化工学报 ›› 2022, Vol. 73 ›› Issue (4): 1724-1731.DOI: 10.11949/0438-1157.20211702
许世佩1,2,3(),王超1,李庆远1,张炳康1,许世伟1,张雪琴1,王诗颖1,丛梦晓1
收稿日期:
2021-11-29
修回日期:
2022-01-10
出版日期:
2022-04-05
发布日期:
2022-04-25
通讯作者:
许世佩
作者简介:
许世佩(1990—),男,博士研究生,工程师,基金资助:
Shipei XU1,2,3(),Chao WANG1,Qingyuan LI1,Bingkang ZHANG1,Shiwei XU1,Xueqin ZHANG1,Shiying WANG1,Mengxiao CONG1
Received:
2021-11-29
Revised:
2022-01-10
Online:
2022-04-05
Published:
2022-04-25
Contact:
Shipei XU
摘要:
针对油基钻屑热脱附过程中能耗高、气味刺鼻和油气品质较低等问题,选用氧化钙(CaO)作为添加剂对油基钻屑热解过程调控,考察了不同CaO添加量和温度对反应工况、产物分布及性质的影响。研究结果表明:(1)随着CaO添加量的上升,油收率上升,水和气收率下降,固相收率先升后降。(2)随着热脱附温度的升高,热脱附固体残渣收率逐渐降低,热脱附油、水、气的收率都有不同程度的上升。(3)添加CaO后,所有温度下,均存在热脱附后油收率有明显的上升,而油气收率明显下降现象。(4)CaO的添加提升了油收率和油中脂肪烃的饱和度,降低了油中硫元素的含量,提升了回收油的附加经济值,降低了水和气收率,尤其是CO2和H2S的产率。引用CaO作为添加剂降低了热脱附工艺对操作环境的大气污染,以及后续流程的脱硫负担,降低了水分蒸发导致的高能耗,为油品与不凝气的再利用创造了有利条件。
中图分类号:
许世佩, 王超, 李庆远, 张炳康, 许世伟, 张雪琴, 王诗颖, 丛梦晓. 氧化钙对油基钻屑热脱附产物影响的研究[J]. 化工学报, 2022, 73(4): 1724-1731.
Shipei XU, Chao WANG, Qingyuan LI, Bingkang ZHANG, Shiwei XU, Xueqin ZHANG, Shiying WANG, Mengxiao CONG. Study on influence of CaO during thermal desorption products of oil-based drilling cuttings[J]. CIESC Journal, 2022, 73(4): 1724-1731.
样品 | 工业分析/%(质量,干基) | 元素分析/%(质量,干基) | |||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
挥发分 | 灰分 | 固定碳 | C | H | N | S | |
油基钻屑 | 20.38 | 76.94 | 2.68 | 13.76 | 1.32 | 0.15 | 4.05 |
表1 实验用四川威远油基钻屑的工业分析和元素分析
Table 1 Industrial analysis and element analysis of oil-based drilling cuttings from Weiyuan Sichuan province
样品 | 工业分析/%(质量,干基) | 元素分析/%(质量,干基) | |||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
挥发分 | 灰分 | 固定碳 | C | H | N | S | |
油基钻屑 | 20.38 | 76.94 | 2.68 | 13.76 | 1.32 | 0.15 | 4.05 |
CaO添加 比例/% | 灰分/%(质量,干基) | 元素分析/%(质量,干基) | |||
---|---|---|---|---|---|
C | H | N | S | ||
0 | 83.86 | 7.54 | 0.29 | 0.15 | 3.90 |
2.5 | 83.99 | 7.66 | 0.22 | 0.34 | 3.57 |
5.0 | 84.20 | 7.30 | 0.20 | 0.15 | 3.34 |
7.5 | 84.25 | 7.08 | 0.20 | 0.13 | 3.35 |
10.0 | 84.39 | 6.69 | 0.48 | 0.34 | 3.00 |
表2 不同CaO添加量残渣特性
Table 2 Residue characteristics with different CaO proportion
CaO添加 比例/% | 灰分/%(质量,干基) | 元素分析/%(质量,干基) | |||
---|---|---|---|---|---|
C | H | N | S | ||
0 | 83.86 | 7.54 | 0.29 | 0.15 | 3.90 |
