油泥具有較低的熱解活化能；此外，文獻[5-7]分別從熱解條件、熱解機理及熱解模型建立等方面，對不同含油污泥的熱解特性進行了研究，但對熱解油的性質及加工性能研究較少。

本課題采用熱解法對中海油某油田污泥進行處理，通過熱解分析及熱解放大實驗，考察不同溫度下熱解油收率的變化，并對熱解油進行加氫精制研究，以探索含油污泥綜合處理工藝，實現含油污泥的減量化、無害化、資源化處理。

1 實 驗

1.1 含油污泥的格金干餾分析

1.2 含油污泥熱解放大試驗

根據上述含油污泥的格金干餾分析結果，選擇適宜的熱解終溫，在20 kg熱解爐中進行熱解并收集油氣。熱解爐膛設置上下輻射管加熱，程序升溫至反應溫度并恒定一定時間，反應完畢，熱解油氣進入回收系統，經兩段冷卻后，對冷凝油和水進行沉降分離，熱解氣通過排水法收集，對熱解氣的組成及熱解油的物化性質進行分析。

1.3 熱解油的加氫精制

采用自制的Ni-Mo負載型加氫催化劑(NiO質量分數為5.2%，MoO質量分數為20.0%，載體為γ-Al2O3)，在固定床加氫微反裝置對熱解油進行加氫精制。首先以二硫化碳為硫化劑，對催化劑進行濕法預硫化，然后進行加氫試驗，分別考察溫度、壓力、氫油比、空速對加氫產物分布的影響。分析加氫產物中汽油餾分(初餾點～200 ℃)、柴油餾分(200～350 ℃)、煤油餾分(140～240 ℃)、蠟油餾分(350～500 ℃)、重油餾分(大于500 ℃)的含量。

2 結果與討論

2.1 含油污泥的格金干餾分析

對含油污泥進行格金干餾分析，主要產物分布見表1。由表1可知：含油污泥的含水率、含油率均較高，二者占含油污泥質量的90%以上；熱解固體主要是一些細小的泥沙顆粒，占含油污泥質量的5%～6%；與600 ℃的熱解終溫相比，在700 ℃下油的收率降低3.80百分點，而氣體產率提高1.96百分點，說明高溫會促進油相熱解多產出氣體。因此，對于以獲得較高油產率為目的的含油污泥熱解處理工藝，宜選擇600 ℃作為放大試驗的熱解終溫。

表1 含油污泥的格金干餾產物分布 w，%

2.2 含油污泥熱解放大試驗

在熱解終溫為600 ℃的條件下對含油污泥進行熱解放大試驗，產物分布見表2。由表2可知，由于放大試驗造成產物掛壁損失較多，油和水的產率均低于格金干餾分析數據。

表2 含油污泥熱解放大試驗的產物分布w，%

由于熱解是在無氧條件下進行的，重質烴類和非烴類通過裂化縮合生成焦炭，同時也生成輕烴[8]。含油污泥熱解氣的組成見表3。由表3可知，熱解氣中主要含C1～C2低碳烴，且氫氣含量較高，說明含油污泥中的油分主要發生熱裂化縮合反應。

含油污泥熱解的液相產物上層為油相，下層為乳化層和水相，熱解油主要為水上輕質油。熱解油經脫水、脫雜質后的主要性質見表4。由表4可知：熱解油的殘炭、金屬含量、硫含量、氮含量以及瀝青質含量均較低；初餾點較高，可能是由于熱解油氣中的低沸點烴沒有完全冷凝回收所致；全餾分沸點在550 ℃以下的部分占99%(w)。該熱解油是一種優質的加氫精制原料，可直接經過固定床加氫精制獲得輕質燃料。

表3 含油污泥熱解氣的組成 φ，%

表4 含油污泥熱解油的主要性質

2.3 熱解油的加氫精制

在固定床加氫微反裝置對熱解油進行加氫精制，考察反應溫度、壓力、氫油比、空速對熱解油加氫產物分布的影響。

2.3.1 溫度的影響 在氫分壓為8.0 MPa、氫油體積比為800、體積空速為1.0 h-1的條件下，考察反應溫度對熱解油加氫產物分布的影響，結果見表5。由表5可知：提高反應溫度使輕油汽油、煤油和柴油餾分收率均顯著提高；與反應溫度為400 ℃時相比，反應溫度為420 ℃時汽油餾分收率提高3.00百分點，柴油餾分收率提高7.46百分點；與熱解油原料相比，在420 ℃加氫精制產物中蠟油餾分質量分數降低10.17百分點，重油餾分(大于500 ℃)質量分數降低6.03百分點。

表5 熱解油原料及不同反應溫度下加氫產物的餾分組成 w，%

2.3.2 壓力的影響 在反應溫度為400 ℃、氫油體積比為800、體積空速為1.0 h-1的條件下，考察氫分壓對熱解油加氫產物分布的影響，結果見表6。由表6可知，隨著氫分壓由6 MPa提高到12 MPa，輕油餾分收率明顯提高，蠟油和重油餾分產率顯著降低，說明高的氫分壓有利于提高熱解油的輕質化水平。

