一种基于分级破乳的高含水含油固体废物处理装置及方法

1.本发明属于高含水含油固体废物处理技术领域，特别涉及一种基于分级破乳的高含水含油固体废物处理装置及方法。


背景技术：

2.在石油、化工等工业的生产过程中会产生各种各样的高含水且含油的固体废物如含油污泥、罐底污泥等，这些类污泥主要是石油烃、水和固体颗粒的混合物，包含多环芳烃以及痕量重金属等有害物质，如不能有效处理而进入自然环境中，会造成水体、土壤和大气的二次污染。此外，此类固体废物的含水率极高，一般可高达60％至95％，高含水量的固体废物不利于运输以及后续处理，会占用大量的土地资源，这也导致此类废物的处理处置成本高、难度大。综上，如何高效、经济的脱除高含水含油固体废物中的油分和水分，实现其资源化和无害化成为了亟待解决的问题。
3.现有技术中，焚烧和热解是常见的处理高含水含油固体废物的方法，但是焚烧无法有效的回收含油固体废物中的油分，还存在能耗高、产生二次污染等问题；热解虽然能够有效的回收固体废物中的油分，但是需要将温度升高到500℃～900℃，另外此类固体废物中过高的含水率使得在热解过程中的能耗进一步增加。
4.化学热洗技术已经被用于去除高含水含油固体废物中的油分，化学热洗法是指使用调质后的热水在最佳洗涤条件下对含油污泥进行清洗，然后用气浮等措施使固液分离，达到油、水、泥三相分离的目的。使用上述化学热洗法可将含油污泥残油率降到1％以下，同时能耗也相应较低；然而，在清洗过程中需要向固体废物中添加3～8倍的同等体积或质量的水分以提高洗涤效率，并且还要添加洗涤剂去破坏油水界面和油固界面使得油分与水和固体分离，这增加了后续水处理的负担；再有，经过洗涤后的固体废物还需要进行进一步的脱水处理。
5.综上所述，现阶段并无经济、高效的高含水含油固体废物同时脱水除油的方法，亟需开发一种新型的高含水含油固体废物处理装置或方法。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种基于分级破乳的高含水含油固体废物处理装置及方法，以解决上述存在的一个或多个技术问题。本发明提供的技术方案，能够在少量能量供给和水分供给的情况下，实现油分和水分的同时脱除，具有经济高效的优点。
7.为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
8.本发明提供的一种基于分级破乳的高含水含油固体废物处理装置，包括：热水解反应容器和压滤容器；
9.所述热水解反应容器设置有进料管、搅拌装置、储油斗、排油管和排料管；其中，所述进料管的进口处连通设置有第一管路、第二管路和第三管路；所述第一管路用于输入待处理的高含水含油固体废物，所述待处理的高含水含油固体废物经过加水处理后的含水率
在90％以上，所述第一管路设置有进料阀门；所述第二管路用于高压注水，所述第二管路设置有进水阀门；所述第三管路用于输入调理剂以实现分级破乳，所述第三管路设置有调理剂泵入阀门；所述搅拌装置用于对所述热水解反应容器内的物料进行搅拌以实现油固分离；所述储油斗用于收集油固分离后的油分；所述排油管用于在压力差的作用下输出所述储油斗收集的油分；所述排料管用于输出热水解处理后的固体废物原料，所述排料管上设置有排料阀门；
10.所述压滤容器内设置有挤压仓，所述挤压仓用于输入所述热水解处理后的固体废物原料；所述挤压仓内设置有挤压装置，用于挤压脱水；所述挤压仓的仓壁设置有排水孔，用于排出脱出的水分；
11.所述挤压装置包括：活塞和压力杆；所述活塞可移动的设置于所述挤压仓内；所述压力杆的一端与所述活塞固定连接，另一端通出所述压滤容器，通过压力杆能够驱动所述活塞在挤压仓内移动。
12.本发明装置的进一步改进在于，所述进料管的出口设置于所述热水解反应容器的底部。