2.5 | 83.99 | 7.66 | 0.22 | 0.34 | 3.57 |
5.0 | 84.20 | 7.30 | 0.20 | 0.15 | 3.34 |
7.5 | 84.25 | 7.08 | 0.20 | 0.13 | 3.35 |
10.0 | 84.39 | 6.69 | 0.48 | 0.34 | 3.00 |
CaO添加 比例/% | 元素分析/%(质量,干基) | 氢碳比 | |||
---|---|---|---|---|---|
C | H | N | S | ||
0 | 85.04 | 14.19 | 0.57 | 0.20 | 2.00 |
2.5 | 85.01 | 14.45 | 0.45 | 0.09 | 2.04 |
5.0 | 84.98 | 14.45 | 0.46 | 0.11 | 2.04 |
7.5 | 85.05 | 14.48 | 0.39 | 0.08 | 2.04 |
10.0 | 84.82 | 14.46 | 0.61 | 0.11 | 2.05 |
表3 不同CaO添加量回收油元素分析
Table 3 Ultimate analysis of oil with different CaO proportion
CaO添加 比例/% | 元素分析/%(质量,干基) | 氢碳比 | |||
---|---|---|---|---|---|
C | H | N | S | ||
0 | 85.04 | 14.19 | 0.57 | 0.20 | 2.00 |
2.5 | 85.01 | 14.45 | 0.45 | 0.09 | 2.04 |
5.0 | 84.98 | 14.45 | 0.46 | 0.11 | 2.04 |
7.5 | 85.05 | 14.48 | 0.39 | 0.08 | 2.04 |
10.0 | 84.82 | 14.46 | 0.61 | 0.11 | 2.05 |
是否添加CaO | 温度/℃ | 元素分析/%(质量,干基) | 氢碳比 | |||
---|---|---|---|---|---|---|
C | H | N | S | |||
未添加CaO | 250 | 84.93 | 14.46 | 0.39 | 0.23 | 2.04 |
300 | 84.98 | 14.46 | 0.39 | 0.18 | 2.04 | |
350 | 85.02 | 14.08 | 0.60 | 0.30 | 1.99 | |
400 | 85.35 | 14.08 | 0.37 | 0.20 | 1.98 | |
450 | 85.04 | 14.19 | 0.57 | 0.20 | 2.00 | |
添加CaO | 250 | 85.04 | 14.19 | 0.57 | 0.20 | 2.08 |
300 | 85.01 | 14.45 | 0.45 | 0.09 | 2.10 | |
350 | 84.98 | 14.45 | 0.46 | 0.11 | 2.08 | |
400 | 85.05 | 14.48 | 0.39 | 0.08 | 2.09 | |
450 | 84.82 | 14.46 | 0.61 | 0.11 | 2.05 |
表4 添加CaO前后不同温度回收油特性
Table 4 Characteristics of oil under different temperatures with and without CaO
是否添加CaO | 温度/℃ | 元素分析/%(质量,干基) | 氢碳比 | |||
---|---|---|---|---|---|---|
C | H | N | S | |||
未添加CaO | 250 | 84.93 | 14.46 | 0.39 | 0.23 | 2.04 |
300 | 84.98 | 14.46 | 0.39 | 0.18 | 2.04 | |
350 | 85.02 | 14.08 | 0.60 | 0.30 | 1.99 | |
400 | 85.35 | 14.08 | 0.37 | 0.20 | 1.98 | |
450 | 85.04 | 14.19 | 0.57 | 0.20 | 2.00 | |
添加CaO | 250 | 85.04 | 14.19 | 0.57 | 0.20 | 2.08 |
300 | 85.01 | 14.45 | 0.45 | 0.09 | 2.10 | |
350 | 84.98 | 14.45 | 0.46 | 0.11 | 2.08 | |
400 | 85.05 | 14.48 | 0.39 | 0.08 | 2.09 | |
450 | 84.82 | 14.46 | 0.61 | 0.11 | 2.05 |
1 | 何敏, 张思兰, 王丹, 等. 油基钻屑热解处理技术[J]. 环境科学导刊, 2017, 36(S1): 57-60. |
He M, Zhang S L, Wang D, et al. Pyrolysis technology of oil-based drill cuttings[J]. Environmental Science Survey, 2017, 36(S1): 57-60. | |