表6 反應壓力對熱解油加氫產物分布的影響 w，%

2.3.3 氫油比的影響 在反應溫度為400 ℃、氫分壓為10 MPa、體積空速為1.0 h-1的條件下，考察氫油比對熱解油加氫產物分布的影響，結果見表7。由表7可知，與氫油體積比為800時相比，氫油體積比為1 200時汽油餾分和煤油餾分收率變化較小，柴油餾分收率僅提高2.01百分點，蠟油餾分和重油餾分產率分別僅降低約1百分點，說明氫油體積比在800～1 200范圍內變化時對產物分布影響較小。

表7 氫油體積比對熱解油加氫產物分布的影響 w，%

2.3.4 空速的影響 在反應溫為420 ℃、氫分壓為12 MPa、氫油體積比為800的條件下，考察空速對熱解油加氫產物分布及硫、氮含量的影響，結果見表8。由表8可知，隨著體積空速由1.0 h-1提高到1.5 h-1，汽油餾分收率降低4.13百分點，柴油餾分收率降低9.18百分點，煤油餾分收率降低5.19百分點，蠟油和重油餾分產率顯著提高。由表8和表4可知，在體積空速為1.0 h-1時，熱解油加氫精制的脫硫率為94.5%，脫氮率為89.4%，其中輕油餾分可作為輕質燃料調合組分，而蠟油餾分及重油餾分可以作為加氫裂化原料，進而獲得更多的輕質燃料。

表8 空速對熱解油加氫產物分布及硫、氮含量的影響

3 結 論

(1) 通過熱解的方式可以高效回收含油污泥中的油、氣資源。隨著熱解溫度升高，產油率降低，熱解終溫以600 ℃較為適宜，產油率為38.61%，產氣率為6.52%。

(2) 熱解油的殘炭、金屬含量、硫含量、氮含量以及瀝青質含量均較低，全餾分沸點在550 ℃以下的部分占99%(w)，屬于較為輕質的原料油，易于通過加氫處理工藝獲得輕質燃料。

(3) 熱解油可以通過固定床加氫處理的方式進一步獲得資源化利用。在反應溫度為420 ℃、氫分壓為12.0 MPa、氫油體積比為800、體積空速為1.0 h-1的條件下，熱解油經加氫處理后，脫硫率為94.5%，脫氮率為89.4%，輕油餾分收率較高，可作為輕質燃料調合組分，而蠟油餾分及重油餾分可以作為優質的加氫裂化原料，進而獲得更多的輕質燃料。

[1] 闞新東.熱解法處理含油污泥的若干技術問題[J].石油化工設備，2014，14(9)：85-86

[2] 高紅星.塔河油田含油污泥無害化處理及綜合利用技術[J].安全、健康和環境，2011，11(7)：29-31

[3] 楊海軍.含油污泥熱裂解技術研究[D].北京：中國石油大學(北京)，2008

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[7] 宋薇，劉建國，聶永豐.含油污泥的熱解特性研究[J].燃料化學學報，2008，36(3)：286-290

[8] 程之光.重油加工技術[M].北京：中國石化出版社，1994：377-379

RESEARCH ON PYROLYSIS OF OILY SLUDGE AND PYROLYSIS OIL HYDROTREATING

Zhu Yuanbao1， Wu Daohong1， Gao Jinsen2， Yan Chenyang1

(1.BeijingShenwuEnvironment&EnergyTechnologyCo.Ltd.，Beijing100015；2.TheStateKeyLaboratoryofHeavyOilProcessing,ChinaUniversityofPetroleum(Beijing))

The pyrolytic oils and gases were obtained from oil sludge pyrolysis process at different temperatures and then hydrotreated in pilot scale and scale-up test. The results of pyrolysis experiment show that the oil yield declines as the reaction temperature increases， the oil and gas yield reaches 38.61% and 6.52% at 600 ℃， respectively with small amount of S， N，CCR， metal and asphaltene in the oil. At the hydrotreating conditions of 420 ℃， 12.0 MPa， hydrogen to oil ratio of 800， and space velocity of 1.0 h-1， the removal rate of sulfur and nitrogen reaches 94.5% and 89.4%， respectively， with high yield of light oil which can be used as a blending component for fuels， while the heavier fraction can be used as hydrocracking feedstocks.

oil sludge； pyrolysis； pyrolytic oil； hydrotreating

2016-06-06； 修改稿收到日期： 2016-09-10。

朱元寶，博士，目前在北京神霧集團博士后工作站與中國石油大學(北京)博士后流動站從事重質油及煤焦油輕質化方面的研究工作。

朱元寶，E-mail：zhuyuanbao_11@126.com。