13.本发明装置的进一步改进在于，所述搅拌装置包括：搅拌杆和搅拌电机；所述搅拌杆设置于所述热水解反应容器内，所述搅拌电机固定设置于所述热水解反应容器的外壁，用于驱动所述搅拌杆旋转。
14.本发明装置的进一步改进在于，所述热水解反应容器内的热水解反应温度范围为120℃～240℃。
15.本发明装置的进一步改进在于，所述调理剂包括破乳剂和表面活性剂。
16.本发明装置的进一步改进在于，所述排水孔均设置有滤网。
17.本发明装置的进一步改进在于，所述热水解反应容器的容器壁上设置有观察窗。
18.本发明装置的进一步改进在于，还包括：储油箱，用于储存所述排油管输出的油分。
19.本发明提供的一种基于分级破乳的高含水含油固体废物处理方法，基于本发明上述的处理装置，包括以下步骤：
20.打开进料阀门，通过第一管路将待处理的高含水含油固体废物输入热水解反应容器内；
21.关闭进料阀门，打开搅拌装置且将热水解反应容器内的反应氛围升温至预设热水解反应温度；热水解反应预设时长以破坏油水乳化结构实现油水分离，在搅拌作用下实现油固分离；
22.关闭搅拌装置，打开进水阀门，向热水解反应容器内高压注水以抬升油水界面的高度且增加除油后固废原料的含水率；
23.无油分进入储油斗或有固体进入储油斗时，关闭进水阀门；通过排油管将储油斗中的油分在压力差的作用下输出，待热水解反应容器的压力恢复到常压后，关闭排油阀门；
24.打开进水阀门，向热水解反应容器中高压注水，使油水固三相分层且物料的上界面在储油斗的进口以下预设位置；
25.关闭进水阀门且打开调理剂泵入阀门，将调理剂输入热水解反应容器内，维持热水解反应容器在预设热水解反应温度下并打开搅拌装置，待压力升高到水的饱和蒸汽压
后，通过排油管将储油斗中的油分在压力差的作用下输出，待热水解反应容器的压力恢复到常压后，关闭排油阀门；
26.打开排料阀门，将热水解处理后的固体废物原料经排料管输入压滤容器内部的挤压仓；通过挤压装置对固体废物原料进行挤压脱水，脱出的水分经排水孔排出。
27.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
28.本发明提供的装置，能够在少量能量供给和水分供给的情况下，实现油分和水分的同时脱除，具有经济高效的优点。
29.具体解释性的：
30.(1)本发明实施例提供的装置，设置有热水解反应容器，利用热水解处理可破坏高含水含油固体废物中的乳化结构并有效的降低油与固体颗粒的附着；具体原理解释性的，在高温高压的环境下水分子剧烈的无规则运动会破坏油固界面的界面平衡，从而破坏油水乳化结构；此外，油的黏度会由于温度升高而降低，在热水解温度下油与泥砂之间的静电排斥力也增加，因此油的附着力变弱，在此情况下利用机械搅拌更易剥离固体颗粒上的油分；再有，在高温条件下高含水含油固体废物中固体颗粒的热运动增加，颗粒之间碰撞机会增多，利于油泥破乳脱油，提升除油效率。
31.(2)本发明提供的装置，设置有第三管路，用于输入调理剂以实现分级破乳；具体原理解释性的，在经过热水解处理后的固体废物中大部分的油分漂浮在液面上层可通过压力差被排除；此后，通过在高压条件下向固体废物中添加调理剂来进行破乳除油，实现分级破乳，从而能够进一步降低固体废物中的油分。
32.(3)本发明提供的装置，设置有压滤容器，可实现高含水含油固体废物的同时脱水除油且能耗较低；具体原理解释性的，固体废物在经过分级破乳处理后，油分通过压力差被移除，余下的水固混合物在高温条件下直接被转移到压滤容器中进行挤压脱水，固体颗粒在经过热水解处理后会发生团聚和絮凝现象，可提高其压滤性能；另外，脱水是在一个完全密闭的容器，在热水解温度下直接对固体废物直接进行脱水，水分在每个对应的温度都有一个饱和蒸汽压，在这种高温高压情况下高含水含油固体废物中的水分大部分是以液态的形式存在，在这种情况下利用机械压滤技术使水分与固体废物分离，不存在水的相变，故本发明装置具有能耗低的特点。