2 | 王晓琦, 翟增强, 金旭, 等. 页岩气及其吸附与扩散的研究进展[J]. 化工学报, 2015, 66(8): 2838-2845. |
Wang X Q, Zhai Z Q, Jin X, et al. Progress in adsorption and diffusion of shale gas[J]. CIESC Journal, 2015, 66(8): 2838-2845. | |
3 | 杨飞, 岳长涛, 李术元, 等. 四川盆地志留系页岩CH4和CO2吸附特征[J]. 化工学报, 2017, 68(10): 3851-3859. |
Yang F, Yue C T, Li S Y, et al. Adsorption characteristics of CH4 and CO2 on Silurian shale in Sichuan basin[J]. CIESC Journal, 2017, 68(10): 3851-3859. | |
4 | 单海霞, 何焕杰, 袁华玉, 等. 油基钻屑处理技术研究进展[J]. 河南化工, 2012, 29(15): 26-29. |
Shan H X, He H J, Yuan H Y, et al. Research progress of treatment technology for oil-based drilling cuttings[J]. Henan Chemical Industry, 2012, 29(15): 26-29. | |
5 | 李学庆, 杨金荣, 尹志亮, 等. 油基钻井液含油钻屑无害化处理工艺技术[J]. 钻井液与完井液, 2013, 30(4): 81-83, 98. |
Li X Q, Yang J R, Yin Z L, et al. Novel harmless treating technology of oily cuttings[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid, 2013, 30(4): 81-83, 98. | |
6 | Yan P, Lu M, Guan Y M, et al. Remediation of oil-based drill cuttings through a biosurfactant-based washing followed by a biodegradation treatment[J]. Bioresource Technology, 2011, 102(22): 10252-10259. |
7 | 王思凡, 胡东锋, 李前春. 超临界CO2萃取法处理油基钻屑工艺实验[J]. 石油钻采工艺, 2019, 41(5): 597-602. |
Wang S F, Hu D F, Li Q C. Experimental study on the oil-based drilling cuttings treatment technology based on supercritical CO2 extraction method[J]. Oil Drilling & Production Technology, 2019, 41(5): 597-602. | |
8 | 郑婷婷, 涂妹, 刘莎丽, 等. 含油钻屑热解析及焚烧处理技术研究[J]. 化工管理, 2015(4): 146-147. |
Zheng T T, Tu M, Liu S L, et al. Study of thermal desorption and incineration technology of oil-based drilling cuttings[J]. Chemical Enterprise Management, 2015(4): 146-147. | |
9 | 张珂, 朱建华, 周勇, 等. 含油污泥的废油置换脱水特性[J]. 化工学报, 2013, 64(9): 3396-3403. |
Zhang K, Zhu J H, Zhou Y, et al. Fry-drying of oily sludge via spent lubricating oil of vehicle[J]. CIESC Journal, 2013, 64(9): 3396-3403. | |
10 | 温宏炎, 张玉明, 纪德馨, 等. 油泥焦与褐煤共燃特性及动力学[J]. 化工学报, 2020, 71(2): 755-765. |
Wen H Y, Zhang Y M, Ji D X, et al. Co-combustion of oil sludge char and brown coal: characteristics and kinetics[J]. CIESC Journal, 2020, 71(2): 755-765. | |
11 | 石艺. 塔里木油田应用LRET技术回收油基钻井液[J]. 石油钻采工艺, 2014, 36(3): 6. |
