流水線式油泥連續熱解設備研究

齊加勝，黃欣欣

（1.南京理工大學紫金學院微波熱解研究所，江蘇南京 210023；2.甘肅新鑫能源工程有限公司，甘肅慶陽 745000）

油泥是一種成分復雜、化學性質穩定的棕黑色黏稠狀固體廢物，來源于原油開采、油田集輸和煉油廠污水處理過程，屬于危廢行列。目前有若干種處理工藝，均有一定的適用范圍，其中熱解是較有效的工藝之一，正在成為人們的研究熱點，但是很少有相關的熱解設備研究，本文探討熱解相關設備，供同行參考。

1 含油污泥熱解工藝

熱解處理技術是指含油污泥在絕氧或缺氧的條件下加熱到一定溫度，使烴類物質在復雜的水合和裂化反應中分離出來，并冷凝回收輕質烴，固液分離后回收重質烴的過程。該工藝對含油污泥處理的比較徹底，油回收率高，處理后的污泥含油可達3‰以下可直接填埋或作為建材原料，已經在殼牌、BP等大石油公司成功應用[1]。

熱解工藝對油泥含水率要求較高，一般含水率低于40%，進行熱解[2]。油泥熱解即在無氧或缺氧情況下，對油泥進行加熱，不同溫度下依次發生水分的揮發與表面吸附小分子輕烴的脫除、礦物油受熱揮發、礦物油的重質組分發生熱解反應、脫氫-縮聚-炭化重排或同時進行，將油泥分解為固態和氣態兩種物理形式。固態通過螺旋冷卻器冷卻后常溫排出，氣態經過除塵、冷凝，可凝氣體變成液態油水混合物，不可凝氣體作為燃料進行燃燒，對未處理油泥進行熱解。不可凝氣體進入800℃燃燒室燃燒產生的廢氣，依次經過除塵、脫硫脫硝、活性炭吸附，尾氣按照GB18484-2001合格排放（見圖1）。

圖1 油泥熱解工藝圖

2 現有油泥熱解設備介紹

油泥熱解設備主要包括間歇式熱解處理設備、原位堆放熱解處理設備、螺旋式熱解設備、隧道連續式熱解處理設備，均在油泥行業有一定的應用。

間歇式熱解設備（見圖2），包括進料裝置、熱解裝置、冷凝系統、尾氣處理系統等。進料裝置通過螺旋將油泥裝入熱解爐，一般為熱解爐體積2/3即可。熱解裝置，通過底部若干個加熱器對熱解爐進行加熱，使爐內油泥進行熱解。冷凝裝置利用冷卻水通過列管冷凝器將氣態油水混合物冷凝至液態，并收集油水混合物。尾氣處理系統利用噴淋除塵除硫排放。

圖2 間歇式熱解設備

間歇式油泥熱解設備適用范圍廣，對油泥形態含水率、雜質率、含油率均無特殊要求。設備結構簡單，運行穩定，只有爐體做低速旋轉運動，在廢塑料、廢輪胎行業得到廣泛應用。該設備熱效率值很低，爐體熱解過程中大量的熱量被空氣帶走，工人的工作環境較惡劣。設備處理效率低，進料—熱解—冷卻—排渣，進料爐體是常溫，逐步加熱到熱解溫度，熱解完成后，待爐溫冷卻到60℃以下才能排渣，既有熱能的浪費也有時間的浪費。

原位堆放熱解處理設備（見圖3），通過燃燒器對管道進行加熱，并逐步傳遞給周圍的油泥，油泥逐步升溫，熱解，產生的氣體通過管道向外排出，對外排氣體進行冷凝，得到油水混合物。不可凝氣體進入二燃室燃燒到800℃以上，合格排放。

圖3 原位堆放熱解處理設備

原位堆放熱解處理設備處理噸位較大，一次處理量1000 t以上，設備輕便，便于運輸，避免油泥二次運輸費用和安全隱患，場地適應性強，就地處理。該設備熱效率值較低，不可凝氣體不能作為燃料二次利用。每次處理產生一定量的固廢，增加處理成本和資源浪費。

螺旋式熱解設備（見圖4），油泥通過皮帶輸送至螺旋熱解設備內腔，螺旋對物料進行輸送和加熱，直至油氣以氣態形式進入冷凝器，成為液態油水混合物和氣態不可凝氣體，其中不可凝氣體作為燃料二次利用。尾渣經過冷卻外排。熱源為天然氣、不可凝氣體或其他熱源。

圖4 螺旋式熱解設備

圖5 隧道連續式熱解處理設備

螺旋式熱解設備為24 h連續生產設備，單臺處理能力達到3 t/h，回收利用不可凝氣體，熱效率值高，設備結構緊湊，便于模塊化設計。該設備對進料系統要求較高，油泥含液率低于40%，顆粒度小于30 mm即可。螺旋系統為動態，在高溫下長期工作易發生變形，導致設備穩定性不足。

