页岩油干馏生产过程中的废甲苯萃取工艺研究

页岩油干馏生产过程中的废甲苯萃取工艺研究

在油母板岩的干燥过程中，各种干蒸馏产品，包括岩浆岩、水蒸汽和干蒸馏瓷砖，被引入油母板。在清洗过程中，岩浆粉吸收非常小的油雾，形成亲水物质。当处于激烈搅拌状态时，含有黑色半固体的燃料、水和灰尘的橡胶污泥物质（如“油污泥”）被称为“油污泥”。因生产操作条件的不同,油泥的产量也有所不同,一般为页岩原油产量的3‰~5‰。页岩炼油厂每年油泥产量(以原油产量15万t/a)大约为450~750t。油母页岩炼油厂的油泥中由一定质量分数(10%~40%)的原油,以及质量分数为40%~65%的页岩粉尘、重金属离子与无机盐类等物质组成,密度为1.5~1.8g/cm3。页岩干馏油泥的特点是含油量高,油相、水相、固相乳化严重,因页岩粉尘颗粒细,密度大,用常规方法分离难度较大,处置不当会造成环境污染。对含油固体废弃物进行环保的无害化处理,消除环保隐患,有较好的社会和环保效益。而科学环保处理油泥,不仅能够有效回收页岩原油,变废为宝,还有良好的经济效益。本文利用废甲苯进行萃取、热碱水进行洗脱,处理回收页岩油。把处理后的油泥渣与页岩粉尘、固硫剂等进行搅拌混合后压碇成型,经干燥后,进行低温干馏生产,从而实现油泥的资源化、无害化处理。1实验部分1.1实验原材料1.1.1油泥的沉积在油母页岩进行低温干馏生产时,含有页岩油蒸汽、干馏瓦斯及页岩灰尘的干馏产物,在油品经过三级水洗回收过程中,在回收工艺环节所在各池、罐等中底部均有油泥沉积。这部分油泥特点是油的质量分数较高约为40%~50%,页岩粉尘、泥沙等质量分数约为15%~25%。1.1.2罐底油泥沉积型成品油贮罐在储存油品时,因油品中少量的机械杂质、沙粒、泥土以及石蜡、沥青质等重质性组分沉积在油罐底部,形成罐底油泥。该油泥特点是油的质量分数约为50%~60%以及质量分数为5%~10%的页岩粉尘等杂质。1.1.3页岩油的从蓄热式烟气中携带水蒸汽、粉尘和页岩油循环瓦斯中携带有大量的页岩油,大约为15~20g/m3,在给干馏炉通热循环瓦斯的过程中,瓦斯中的页岩油就粘附在蓄热式格子砖上,而加热炉在燃烧蓄热过程中,在烟囱抽力作用下,热烟气会把粘附在格子砖上部分页岩油携带入烟道中,烟气中的水蒸汽、粉尘和页岩油会形成油泥沉积在烟道中。该油泥特点是油的质量分数较低,但页岩粉尘的质量分数较高。1.1.4成品罐底部沉积高浓污水主要是由回收页岩油过程中产生的含油污水、成品罐脱水、瓦斯排送机轴封、轴承冷却水等组成。污水池底部沉积有较多油泥。在干馏装置检修和清成品油罐期间,上述四部分油泥被清理后集中送往油泥池中贮存。1.2试剂和设备含页岩油的甲苯,质量分数为2%~4%的碳酸钠溶液,生石灰。原料处理罐,一、二级油水分离罐,回收油储罐,搅拌机,成型机,干燥机。1.3页岩灰泥无砂区采用废甲苯萃取→热碱水洗涤+氯化钠→加热搅拌→沉降分离,上层得到油水混合物,下层为含有少部分油的页岩灰泥,把页岩灰泥与页岩粉尘和粘结剂进行混合搅拌成型后再进行干燥,得到一定的强度后送回干馏炉进行低温干馏作业,从而实现油泥的无害化处理。1.4实验原理1.4.1废甲苯的防护在页岩铝甑分析化验过程中,甲苯是作为有机溶剂来萃取产生的页岩油,从而测定出页岩的含油率、含水率等指标。