含油钻屑热解析及焚烧处理技术研究

2022-09-10

随着世界对能源需求量的不断增长, 页岩气气藏作为极具有开发潜力的非常规油气藏在国内外得以重视。在页岩气开发过程中, 由于采用了油基钻井液, 产生了大量的含油钻屑。这些含油钻屑必须进行无害化处理, 才能符合国家排放标准, 否则会造成严重的环保事故。因此, 开展含油钻屑无害化处理技术研究, 对于保护环境, 实现页岩气清洁开发有十分重要的意义。

1 技术现状

目前国内外针对含油钻屑的处理方式主要有溶剂萃取法、地层深度回注法、生物修复法、热解析法和焚烧法等。

溶剂萃取法是采用己烷、乙酸乙酯或氯代烃等低沸点有机溶剂将钻屑的油类溶解萃取出来, 萃取液经闪蒸蒸出溶剂得到回收油, 闪蒸出的有机溶剂可以继续循环使用。回收油较彻底, 但剩余污泥量大, 工艺较复杂, 不够成熟, 有安全隐患, 且投资成本较高。

深度回注地层前, 钻屑残油应控制在5%以下, 钻屑经破碎加水流化后高压回注地层。但因XX区含油钻屑量太大, 采用此法不合适。

生物修复法主要是指利用微生物将含油钻屑中长链烃物质或有机高分子降解成为环境可接受的低分子或气体 (如CO2) , 但用该处理技术的困难是如何选择合适的微生物菌种和载体, 技术不成熟, 且处理周期过长, 具有二次污染风险。

热解析法是将包括油类组份在内的各种有机污染物质加热到足够高的温度, 使其蒸发并从受污染介质中分离出来, 从而实现废弃物的净化处理。有机物全部处理, 可有效回收原油, 技术成熟, 但处理完毕后钻屑中仍会存有少量的柴油。

焚烧法是进行废弃物无害化处理的常用方法。有机物全部处理, 产生少量的灰渣, 可达到无害化排放。但由于在燃烧过程中会产生有毒有害气体, 处理成本高又不能回收原油, 因此, 主要用于没有资源回收价值的危险固体废弃物的最终处置。

综上分析, 结合XX区钻屑含油量高达20%的实际情况, 采用热解析和回转窑焚烧相结合的方式处理含油钻屑。先期通过热解析的办法将钻屑含油量从20%左右降至2%以下, 后期将通过回转窑焚烧的方式处理, 采取必要的防污染措施, 使钻屑含油量降至0.3%以下, 最终达到无害化处理。

2 热解析工艺处理含油钻屑

根据加热方式不同, 热解析技术有直接加热型和间接加热型两类。直接加热型指加热介质与被加热物质直接接触加热, 一般用于土壤修复等低挥发性物质含量的固体废弃物的处理与处置, 对系统的气密性要求非常高;对于高挥发性物质含量的固体废弃物如油泥, 由于产生剧烈燃烧, 会带来系统控制难、资源浪费、环境污染加重等一系列的问题, 因此一般不采用直接加热, 通常选用间接加热型热解析技术, 加热介质与被加热物质不直接接触, 可以避免直接热解析工艺中不良问题的发生。

间接加热型热解析技术分蒸馏分离和冷凝回收两部分。含油钻屑进入间接加热热解析装置, 由蛇形螺旋输送机输送在炉中往复多次进行蒸馏分离, 钻屑中的挥发性有机物受热挥发形成油气混合物, 在真空泵的真空抽吸作用下, 进入除尘塔将油气混合物中的粉尘与油气分离, 分离后的粉尘形成的含油废渣将再进入热解析装置进行蒸馏分离;而另一路在除尘塔中分离的油气进入分离塔冷凝, 分离成轻质柴油和重质柴油的液体和气体, 再进入各自的冷却槽再次冷凝, 沉淀罐沉淀后, 将纯净的轻质柴油和重质柴油输入各自的储油罐存放。少部分未冷凝的油气再进行过滤, 废气进入热解析装置重复利用, 废渣进入热解析装置再处理, 沉淀罐内废水进入中和池处理后再利用, 经热解析装置处理后的废渣进入回转窑焚烧。

3 焚烧工艺处理废渣

经热解析装置处理后的钻屑废渣经自动进料系统均匀的送入旋转窑燃烧室, 废弃物与高温燃烧气体激剧搅动, 迅速发生氧化反应, 破解有害物质中难以燃烧的成分, 根据燃烧3T (温度、时间、涡流) 原则, 在旋转燃烧室内充分氧化、热解、燃烧, 产生的尾气进入二燃室采用1100~1200℃高温燃烧, 进一步去除烟气中未燃尽的有害物质, 焚烧后的烟气进入旋风集尘器, 除去烟气中的粉尘, 烟气进入喷淋急冷塔进行强制降温 (200℃以下) , 随后进入布袋除尘, 烟气由外经过滤袋时, 烟气中的粉尘被截留在滤袋外表面, 从而得到净化, 再经除尘器内文氏管进入上箱体, 最后通过烟囱达标排放。

4 现场试验结果

按上述工艺在XX区进行了多次试验并改良设备后, 设备性能有效提高:在热解析炉里间接加热蒸馏含油钻屑, 直接燃烧天然气产生的有害物质浓度, SO2为0.0000096g/m3, NO2为0.00192~0.00368 g/m3, 烟尘颗粒物为0.00008~0.00024g/m3, 符合GB16297-1996《大气污染物综合排放标准》有关新污染源大气污染物无组织排放监控浓度限值标准;从热解析炉出来的废渣含油量为0.8%~1.6%, 满足了处理含油量<2%的要求。废渣进入回转窑直接焚烧通过烟囱排放的烟 (粉) 尘的浓度为100~150g/m3, 烟气黑度 (格林曼级) 为1级, 符合GB 9078-1996《工业炉窑大气污染物排放标准》标准;产生残渣检测结果为石油类含量里层为0.007%, 表层为0.004%, 符合规定的含油量小于0.3%的标准。

5 结语

(1) 热解析装置采取间接加热, 可避免焚烧带来有毒有害气体排放的问题, 同时减少温室气体的排放;

(2) 热解析装置采用天然气燃烧加热, 基本上不产生有害尾气;

(3) 采用热解析工艺处理含油钻屑回收了钻屑中的大部分油分, 可将钻屑的含油量从20%左右降低至2%以下, 实现资源化利用;

(4) 进入回转窑燃烧的废渣含油量低于2%, 燃烧产生的废气能够做到达标排放;

(5) 采用以上热解析和回转窑焚烧相结合的方式处理含油钻屑, 同焚烧及其它的热解析技术相比具有投资、运行成本低的优势。

摘要：在页岩气水平井开发中, 因油基钻井液具有井壁稳定性强, 润滑力强、防卡、降阻等优势得以广泛应用, 但也带来了高含油的油基钻屑处理问题。本文介绍了国内外含油钻屑处理技术现状, 提出了一种采用热解析和回转窑焚烧相结合的两级处理方式处理含油钻屑的技术工艺。现场试验结果表明采用此种工艺处理含油钻屑, 完全能够满足国家有关污染物排放标准的要求。

关键词：含油钻屑,热解析,焚烧处理