代雨桐
华东环境岩土工程分公司 266100
摘要：介绍了国内油泥处理现状和间歇热解技术基本工艺，提出了控制方法，并进行了工程验证，为油泥热解工艺提供了可行性控制系统。
关键词：低含油污泥；热解；控制系统应用
引言：含油污泥是在石油开采、运输、炼制及含油污水处理过程中产生的含油固体废物。含油污泥中一般含油率在10％～50％，含水率在40％～90％。含油污泥中含有大量的苯系物、酚类、蒽、芘等有恶臭的有毒物质，具有组成复杂、含油量变化大、处理难度大等特点，若不加以处理，不仅污染环境，而且造成资源的浪费。含油污泥的处理一直是困扰油田、炼化企业的一大难题，并且含油污泥已列入《国家危险废物名录》[1]，属于国家强制要求处理的范围。
1.国内油泥处理现状
在含油污泥处理技术中，国内比较流行的主要技术方法分为以下几种：热洗技术、焚烧技术、热解技术等。热解指的是在绝氧环境下对有机物进行加热分解的过程，回收其中的有机物，与热洗和焚烧技术相比，热解技术在还原性条件下，能将大多数金属元素固定在固体产物中，产生烟气量少（约为焚烧法产生烟气量的1/5），遏制了二噁英的产生，从而减少了对空气环境的负面影响。[2]热解技术具有处理彻底、能回收油气资源、污染气体排放少等优点，被认为是最有发展空间和应用前景的处理技术。而现有的撬装化热解技术中主要有间歇式热解技术和连续式热解技术，间歇式热解技术具有结构简单，操作维护容易，可用于颗粒较大的油泥原料，成本相对较低等优点。
本文以青海海拔3千米高原某油田的含油污泥工程为例，在现有间歇油泥热解技术的基础上，提出一种控制策略。该控制策略可以解决现有间歇式热解技术自动化程度较低，控制不精确，导致产品处理效果不理想的问题。可降低人工量，并提高控制精度，使产品处理效果更佳理想。
按照当地环保厅文件要求，含油率小于2%的固废，可用于铺设通井路、铺垫井场等，实现资源化利用。
2.间歇式热解工艺原理
间歇式热解是指将一批含油污泥原料一次性装填至回转炉内，用燃烧器加热炉胆，使油泥在密闭绝氧的环境下低温热解。拉运来的物料可先卸入油泥暂存装置存放，通过筛分装置对物料进行筛分，对于粒径小于50mm的物料可直接进入热解装置，对于粒径大于50mm的物料可先输送至破碎装置进行破碎处理，合格后再进入热解装置。
装置包括如下单元模块：热解模块、冷却模块、油水气分离模块、尾气处理模块、自动控制模块等。
1、热解模块
经预处理后的含油污泥，通过机械上料进入装置界区，首先进入进出料螺旋一体机，经电动螺旋将物料送入间歇回转式热解炉，当炉内填料高度达到40%时，关闭热解炉进料口，打开燃烧器，热解炉开始加热升温，热解炉配置多个燃烧器，燃烧器独立操作，允许各区域的温度单独控制。燃烧器火焰不直接接触物料，热量从加热腔通过传热壁传导至物料。
热解炉为回转式，物料在转鼓内翻转加热，保证物料受热均匀。物料在绝氧的条件下反应，防止碳氢化合物氧化，热解炉设有连续注氮管线，以氮气为载气维持转鼓内氧气含量在安全浓度范围以内。
2、冷却模块
蒸出的工艺气体经文丘里洗涤器进入水/油洗塔进行降温。水/油洗塔塔底设置塔底泵和空冷器，塔底污水/油经泵抽出，一部分返回塔顶作洗涤水/油，一部分至文丘里洗涤器作冷源，一部分送至污水罐贮存。塔顶产生不凝气经冷却后送至缓冲罐中进一步气水分离。
3、油水气分离模块
自冷却模块分离出来的不凝气进入空冷器冷凝后进入油水分离器进行油、水、气分离。分离出的污水送至污水罐收集储存，然后外排至污水处理系统；分离出的污油送至回收油罐；分离出不凝气送至尾气处理模块。
4、尾气处理模块
自油水气分离模块分离出的不凝气由引风机引入不凝气罐，在不凝气罐中稳压、分液后依次进入气体净化撬净化，净化后的不凝气直接返回回转热解炉作为燃料燃烧。
5、自动控制模块
