一种兼具废水处理功能的油基岩屑热解系统和方法

技术领域

本发明涉及页岩气废料处理技术领域，具体是指一种兼具废水处理功能的油基岩屑热解系统和方法。

背景技术

在页岩气开采过程中，钻井作业产生大量危险废物-油基岩屑，该危险废物一般含矿物油10%左右，含水10%左右，含有多种表面活性剂和多种有机物。目前针对油基岩屑的处理工艺以间接加热蒸馏工艺为主。通过对油基岩屑的热解实现矿物油、水和岩屑的三相分离，其中分离出的水相因含有大量有机物，致使水相的化学需氧量含量特别高（高达10000多mg/L），而生物需氧量却极低，生化性极差，不易采用生物技术进行处理，给废水处理工艺的设计和运行带来极大的困难，而废水如果不能得到妥善的处理，则会对环境造成严重的影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种既减少废水排放，又能回收废水中的热能，且无需复杂后续废水生化处理的兼具废水处理功能的油基岩屑热解系统。

本发明的另一个目的在于提供上述系统对油基岩屑浆料进行热解，且能够兼具废水处理功能的具体方法。

本发明通过下述技术方案实现：一种兼具废水处理功能的油基岩屑热解系统，包括回转窑，所述回转窑安装有夹套加热室，回转窑出料口的出气端设置有除尘器，所述除尘器通过气体管道连通有换热器，所述换热器分离出由水蒸气和低沸点有机气体构成的混合气体通过管道输送至夹套加热室，换热器冷凝后的矿物油输送至储油罐；所述夹套加热室内燃烧混合气体中的有机气体并加热混合气体中的水蒸气对回转窑进行供热，夹套加热室的烟气输出管道连通有第一冷凝器，所述第一冷凝器冷凝烟气中的水蒸气部分为冷凝水，并将冷凝水输送至水处理系统，第一冷凝器中的烟气部分输送至洗涤塔进行烟气脱硫处理。

本技术方案的工作原理为，利用水和矿物油之间的沸点差（水在常压下沸点为100℃左右，矿物油含多种组分，其沸程在150-350℃），采用间接加热无氧蒸馏技术，对蒸馏产生的油水高温混合蒸汽在控制冷凝温度的情况下分离为两部分物料,一部分为有机不凝性气体和水蒸汽组成的混合气体，另一部分为液态矿物油。水蒸汽和有机不凝性混合气体被送入燃烧室处理，其中有机不凝性气体在燃烧室燃烧放出热量，水蒸汽被加热后与燃烧产生的高温烟气混合作为加热介质蒸发油基岩屑。水蒸汽中的有机物被充分燃烧，处理后的冷凝水COD大幅度下降，处理后的水几乎不含有机物，只需进行简单的物化处理后便可回用于本工艺系统。由于水蒸汽比热容较大，作为加热介质有很高的传热效率，可有效提高本系统的处理能力。

为了更好地实现本发明，进一步地，所述回转窑为轴向倾斜设置，其进料端高于出料端，且回转窑的出料端连通干渣冷却机，所述干渣冷却机将冷却的干渣输送至干渣库储存。

为了更好地实现本发明，进一步地，所述夹套加热室通过混合气体加入口接收换热器分离的混合气体，夹套加热室内设置有若干台沿轴向均匀分布的燃烧机，所述燃烧机能够充分燃烧混合气体中的有机气体，并对混合气体中的水蒸气进行加热。

为了更好地实现本发明，进一步地，所述换热器为翅片管结构的风冷式换热器，所述风冷式换热器以空气作为冷却介质，空气侧以风机强制鼓风进行对流换热对混合气体进行间接降温冷凝。

为了更好地实现本发明，进一步地，所述换热器上还设置有温度控制系统，所述温度控制系统包括温度传感器与温度控制器，所述温度传感器检测换热器出口气液混合物料温度，并将所测温度传输给温度控制器，所述温度控制器将出口气液混合物料温度与设定阈值进行比较，输出用于调节换热器的风机转速的控制信号，从而控制换热器出口气液混合物料的温度，以确保矿物油和水蒸汽及低沸点有机气体的分离。

