頁巖油干餾生產(chǎn)過程中的廢甲苯萃取工藝研究

頁巖油干餾生產(chǎn)過程中的廢甲苯萃取工藝研究

在油母板巖的干燥過程中，各種干蒸餾產(chǎn)品，包括巖漿巖、水蒸汽和干蒸餾瓷磚，被引入油母板。在清洗過程中，巖漿粉吸收非常小的油霧，形成親水物質。當處于激烈攪拌狀態(tài)時，含有黑色半固體的燃料、水和灰塵的橡膠污泥物質（如“油污泥”）被稱為“油污泥”。因生產(chǎn)操作條件的不同,油泥的產(chǎn)量也有所不同,一般為頁巖原油產(chǎn)量的3‰~5‰。頁巖煉油廠每年油泥產(chǎn)量(以原油產(chǎn)量15萬t/a)大約為450~750t。油母頁巖煉油廠的油泥中由一定質量分數(shù)(10%~40%)的原油,以及質量分數(shù)為40%~65%的頁巖粉塵、重金屬離子與無機鹽類等物質組成,密度為1.5~1.8g/cm3。頁巖干餾油泥的特點是含油量高,油相、水相、固相乳化嚴重,因頁巖粉塵顆粒細,密度大,用常規(guī)方法分離難度較大,處置不當會造成環(huán)境污染。對含油固體廢棄物進行環(huán)保的無害化處理,消除環(huán)保隱患,有較好的社會和環(huán)保效益。而科學環(huán)保處理油泥,不僅能夠有效回收頁巖原油,變廢為寶,還有良好的經(jīng)濟效益。本文利用廢甲苯進行萃取、熱堿水進行洗脫,處理回收頁巖油。把處理后的油泥渣與頁巖粉塵、固硫劑等進行攪拌混合后壓碇成型,經(jīng)干燥后,進行低溫干餾生產(chǎn),從而實現(xiàn)油泥的資源化、無害化處理。1實驗部分1.1實驗原材料1.1.1油泥的沉積在油母頁巖進行低溫干餾生產(chǎn)時,含有頁巖油蒸汽、干餾瓦斯及頁巖灰塵的干餾產(chǎn)物,在油品經(jīng)過三級水洗回收過程中,在回收工藝環(huán)節(jié)所在各池、罐等中底部均有油泥沉積。這部分油泥特點是油的質量分數(shù)較高約為40%~50%,頁巖粉塵、泥沙等質量分數(shù)約為15%~25%。1.1.2罐底油泥沉積型成品油貯罐在儲存油品時,因油品中少量的機械雜質、沙粒、泥土以及石蠟、瀝青質等重質性組分沉積在油罐底部,形成罐底油泥。該油泥特點是油的質量分數(shù)約為50%~60%以及質量分數(shù)為5%~10%的頁巖粉塵等雜質。1.1.3頁巖油的從蓄熱式煙氣中攜帶水蒸汽、粉塵和頁巖油循環(huán)瓦斯中攜帶有大量的頁巖油,大約為15~20g/m3,在給干餾爐通熱循環(huán)瓦斯的過程中,瓦斯中的頁巖油就粘附在蓄熱式格子磚上,而加熱爐在燃燒蓄熱過程中,在煙囪抽力作用下,熱煙氣會把粘附在格子磚上部分頁巖油攜帶入煙道中,煙氣中的水蒸汽、粉塵和頁巖油會形成油泥沉積在煙道中。該油泥特點是油的質量分數(shù)較低,但頁巖粉塵的質量分數(shù)較高。1.1.4成品罐底部沉積高濃污水主要是由回收頁巖油過程中產(chǎn)生的含油污水、成品罐脫水、瓦斯排送機軸封、軸承冷卻水等組成。污水池底部沉積有較多油泥。在干餾裝置檢修和清成品油罐期間,上述四部分油泥被清理后集中送往油泥池中貯存。1.2試劑和設備含頁巖油的甲苯,質量分數(shù)為2%~4%的碳酸鈉溶液,生石灰。原料處理罐,一、二級油水分離罐,回收油儲罐,攪拌機,成型機,干燥機。1.3頁巖灰泥無砂區(qū)采用廢甲苯萃取→熱堿水洗滌+氯化鈉→加熱攪拌→沉降分離,上層得到油水混合物,下層為含有少部分油的頁巖灰泥,把頁巖灰泥與頁巖粉塵和粘結劑進行混合攪拌成型后再進行干燥,得到一定的強度后送回干餾爐進行低溫干餾作業(yè),從而實現(xiàn)油泥的無害化處理。1.4實驗原理1.4.1廢甲苯的防護在頁巖鋁甑分析化驗過程中,甲苯是作為有機溶劑來萃取產(chǎn)生的頁巖油,從而測定出頁巖的含油率、含水率等指標。