隧道連續式熱解處理設備[3]（見圖5），通過進料系統將油泥輸送至爐體內，利用煤氣發生爐產生的燃氣和不可凝氣體作為熱源對爐體進行加熱，使油泥熱解，產生的氣體進入出油氣系統處理，尾渣進入出渣系統，燃燒室產生的氣體進入排煙系統，實現油泥的連續化熱解。

隧道連續式熱解處理設備，處理量達3 t/h～5 t/h，采用刮板機構進料，對物料顆粒度要求低，采用煤制氣為熱源節能也可利用其他熱源，熱效率值高。該設備爐體內采用刮板機結構復雜，在高低溫循環變化下易變形，設備穩定性有待進一步改進。

3 流水線式油泥熱解設備

熱解已經在很多行業得到應用，如煤炭行業、污泥行業、電子行業，并取得了成功。油泥熱解基理在實驗室被多次證實，本人在實驗室也多次證實，并發表了相關文章，油泥熱解設備報道很少，目前大家都在工程論證階段，每種設備都有應用，但是還沒有任何一種設備得到行業的認可，主要原因是油泥行業較小，行業不夠規范，各單位之間相對封鎖，導致行業進步很慢。針對油泥熱解設備行業情況，結合目前現有設備特征，本文介紹一種流水線式熱解，供同行參考。

流水線式熱解設備包括進料裝置、熱解裝置、油氣冷凝裝置、尾氣處理裝置。物料由進料裝置按一定的量連續進入熱解裝置進行熱解，產生的油氣進入冷凝裝置成為油水混合物和不可凝氣體，不可凝氣體進入熱解裝置作為燃料和其他燃料一起共同燃燒，產生的熱量傳遞給油泥。燃燒產生的尾氣進入尾氣處理裝置，實現尾氣合格排放。

圖6 熱解裝置

進料裝置設計取決于油泥原料，為了保證熱解效果和熱解效率，結合大量試驗，要求油泥熱解前含水率低于40%，顆粒度小于20 mm。即含水率較高油泥熱解前進行干燥處理，黏性下降，油泥自然分開，顆粒度通過篩分設備保證，調整篩網孔徑，即可得到不同的顆粒度油泥。進料裝置采用螺旋進料和平料機構，實現油泥均勻的平鋪在鋼帶上進入熱解裝置。

熱解裝置（見圖6），設備通過動力機構實現油泥自動運行，加熱系統、保溫系統提供熱能傳遞給油泥，并保證油泥充分熱解，氣密封機構實現油泥在無氧和缺氧狀態下熱解，尾渣冷卻機構將油泥熱解后的尾渣冷卻至常溫排出。設備運行時會產生熱脹冷縮，通過張緊裝置保證鋼帶平整運行。尾氣排放及熱交換對新進入爐膛內的空氣進行預熱，降低能耗。

張緊機構通過配重、滑輪機構對鋼帶及保溫系統施加恒定力，通過調整配重調整恒定力大小，實現鋼帶平整運行。氣密封機構通過氮氣進行密封，密封口處氮氣壓力可調，根據爐膛內氣體壓力，適時調節氮氣口壓力，保證空氣不會進入爐膛，熱解油氣不會泄漏出來。加熱系統保證油泥熱解溫度，以天然氣為例，自動控制天然氣的供給量，同時結合不可凝氣體供給量，保證熱解溫度的恒定。保溫系統主要是為油泥熱解提供恒定的溫度和熱解時間，保證熱解充分進行，同時提供若干油氣出口，實現爐膛內微負壓運行。動力機構通過電機、減速器驅動主動輪轉動，依靠摩擦力帶動鋼帶運行，具有過載保護，同時電機為變頻電機，可以調速，一般運行速度1 m/s～2 m/s，根據油泥特性決定。油泥熱解的能源由加熱系統提供，可以采用天然氣、煤制氣、柴油等能源，結合當地能源供給情況，因地制宜。尾渣冷卻機構通過多節螺旋機構輸送，螺旋外部有冷卻水循環，實現尾渣冷卻，由于尾渣顆粒度很細，溫度高達300℃以上，因此螺旋機構要采用耐高溫材料，平放或向下傾斜小于5℃，每個螺旋機構獨立驅動，實現尾渣冷卻裝置的穩定運行。