为了更好地实现本发明，进一步地，所述水处理系统包括通过管道依次连接的pH调节槽、絮凝槽、斜管分离器、储水箱，所述pH调节槽中通过添加酸性或碱性的药剂，使得冷凝水呈中性；所述絮凝槽中通过添加絮凝剂对冷凝水中悬浮物和溶解性物质进行絮凝处理；所述斜管分离器对絮凝处理后的冷凝水进行固液分离，并将冷凝水输送至储水箱。

为了更好地实现本发明，进一步地，所述换热器与储油罐之间的管道上还设置有第二冷凝器，所述第二冷凝器对换热器冷凝的矿物油做降温处理，并输送至储油罐。

为了更好地实现本发明，进一步地，还包括螺旋输送机，所述螺旋输送机将油基岩屑输送至回转窑内。

一种兼具废水处理功能的油基岩屑热解方法，通过上述一种兼具废水处理功能的油基岩屑热解系统实现，具体包括以下步骤：

步骤S1：将油基岩屑通过螺旋输送机输送至回转窑内，回转窑采用轴向倾斜安装，进料端高于出料端，在回转窑不断的转动过程中，物料逐渐从进料端移动至出料端；回转窑在转动的同时被夹套加热室中的高温烟气加热，油基岩屑受热蒸发出水蒸汽、油蒸汽，蒸发出的油水混合蒸汽温度为300~400℃，经除油后的干渣进入干渣冷却机中进行降温冷却，经降温冷却后的干渣输送进入干渣库储存；

步骤S2：回转窑中蒸发出的油水混合蒸汽经除尘器分离粉尘后进入换热器中进行冷凝，其中高沸点的矿物油份被冷凝为液体，温度为100~150℃，冷凝后的矿物油输送进入第二冷凝器经进一步降温后输送进入储油罐储存；因换热器出口温度控制在100-150℃之间，经冷凝后的混合气体成分主要为水蒸汽和低沸点有机气体，该混合气体通过夹套加热室的混合气体加入口输送进入夹套加热室进行处理；

步骤S3：经换热器分离出的混合气体输送进入夹套加热室中，混合气体从夹套加热室最右端的混合气体加入口注入，混合气体依次经过多台燃烧机的火焰区充分燃烧，混合气体中的有机气体经燃烧反应后转化为二氧化碳和水，混合气体中的水蒸汽处于气态，并未放出潜热，只需少量热量便会被加热到一定温度，作为加热介质通过回转窑窑壁传热给内部的油基岩屑，供油基岩屑中的油份和水分蒸发；

步骤S4：经夹套加热室换热后排出的的烟气含有大量水蒸汽，温度为350~450℃，该烟气输送进入第一冷凝器进行降温冷凝分离，其中水蒸汽被冷凝为液态水，其余烟气部分被送入洗涤塔进行烟气脱硫处理，第一冷凝器的出口水温在60~90℃，经第一冷凝器冷凝后的水含有少量粉尘杂质，其pH值偏离中性值；该冷凝水输送进入pH调节槽中，经加药调节pH值至中性，再输送进入絮凝槽中经投加絮凝剂对水中悬浮物和溶解性物质进行絮凝处理，絮凝处理后的水输送进入斜管分离器中进行固液分离，固液分离后的水进入储水箱储存。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

（1）本发明充分利用油基岩屑热解过程中产生的高浓度难降解有机废水作为本系统的加热介质处理油基岩屑，在循环加热过程中利用废水中有机物作为燃料为本系统提供热量，同时达到净化废水的目的，既节能又环保；

（2）本发明设置的高温混合蒸汽分离系统，巧妙的利用空气比热低的特点，实现高沸点矿物油和水蒸汽、低沸点有机气体的有效分离，其中在燃烧环节并行设置多台燃烧器，让有机废气依次经过多个燃烧区，保证了废气在燃烧区的高温停留时间，从而确保了有机废气的充分燃烧；