控制模块采取集中控制方式，设置PLC系统1套。整个系统采取集中控制方式（PLC系统），整体式人机界面，能够通过键盘和鼠标对系统进行有效的控制、监测、联锁和数据贮存。以程序为基础的过程控制对系统所有参数进行实时处理，使得操作者可以提高系统能力、优化燃料消耗、保护热解设备免于偶然性事故。
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3.控制策略
3.1主要控制参数
由于高原上的气压较低仅为67.3kPa，炉胆内压力为常压，经过反复试验，热解过程温度比平原地区温度要低，基本到370℃即可完成热解，反应产生的工艺气出口温度基本分为三个阶段：
1) 15.6~95℃ 0.5h 蒸水
2) 95~250℃ 1.0h 轻质油
3) 250~370℃ 0.5h 重质油
第一阶段，工艺气经文丘里洗涤器（JY-101）降温至99℃后进入水洗（C-101）进行降温、洗涤，塔顶温度55℃，塔底温度95℃。水洗塔塔底设置塔底泵（P-101A/B）和空冷器（E-101），塔底污水经泵抽出后冷却至55℃，一部分返回塔顶作洗涤水，一部分至文丘里洗涤器（JY-101）作冷源，一部分送至污水罐（TK-101）贮存。塔顶产生不凝气经冷却后送至缓冲罐（D-101）中进一步气水分离。
第二、第三阶段，工艺气经文丘里洗涤器（JY-102）降温至248℃后进入油洗塔（C-102）进行降温、洗涤，塔顶温度107℃，塔底温度146℃/159℃。油洗塔塔底设置塔底泵（P-102A/B）和空冷器（E-102），塔底回收油经泵抽出后，一部分至文丘里洗涤器（JY-102）作冷源，一部分与空冷冷却后的回收油混合至100℃返回塔顶做洗涤油，一部分经空冷冷却至55℃后，送至回收油罐（TK-102）贮存。塔顶产生不凝气经冷却后送至缓冲罐（D-101）中进一步油水分离。
第三阶段，加热炉出口温度高于250度，管线有结焦风险，因此，在加热炉出口最小距离处设置急冷油注入，用C-102塔底油做急冷油，将油气温度降至370度。
3.2控制方法
※ 上下料系统电机及阀门实现就地操作箱手动控制和上位机远程顺序控制，热解炉按顺控关系的正反转调速控制及烟气温度监视，除实现自动控制外，现场还设置手动操作箱。
※ 燃料气分液进口流量累计及批次统计；燃料气分液罐进出口压力温度集中监视及报警。
※ 热解炉氮气吹扫阀门的现场手动操作和PLC 程序控制的远程开关操作。
※ 热解炉出口工艺气温度联锁下的急冷液回路投切联锁，急冷液流量调节工艺气主管温度的串级PID 控制。
※ PLC 系统自动实现冷却洗涤撬水洗塔出口调节阀出口流量控制水洗塔液位的串级PID 控制。
※ 水洗塔塔顶压力、水冷器出口温度的集中监视和报警。
※ 油洗塔塔顶压力、水冷器出口温度的集中监视和报警。
※ 乙二醇液封液位监视与报警；污水罐、污油罐液位的集中监视与报警；
※ 电气系统总用电量的设备数据通讯和电量统计。
4.热解后产品检验
称重仪器选用舜宇恒平仪器，油含量分析仪器选用Spectro Scientific(美国），萃取剂选用正己烷。称量3g待检验物料，用30ml正己烷进行萃取，将萃取液滴入油含量分析仪检验口内，等待2分钟后显示油含量结果。
5.结论
经过工程实际检验，油泥热解技术是较为先进的处理方法，在现有技术的基础上引入自动化系统，能够更好地控制产品质量，降低人工成本，并使得操作者可以提高系统能力、优化燃料消耗、保护热解设备免于偶然性事故。
参考文献：
[1］陈吉宁，徐绍史，郭声琨．国家危险废物名录［J］．上海建材，2016（4）：1-11.
[2］唐鑫鑫.含油污泥低温热解过程实验研究及数值分析［D］.山东大学.2019.
作者简介：代雨桐（1991-）男，满族，辽宁省铁岭市银州区人，本科学历，中级工程师，从事工作方向：自动化电气仪表。
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