目前,頁巖煉油廠每天因做頁巖鋁甑分析而耗用甲苯約1700mL,以每年355天計,則每年會產(chǎn)生含油的廢甲苯約600L。因甲苯具有中等毒性,對皮膚和粘膜刺激性大,對神經(jīng)系統(tǒng)作用比苯強,因此,對廢甲苯的處置采用燃燒或深埋均會造成對大氣、土壤和地下水質的污染。由于溶解了頁巖油的甲苯并未達到飽和狀態(tài),因此,廢甲苯仍有一定的萃取作用。本著“以廢治廢”和“處理低成本”的原則,本方案采用廢甲苯做為萃取溶劑。1.4.2頁巖粉碎壓碇成型在原礦系統(tǒng)的一次破碎、二次破碎過程以及皮帶運輸過程中,會產(chǎn)生大量的頁巖粉塵,這些粉塵與處理后的油泥及生石灰進行混合后進行壓碇成型,干燥后送回干餾爐進行低溫干餾操作,也可作為型煤進行燃燒取熱。1.4.3油泥的處置難點根據(jù)對“含油污泥”有關資料的查閱和調研可知,在幾種處理工藝中,對油泥中的油、泥、水的三相徹底分離難度較大,相應的處理工序也相對復雜,處理投入的成本也相當巨大,且處理后的油泥即泥渣也不能任意排放。因此,處理的關鍵是對泥渣的合理處置。本方案采用對泥渣與頁巖粉塵、生石灰進行混合、成型、壓碇、干燥后,送到干餾爐進行低溫干餾作業(yè),這樣就解決了泥渣不能任意排放的問題。1.5實驗過程實驗流程如圖1所示。2結果與討論2.1碳酸鈉質量濃度對頁巖油回收率的影響油泥處理質量為100kg,處理溫度60℃、廢甲苯質量為3kg,油泥中油的質量分數(shù)為45%,碳酸鈉質量濃度與頁巖油回收率的關系見表1。由表1可知,隨著碳酸鈉質量濃度的增加,頁巖油的回收率提高了。但是過高質量濃度的碳酸鈉如腐蝕設備,不利于生產(chǎn)的循環(huán)進行,因此,選擇碳酸鈉質量濃度為0.03g/mL是相對安全可靠的。2.2廢甲苯與頁巖油回收率油泥處理質量為100kg,處理溫度保持60℃、碳酸鈉質量濃度為0.03g/mL,油泥中油的質量分數(shù)為45%,廢甲苯的質量與頁巖油回收率的關系見表2。由表2可知,隨著m(廢甲苯)的增加,油泥中頁巖油很快被廢甲苯溶解形成油層,頁巖油的回收率明顯提高。當然,廢甲苯的質量越大,頁巖油的回收率越高,但是,考慮到甲苯的毒性和處理油泥的成本,3.0g廢甲苯的加入質量更加經(jīng)濟、環(huán)保。2.3處理溫度對頁巖油回收率的影響油泥處理量為100kg,碳酸鈉質量濃度為0.03g/mL、廢甲苯質量為3.0kg,油泥中油的質量分數(shù)為45%,處理溫度對頁巖油回收率的影響見表3。由表3可知,隨著處理溫度的增加,頁巖油的回收效率明顯的提高。但是,超過70℃,頁巖油中的輕質油品(如石腦油,餾分為70~145℃)就會揮發(fā)出來,對身體健康及環(huán)境造成危害,因此處理溫度在65~70℃最好。2.4鋁fig的低溫干餾實驗處理后,將w(泥渣)40%~45%、w(頁巖粉塵)50%~55%、w(生石灰)2%~3%(做粘結劑)用攪拌機混合均勻后,在小型型煤機上進行擠壓成型,在進行干燥、冷卻后,再進行鋁甑的低溫干餾實驗。將油母頁巖和成型泥渣樣品分別裝于鋁甑中,在隔絕空氣條件下以一定的升溫速度加熱到520℃,并保持一定時間。干餾后測定所得水份、焦油、半焦和氣體損失的收率,結果見表4。由表4可知,油母頁巖和成型泥渣在半焦和氣體損失的收率兩項結果相差較大,分析原因是泥渣中仍含有一定量的頁巖油,這部分頁巖油在低溫干餾過程中,首先進行裂解生成烯烴等小分子氣體,造成氣體損失增大,因此,半焦收率相對減少。2.5經(jīng)濟效益分析該油泥處理方案頁巖油的回收率可達75%,油泥的平均含油的質量分數(shù)為50%、油泥處理質量為1