Shi Y. Tarim Oilfield uses LRET technology to recover oil-based drilling fluid[J]. Oil Drilling & Production Technology, 2014, 36(3): 6. | |
12 | 单海霞, 何焕杰, 刘晓宇, 等. 油基钻屑的生物处理[J]. 江南大学学报(自然科学版), 2013, 12(4): 470-474. |
Shan H X, He H J, Liu X Y, et al. Study on biological treatment of oil-based drilling cuttings[J]. Journal of Jiangnan University (Natural Science Edition), 2013, 12(4): 470-474. | |
13 | 余勇刚, 代家林, 朱战兵, 等. 钻屑回注技术[J]. 天然气勘探与开发, 2009, 32(4): 60-64, 87. |
Yu Y G, Dai J L, Zhu Z B, et al. Cuttings reinjection technology[J]. Natural Gas Exploration and Development, 2009, 32(4): 60-64, 87. | |
14 | 蔡浩, 姚晓, 华苏东, 等. 页岩气井油基钻屑固化处理技术[J]. 环境工程学报, 2017, 11(5): 3120-3127. |
Cai H, Yao X, Hua S D, et al. Solidification treatment technology of oil-based drilling cuttings in shale gas well[J]. Chinese Journal of Environmental Engineering, 2017, 11(5): 3120-3127. | |
15 | 章骅, 鲁文涛, 邵立明, 等. 轧钢含油污泥湿式减压蒸馏处理工艺优化[J]. 化工学报, 2017, 68(12): 4649-4657. |
Zhang H, Lu W T, Shao L M, et al. Separation of oil and residue from rolling oil sludge by wet vacuum distillation[J]. CIESC Journal, 2017, 68(12): 4649-4657. | |
16 | 王天宇, 蒋文明, 刘杨. 含油污泥阴燃处理技术研究与进展[J]. 化工学报, 2020, 71(4): 1411-1423. |
Wang T Y, Jiang W M, Liu Y. Research and progress of smoldering combustion technology for oily sludge[J]. CIESC Journal, 2020, 71(4): 1411-1423. | |
17 | 邵志国, 史志鹏, 许毓, 等. 氧化钙在油基钻屑热脱附中的协同作用[J]. 天然气工业, 2020, 40(10): 148-155. |
Shao Z G, Shi Z P, Xu Y, et al. Synergistic effect of calcium oxide in thermal desorption of oil-based drilling cuttings[J]. Natural Gas Industry, 2020, 40(10): 148-155. | |
18 | 张哲娜, 金兆迪, 林传钢, 等. 油基钻屑低温热脱附处理工艺模拟[J]. 油气田环境保护, 2020, 30(6): 29-32, 68. |
Zhang Z N, Jin Z D, Lin C G, et al. Simulation study on low temperature thermal desorption of oil-based drilling cuttings[J]. Environmental Protection of Oil & Gas Fields, 2020, 30(6): 29-32, 68. | |
19 | 王帮林. 油基钻屑热脱附处理后回收柴油的再利用技术[J]. 江汉石油职工大学学报, 2020, 33(5): 49-51. |
Wang B L. Recycling technology for diesel oil recovered from thermal desorption treatment of oil-based drilling cuttings[J]. Journal of Jianghan Petroleum University of Staff and Workers, 2020, 33(5): 49-51. | |
20 | 王君, 刘天璐, 黄群星, 等. 储运含油污泥慢速热解特性分析[J]. 化工学报, 2017, 68(3): 1138-1145. |