目前,页岩炼油厂每天因做页岩铝甑分析而耗用甲苯约1700mL,以每年355天计,则每年会产生含油的废甲苯约600L。因甲苯具有中等毒性,对皮肤和粘膜刺激性大,对神经系统作用比苯强,因此,对废甲苯的处置采用燃烧或深埋均会造成对大气、土壤和地下水质的污染。由于溶解了页岩油的甲苯并未达到饱和状态,因此,废甲苯仍有一定的萃取作用。本着“以废治废”和“处理低成本”的原则,本方案采用废甲苯做为萃取溶剂。1.4.2页岩粉碎压碇成型在原矿系统的一次破碎、二次破碎过程以及皮带运输过程中,会产生大量的页岩粉尘,这些粉尘与处理后的油泥及生石灰进行混合后进行压碇成型,干燥后送回干馏炉进行低温干馏操作,也可作为型煤进行燃烧取热。1.4.3油泥的处置难点根据对“含油污泥”有关资料的查阅和调研可知,在几种处理工艺中,对油泥中的油、泥、水的三相彻底分离难度较大,相应的处理工序也相对复杂,处理投入的成本也相当巨大,且处理后的油泥即泥渣也不能任意排放。因此,处理的关键是对泥渣的合理处置。本方案采用对泥渣与页岩粉尘、生石灰进行混合、成型、压碇、干燥后,送到干馏炉进行低温干馏作业,这样就解决了泥渣不能任意排放的问题。1.5实验过程实验流程如图1所示。2结果与讨论2.1碳酸钠质量浓度对页岩油回收率的影响油泥处理质量为100kg,处理温度60℃、废甲苯质量为3kg,油泥中油的质量分数为45%,碳酸钠质量浓度与页岩油回收率的关系见表1。由表1可知,随着碳酸钠质量浓度的增加,页岩油的回收率提高了。但是过高质量浓度的碳酸钠如腐蚀设备,不利于生产的循环进行,因此,选择碳酸钠质量浓度为0.03g/mL是相对安全可靠的。2.2废甲苯与页岩油回收率油泥处理质量为100kg,处理温度保持60℃、碳酸钠质量浓度为0.03g/mL,油泥中油的质量分数为45%,废甲苯的质量与页岩油回收率的关系见表2。由表2可知,随着m(废甲苯)的增加,油泥中页岩油很快被废甲苯溶解形成油层,页岩油的回收率明显提高。当然,废甲苯的质量越大,页岩油的回收率越高,但是,考虑到甲苯的毒性和处理油泥的成本,3.0g废甲苯的加入质量更加经济、环保。2.3处理温度对页岩油回收率的影响油泥处理量为100kg,碳酸钠质量浓度为0.03g/mL、废甲苯质量为3.0kg,油泥中油的质量分数为45%,处理温度对页岩油回收率的影响见表3。由表3可知,随着处理温度的增加,页岩油的回收效率明显的提高。但是,超过70℃,页岩油中的轻质油品(如石脑油,馏分为70~145℃)就会挥发出来,对身体健康及环境造成危害,因此处理温度在65~70℃最好。2.4铝fig的低温干馏实验处理后,将w(泥渣)40%~45%、w(页岩粉尘)50%~55%、w(生石灰)2%~3%(做粘结剂)用搅拌机混合均匀后,在小型型煤机上进行挤压成型,在进行干燥、冷却后,再进行铝甑的低温干馏实验。将油母页岩和成型泥渣样品分别装于铝甑中,在隔绝空气条件下以一定的升温速度加热到520℃,并保持一定时间。干馏后测定所得水份、焦油、半焦和气体损失的收率,结果见表4。由表4可知,油母页岩和成型泥渣在半焦和气体损失的收率两项结果相差较大,分析原因是泥渣中仍含有一定量的页岩油,这部分页岩油在低温干馏过程中,首先进行裂解生成烯烃等小分子气体,造成气体损失增大,因此,半焦收率相对减少。2.5经济效益分析该油泥处理方案页岩油的回收率可达75%,油泥的平均含油的质量分数为50%、油泥处理质量为1