（3）本发明中不再单独建设庞大而复杂的废水生化处理系统料，将废水中大量有机物转化为热能用于本热解系统供热，既减少废水排放又能回收废水中的热能，大大降低了页岩气开发过程中，油基岩屑的处理成本，适宜广泛推广应用。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明的结构原理示意图。

其中：1—螺旋输送机，2—回转窑，3—燃烧机，4—混合气体加入口，5—夹套加热室，6—除尘器，7—干渣冷却机，8—风冷式换热器，9—温度控制系统，10—第一冷凝器，11—第二冷凝器，12—洗涤塔，13—pH调节槽，14—絮凝槽，15—斜管分离器，16—储油罐，17—干渣库，18—储水箱。

实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；也可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例

本实施例的主要结构，如图1所示，包括回转窑2，所述回转窑2安装有夹套加热室5，回转窑2出料口的出气端设置有除尘器6，所述除尘器6通过气体管道连通有换热器8，所述换热器8分离出由水蒸气和低沸点有机气体构成的混合气体通过管道输送至夹套加热室5，换热器8冷凝后的矿物油输送至储油罐16；所述夹套加热室5内燃烧混合气体中的有机气体并加热混合气体中的水蒸气对回转窑3进行供热，夹套加热室5的烟气输出管道连通有第一冷凝器10，所述第一冷凝器10冷凝烟气中的水蒸气部分为冷凝水，并将冷凝水输送至水处理系统，第一冷凝器10中的烟气部分输送至洗涤塔12进行烟气脱硫处理。

基于上述兼具废水处理功能的油基岩屑热解系统对油基岩屑进行热解的过程，具体包括以下步骤：

步骤S1：将油基岩屑输送至回转窑2内，回转窑2采用轴向倾斜安装，进料端高于出料端，在回转窑不断的转动过程中，物料逐渐从进料端移动至出料端；回转窑2在转动的同时被夹套加热室5中的高温烟气加热，油基岩屑受热蒸发出水蒸汽、油蒸汽，蒸发出的油水混合蒸汽温度为300~400℃，经除油后的干渣储存；

步骤S2：回转窑2中蒸发出的油水混合蒸汽经除尘器6分离粉尘后进入换热器8中进行冷凝，其中高沸点的矿物油份被冷凝为液体，温度为100~150℃，冷凝后的矿物油输送进入储油罐16储存；因换热器8出口温度控制在100-150℃之间，经冷凝后的混合气体成分主要为水蒸汽和低沸点有机气体，该混合气体夹套加热室5进行处理；

步骤S3：经换热器8分离出的混合气体输送进入夹套加热室5中，混合气体从夹套加热室5最右端的混合气体加入口4注入，混合气体在夹套加热室5充分燃烧，混合气体中的有机气体经燃烧反应后转化为二氧化碳和水，混合气体中的水蒸汽处于气态，并未放出潜热，只需少量热量便会被加热到一定温度，作为加热介质通过回转窑2窑壁传热给内部的油基岩屑，供油基岩屑中的油份和水分蒸发；

步骤S4：经夹套加热室5换热后排出的的烟气含有大量水蒸汽，温度为350~450℃，该烟气输送进入第一冷凝器10进行降温冷凝分离，其中水蒸汽被冷凝为液态水，其余烟气部分被送入洗涤塔12进行烟气脱硫处理，液态水水输送至水处理系统进行处理。

实施例

本实施例在上述实施例的基础，进一步限定回转窑2的结构，如图1所示，所述回转窑2为轴向倾斜设置，其进料端高于出料端，且回转窑的出料端连通干渣冷却机7，所述干渣冷却机7将冷却的干渣输送至干渣库17储存。进料端高于出料端，在回转窑不断的转动过程中，物料逐渐从进料端移动至出料端。经除油后的干渣进入干渣冷却机7中进行降温冷却，经降温冷却后的干渣输送进入储仓储存待利用。本实施例的其他部分与上述实施例相同，不再赘述。