Wang J, Liu T L, Huang Q X, et al. Slow pyrolysis characteristics of petroleum sludge[J]. CIESC Journal, 2017, 68(3): 1138-1145. | |
21 | 史志鹏, 许毓, 邵志国, 等. 热脱附处理页岩气油基钻屑的研究与应用[J]. 油气田环境保护, 2019, 29(6): 37-40, 65. |
Shi Z P, Xu Y, Shao Z G, et al. Research and application of thermal-desorption treatment of oil-based cuttings from shale gas production[J]. Environmental Protection of Oil & Gas Fields, 2019, 29(6): 37-40, 65. | |
22 | 邵志国, 印涛, 裴明东, 等. 基于电磁加热式油基钻屑热脱附装置控制系统[J]. 中国仪器仪表, 2019(6): 45-48. |
Shao Z G, Yin T, Pei M D, et al. Control system of the oil-based drilling cuttings thermal desorption device based on electromagnetic heating[J]. China Instrumentation, 2019(6): 45-48. | |
23 | 郭文辉, 孟祥海, 肖超, 等. 热脱附技术处理油基钻屑实验研究[J]. 油气田环境保护, 2018, 28(4): 38-41, 62. |
Guo W H, Meng X H, Xiao C, et al. Experimental study on the oil-based drill cuttings treatment by thermal desorption[J]. Environmental Protection of Oil & Gas Fields, 2018, 28(4): 38-41, 62. | |
24 | 周浩, 汪根宝, 李蒙, 等. 含油钻屑的热解特性[J]. 环境工程学报, 2017, 11(12): 6421-6428. |
Zhou H, Wang G B, Li M, et al. Investigation of pyrolysis characteristics of oil-contaminated drill cuttings[J]. Chinese Journal of Environmental Engineering, 2017, 11(12): 6421-6428. | |
25 | 范海宏, 张鹏, 李斌斌. 石灰污泥共热法在水泥煅烧中的应用[J]. 环境工程学报, 2013, 7(2): 689-694. |
Fan H H, Zhang P, Li B B. Application of sludge drying heat with lime in cement burning[J]. Chinese Journal of Environmental Engineering, 2013, 7(2): 689-694. | |
26 | 张鹏. CaO处理污泥干化臭气的实验研究[D]. 西安: 西安建筑科技大学, 2012. |
Zhang P. The test research of using CaO from cement kiln waste to treat sludge drying exhaust gas[D]. Xi'an: Xi'an University of Architecture and Technology, 2012. | |
27 | 纪秀俊. CaO调质城市污泥热干化过程及其建模研究[D]. 兰州: 兰州理工大学, 2018. |
Ji X J. The research of CaO treatment municipal sludge effects on sludge thermal drying and mathematical modeling[D]. Lanzhou: Lanzhou University of Technology, 2018. | |
28 | 许世佩. 红外快速加热与反应分级调控煤热解制油气研究[D]. 北京: 中国科学院大学(中国科学院过程工程研究所), 2019. |
Xu S P. Coal pyrolysis for oil and gas with infrared quick heating and staged reaction control [D]. Beijing: University of Chinese Academy of Sciences (Institute of Process Engineering, Chinese Academy of Sciences), 2019. | |