油氣冷凝裝置（見圖7），高溫風機將油氣從熱解爐膛內抽出，經過高溫除塵裝置將油氣中灰塵除去，油氣進入一次冷凝箱，部分冷凝成液態進入油水收集箱，未冷凝部分進入二次冷凝箱，可凝氣體均冷凝成油水混合物，不可凝氣體進入熱解裝置作為燃料使用。高溫風機為變頻風機，根據爐膛內的壓力，調整風機速度，保證爐膛內微負壓狀態，即油泥熱解產生的油氣氣體量和高溫風機抽出的氣體流量基本平衡。冷凝器采用列管式，中間走氣體，外部冷卻水循環。溫度計、壓力表作為檢測手段，判斷冷凝裝置是否正常運行。根據流水線長度和油泥處理量，選擇若干套油氣冷凝裝置，分別獨立運行。

圖7 油氣冷凝裝置

油氣冷凝裝置是油泥熱解設備中的關鍵問題，主要特征是油氣溫度高，有黏性，同時夾帶大量灰塵，導致上述工藝會出現管道堵塞。目前另一種處理工藝是通過噴淋方法將油氣冷凝下來，管道不會堵塞，增加了后續油水分離難度和水處理難度及處理成本。為了解決管道堵塞問題，根本原因是含灰率太大，經過大量實驗，增大管徑、選用顆粒床過濾除塵、人工定期清理等組合手段，基本達到工程要求，仍需有更好的理論和工藝，提高設備運行穩定性。

圖8 尾氣處理裝置

尾氣處理裝置（見圖8），包括旋風除塵、噴淋系統、活性炭吸附、引風機、煙囪，實現尾氣按GB18484-2001《危險廢物焚燒污染控制標準》等相關標準達標排放。將不可凝氣體或其他燃料，經過800℃以上高溫燃燒，生成 H2O、CO2、SO2、氮氧化物等，對焚燒后生成的氣體進行除塵、脫硫、脫硝、活性炭吸附，通過煙囪排放。

旋風除塵系統具有大流量、高流速、低阻力的特點，除塵率高。噴淋系統采用高壓稀堿液經特殊噴嘴噴灑，有害氣體由塔底進入，氣體分布后和液體逆流接觸，有效的將氣態的酸性污染物及小顆粒粉塵進行洗滌并去除，利用稀堿液對出來的煙氣瞬間快速降溫至200℃以下，確保二噁英在350℃～250℃不能合成，達到國家規定標準。活性炭吸附系統利用活性炭吸附，對煙氣中的污染成分（二噁英、重金屬等）進行吸附，確保重金屬和二噁英的排放達標。引風機選用耐高溫及耐腐蝕變頻風機，通過引風機帶動整體焚燒爐內部氣體流動。煙囪的總高度可確保爐內呈負壓燃燒，不會有逆火燃燒現象，提高了操作安全性。

流水線式油泥熱解設備結構簡單，特別是高溫區沒有傳動機構，避免了因材料熱脹冷縮而導致機構故障。油氣出口根據流水線長度配備多個出口，每個出口配備獨立的油泥冷凝裝置，通常會預留一套冷凝裝置，應對緊急情況。設備整體處于微負壓狀態，爐膛類配有壓力傳感器、溫度計，確保安全生產。

4 結語

油泥熱解設備是系統工程，熱解原理相同，均是能量轉移，熱解裝置形式各有不同，主要觀點如下：

（1）連續式熱解設備性價比遠遠優于間歇式熱解設備，適合大批量油泥處理，間歇式熱解設備適合處理油泥中的垃圾及難以分離的大顆粒物，作為連續式熱解設備的重要補充。

（2）原位堆放熱解處理設備適用不便于外運的油泥。

（3）螺旋式熱解設備、隧道式熱解設備、流水線式熱解設備，均為連續熱解設備，并得到了工程驗證，是油泥熱解設備行業主要研究方向。螺旋式熱解設備為撬裝結構便于運輸，安裝，機動性強，適合移動處理不同地方油泥。隧道式熱解設備、流水線式熱解設備適合危廢處理中心處理。螺旋式熱解設備、隧道式熱解設備要求內部機構高溫情況下長期運行，對材料、機械結構均要求較高，導致設備造價較高。流水線式熱解設備結構簡單，運行可靠，投資合理。

油泥熱解設備取得了一定的成績，得到了行業認可，但距離工程化還需繼續完善，主要如下：

（1）物料來源不同，形態有一定區別，熱解設備需要克服物料黏性、顆粒度不均勻性、熱解時間不等、油氣量不均勻等動態要素，設備自動化程度需提高；

（2）熱解設備結構不同，機構原理不同，對廠家選型造成困惑，目前熱解設備在現場運行均有共性問題和個性問題，缺乏總體解決思維，影響行業健康發展；

（3）熱解設備廠家和油泥處理廠家需加強溝通，共同研發，才能實現熱解設備的市場化；

（4）油泥熱解設備相關標準嚴重缺失，需要相關管理部門、企業、高校科研院所共同起草，引領行業健康發展。