实施例

本实施例在上述实施例的基础，进一步限定夹套加热室5的结构，如图1所示，所述夹套加热室5通过混合气体加入口4接收换热器8分离的混合气体，夹套加热室5内设置有若干台沿轴向均匀分布的燃烧机3，所述燃烧机3能够充分燃烧混合气体中的有机气体，并对混合气体中的水蒸气进行加热。夹套加热室5中设置有多台燃烧机3，多台燃烧机3在加热室的长度方向均布。混合气体从最右端的加入口4注入，混合气体依次经过多台燃烧机的火焰区充分燃烧，混合气体中的有机气体经燃烧反应后转化为二氧化碳和水。混合气体中的水蒸汽处于气态，并未放出潜热，只需少量热量便会被加热到一定温度，作为加热介质通过回转窑窑壁传热给内部的油基岩屑，供油基岩屑中的油份和水分蒸发。本实施例的其他部分与上述实施例相同，不再赘述。

实施例

本实施例在上述实施例的基础，进一步限定换热器8，所述换热器8为翅片管结构的风冷式换热器，所述风冷式换热器以空气作为冷却介质，空气侧以风机强制鼓风进行对流换热对混合气体进行间接降温冷凝。高温混合蒸汽在风冷式换热器8的管内流动换热，冷却空气走管外。风冷式换热器8以空气作为冷却介质，对高温混合蒸汽进行间接降温冷凝。本实施例的其他部分与上述实施例相同，不再赘述。

实施例

本实施例在上述实施例的基础，进一步增设温度控制系统9，如图1所示，所述换热器8上还设置有温度控制系统9，所述温度控制系统9包括温度传感器与温度控制器，所述温度传感器检测换热器8出口气液混合物料温度，并将所测温度传输给温度控制器，所述温度控制器将出口气液混合物料温度与设定阈值进行比较，输出用于调节换热器8的风机转速的控制信号，从而控制换热器8出口气液混合物料的温度，以确保矿物油和水蒸汽及低沸点有机气体的分离。本实施例的其他部分与上述实施例相同，不再赘述。

实施例

本实施例在上述实施例的基础，进一步限定水处理系统的具体结构，如图1所示，所述水处理系统包括通过管道依次连接的pH调节槽13、絮凝槽14、斜管分离器15、储水箱18，所述pH调节槽13中通过添加酸性或碱性的药剂，使得冷凝水呈中性；所述絮凝槽14中通过添加絮凝剂对冷凝水中悬浮物和溶解性物质进行絮凝处理；所述斜管分离器15对絮凝处理后的冷凝水进行固液分离，并将冷凝水输送至储水箱18。第一冷凝器10的出口水温在60~90℃，经第一冷凝器10冷凝后的水含有少量粉尘杂质，其pH值偏离中性值；该冷凝水输送进入pH调节槽13中，经加药调节pH值至中性，再输送进入絮凝槽14中经投加絮凝剂对水中悬浮物和溶解性物质进行絮凝处理，絮凝处理后的水输送进入斜管分离器15中进行固液分离，固液分离后的水进入储水箱18储存。

本实施例的其他部分与上述实施例相同，不再赘述。

实施例

本实施例在上述实施例的基础，进一步增设了第二冷凝器11，如图1所示，所述换热器8与储油罐16之间的管道上还设置有第二冷凝器11，所述第二冷凝器11对换热器8冷凝的矿物油做降温处理，并输送至储油罐16。本实施例的其他部分与上述实施例相同，不再赘述。

实施例

本实施例在上述实施例的基础，进一步增设螺旋输送机1，如图1所示，还包括螺旋输送机1，所述螺旋输送机1将油基岩屑输送至回转窑2内。本实施例的其他部分与上述实施例相同，不再赘述。

可以理解的是，根据本发明一个实施例的兼具废水处理功能的油基岩屑热解系统结构，例如回转窑2和燃烧器3等部件的工作原理和工作过程都是现有技术，且为本领域的技术人员所熟知，这里就不再进行详细描述。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。