29 | 蒋卷涛. 煤焦加氢制甲烷的CaO-Fe催化作用研究和热力学分析[D]. 北京: 北京化工大学, 2016. |
Jiang J T. Study on catalysis of CaO-Fe and thermodynamic analysis in hydrogasification of char for methane[D]. Beijing: Beijing University of Chemical Technology, 2016. | |
30 | 赖登国. 内构件移动床固体热载体油页岩热解技术研究[D]. 北京: 中国科学院大学(中国科学院过程工程研究所), 2017. |
Lai D G. Pyrolysis of oil shale by solid heat carrier in moving bed with internals[D]. Beijing: University of Chinese Academy of Sciences (Institute of Process Engineering, Chinese Academy of Sciences), 2017. | |
31 | Liu H, Yi L L, Hu H Y, et al. Emission control of NO x precursors during sewage sludge pyrolysis using an integrated pretreatment of Fenton peroxidation and CaO conditioning[J]. Fuel, 2017, 195: 208-216. |
[1] | 黄琮琪, 吴一梅, 陈建业, 邵双全. 碱性电解水制氢装置热管理系统仿真研究[J]. 化工学报, 2023, 74(S1): 320-328. |
[2] | 张佳怡, 何佳莉, 谢江鹏, 王健, 赵鹬, 张栋强. 渗透汽化技术用于锂电池生产中N-甲基吡咯烷酮回收的研究进展[J]. 化工学报, 2023, 74(8): 3203-3215. |
[3] | 盛冰纯, 于建国, 林森. 铝基锂吸附剂分离高钠型地下卤水锂资源过程研究[J]. 化工学报, 2023, 74(8): 3375-3385. |
[4] | 张瑞航, 曹潘, 杨锋, 李昆, 肖朋, 邓春, 刘蓓, 孙长宇, 陈光进. ZIF-8纳米流体天然气乙烷回收工艺的产品纯度关键影响因素分析[J]. 化工学报, 2023, 74(8): 3386-3393. |
[5] | 李凯旋, 谭伟, 张曼玉, 徐志豪, 王旭裕, 纪红兵. 富含零价钴活性位点的钴氮碳/活性炭设计及甲醛催化氧化应用研究[J]. 化工学报, 2023, 74(8): 3342-3352. |
[6] | 韩晨, 司徒友珉, 朱斌, 许建良, 郭晓镭, 刘海峰. 协同处理废液的多喷嘴粉煤气化炉内反应流动研究[J]. 化工学报, 2023, 74(8): 3266-3278. |
[7] | 张曼铮, 肖猛, 闫沛伟, 苗政, 徐进良, 纪献兵. 危废焚烧处理耦合有机朗肯循环系统工质筛选与热力学优化[J]. 化工学报, 2023, 74(8): 3502-3512. |
[8] | 段重达, 姚小伟, 朱家华, 孙静, 胡南, 李广悦. 环境因素对克雷白氏杆菌诱导碳酸钙沉淀的影响[J]. 化工学报, 2023, 74(8): 3543-3553. |
[9] | 吕龙义, 及文博, 韩沐达, 李伟光, 高文芳, 刘晓阳, 孙丽, 王鹏飞, 任芝军, 张光明. 铁基导电材料强化厌氧去除卤代有机污染物:研究进展及未来展望[J]. 化工学报, 2023, 74(8): 3193-3202. |
[10] | 屈园浩, 邓文义, 谢晓丹, 苏亚欣. 活性炭/石墨辅助污泥电渗脱水研究[J]. 化工学报, 2023, 74(7): 3038-3050. |
[11] | 朱风, 陈凯琳, 黄小凤, 鲍银珠, 李文斌, 刘嘉鑫, 吴玮强, 高王伟. KOH改性电石渣脱除羰基硫的性能研究[J]. 化工学报, 2023, 74(6): 2668-2679. |
[12] | 陈朝光, 贾玉香, 汪锰. 以低浓度废酸驱动中和渗析脱盐的模拟与验证[J]. 化工学报, 2023, 74(6): 2486-2494. |
[13] | 葛泽峰, 吴雨青, 曾名迅, 查振婷, 马宇娜, 侯增辉, 张会岩. 灰化学成分对生物质气化特性的影响规律[J]. 化工学报, 2023, 74(5): 2136-2146. |
[14] | 肖忠良, 尹碧露, 宋刘斌, 匡尹杰, 赵亭亭, 刘成, 袁荣耀. 废旧锂离子电池回收工艺研究进展及其安全风险分析[J]. 化工学报, 2023, 74(4): 1446-1456. |
[15] | 刘定平, 陈爱桦, 张向阳, 何文浩, 王海. 铝灰半干法水解脱氮研究[J]. 化工学报, 2023, 74(3): 1294-1302. |
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