鉆井含油污泥高溫熱解處理技術研究應用

丁安軍，王雨辰，廖長君，張婷婷，黃李會，覃當麟

（1.廣西博世科環保科技股份有限公司，廣西桂林 530007；2. 成都理工大學能源學院）

1 高溫熱解實驗方法及原理

1.1 試劑與儀器

鉆井含油污泥，四氯化碳（環保級），紅外測油儀，分光光度計，電子天平，恒溫水浴鍋，恒溫干燥箱，RTTU含油污泥處理設備（廣西博世科環保科技股份有限公司），氣質聯用色譜儀。

1.2 含油污泥成分的確定

含水率的測定方法采用重量法，先稱取一定質量的含油污泥，放入烘箱內烘干，稱取烘干后的含油污泥質量，進行含水率的測定；采用索式提取－分光光度法測定含油率，以四氯化碳為參比測定吸光度，繪制標準曲線，從標準曲線上查出對應的含油量，計算含油率；剩余的固體雜質經過濾、洗滌、烘干、靜置等步驟，稱得泥砂質量，計算含泥率。

1.3 含油污泥熱處理工藝流程

稱取一定量的含油污泥，將其放置于熱解處理設備中，控制溫度和時間，測定處理后的泥土含油率，以去除石油烴量為指標，觀察高溫熱解處理效果。

1.4 含油污泥高溫熱解原理

含油污泥中含有大量的有機物質，主要由飽和烴、芳烴、非烴、瀝青質等組成。在高溫熱解的情況下，烴類會發生復雜的化學反應，主要包括以下兩種： 一種是裂解反應, 它是一個吸熱的過程； 另一種是縮合反應, 它是一個放熱的過程。在熱轉化過程中, 縮合反應與裂化反應同時進行，石油一般在350 ℃左右開始裂解, 隨著裂化深度的加深，縮合反應越來越快[1-5]。

烴類的自由基鏈反應機理是含油污泥的主要化學反應機理, 自由基鏈反應包括鏈引發、鏈增長和鏈終止三個階段，當自由基重新組合為新的分子后，鏈反應就會終止[6-9]。

2 含油污泥處理影響因素分析

本次實驗所用含油污泥呈現黑色顆粒狀，有一定黏度，有較強的揮發性氣味，平均含油率為10.3%，含水率為11.2%，含固率78.5%；含油污泥處理前在微觀形態上較為零散，顆粒間的孔隙較大，含有水分，表面較為粗糙。

2.1 處理時間

在處理量（300 g、厚度5 cm）和溫度（450 ℃）的條件下，研究不同熱解處理時間對降解石油烴含量的影響。由圖1可知，在溫度恒定于450 ℃的情況下，處理時間分別為20 min和30 min時，含油率由原始的10.3%分別降低到3.4%和1.2%，石油烴的質量分數急劇降低；但熱解時間30 min以上時，雖然石油烴含量稍有降低，但基本趨于穩定，說明最佳熱解處理時間為30 min左右。

2.2 熱解溫度

圖1 處理時間與石油烴質量分數關系

在含油污泥處理量（質量300 g、厚度5 cm）和時間（30 min）相同的情況下，研究了不同熱解溫度對石油烴含量的影響。如圖2所示，石油烴的含量隨著溫度的增加逐漸降低，在處理溫度達500 ℃時，石油烴的質量分數由原始的10.3%降低到0.03%，之后趨于平穩；因此，為確保處理效果，最佳的熱解溫度為500 ℃。

圖2 溫度與石油烴質量分數關系

2.3 處理量

在溫度500 ℃、時間30 min的條件下，將厚度分別為5 cm、10 cm、13 cm和15cm的含油污泥，放置于同體積的容器中，用高溫熱解設備分別進行處理，研究處理量對含油污泥熱解的影響。實驗結果表明（圖3），在溫度和時間相同的情況下，處理厚度小于10 cm時，石油烴的含量由原始的10.3%降低到0.25%以下，厚度在10 cm以上時，處理效果變差。因此，在溫度500 ℃、時間30 min的條件下，含油污泥厚度在10 cm左右時處理效果最佳。

圖3 處理量與石油烴質量分數關系

根據厚度、時間、溫度等對石油烴含量影響因素研究結果，最終確定最佳處理工藝條件為：溫度500 ℃、時間30 min、厚度10 cm。利用紅外測油儀和分光光度計對含油污泥進行測試，處理后的含油污泥石油烴平均質量分數為 0.016%，與處理前的10.3%有了明顯的下降。處理后的砂泥為土褐色顆粒狀，無含油氣味，達到回填利用標準。

3 應用及效果

根據以上研究成果，廣西博世科環保科技股份有限公司研制了可移動的RTTU熱處理設備，年處理含油污泥15×104t。該設備對尼日利亞邦尼油庫污染土壤和污泥處理后效果顯著，處理前的含油污泥土壤中，石油烴總量平均為20 732 mg/L，遠超該國回填利用限值的100 mg/L；處理后泥土石油烴總量平均為12 mg/L，石油烴總降解率達到99%以上，治理后的土壤用于當地的市政鋪路。