附图说明
33.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍；显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，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的附图。
34.图1是本发明实施例提供的一种基于分级破乳的高含水含油固体废物处理装置的结构示意图；
35.图1中，1、进料阀门；2、进水阀门；3、调理剂泵入阀门；4、进料管；5、热水解反应容器；6、排油阀门；7、排油管；8、观察窗；9、储油斗；10、排料阀门；11、搅拌电机；12、储油箱；13、排料管；14、压滤容器；15、挤压仓；16、排水孔；17、滤网；18、活塞；19、压力杆。
具体实施方式
36.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
37.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
38.下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
39.请参阅图1，本发明实施例提供的一种高含水含油固体废物处理装置，主要包括：进料阀门1、进水阀门2、调理剂泵入阀门3、进料管4、热水解反应容器5、排油阀门6、排油管7、观察窗8、储油斗9、排料阀门10、搅拌电机11、储油箱12、排料管13、压滤容器14、挤压仓15、排水孔16、滤网17、活塞18和压力杆19。
40.本发明实施例装置的连接方式具体如下：热水解反应容器5内置搅拌电机11，左上端嵌入有进料管4；进料管4通过进料阀门1与原料泵入装置相连，通过进水阀门2与高压注水装置相连，通过调理剂泵入阀门3与调理剂泵相连；热水解反应容器5的右上端嵌入有排油管7，排油管7的下端插入储油斗9中，在于储油斗9高度一致的热水解反应容器5外壁上装有观察窗8；排油管7通过排油阀门6与储油箱12相连；热水解反应容器5通过排料阀门10和排料管13与压滤容器14内部的挤压仓15相连；挤压仓15内部被滤网17环绕，下底部有排水孔16；压力杆19与活塞18相连，活塞18被置于挤压仓15内；活塞18在在压力杆19的作用下在不影响滤网17的情况下上下移动。
41.本发明实施例装置通过原料调配阶段、热水解反应阶段、排油阶段、循环排油阶段和脱水阶段，能够在少量能量供给和水分供给的情况下，实现油分和水分的同时脱除。
42.本发明实施例解释性的，设置搅拌装置主要目的是由于在高温条件下水分子的剧烈运动使得油和固体颗粒之间稳定的界面被破坏，在不停的搅拌下的作用下，固体颗粒上的油分被剥离，实现了油固分离；设置排油管7的目的是，油分在压力差的作用下通过排油管7被排出；设置观察窗8的目的是观察进入储油斗9油分，确保无固体颗粒进入储油斗9；设置高压注水装置和进水阀门2的主要目的是抬升油水界面的高度，同时增加除油后原料的含水率提高循环排油阶段的除油效率。对挤压仓15中的原料进行挤压脱水，大部分的水分以液态的形式排除，属于无蒸发脱水，能耗低；由于压滤容器14与挤压仓15之间留有很大的空间，因此在挤压的过程中没有对空气进行挤压脱水，提高了装置的实用性。
43.本发明实施例提供实施例方法，基于本发明实施例上述的装置，方法主要分为五个阶段包括原料调配阶段、热水解反应阶段、排油阶段、循环排油阶段和脱水阶段；所述方法具体包括以下步骤：
44.首先，在原料调配阶段高含水含油的固体废物被分析，根据不同物料的特性，基于本装置的特点，高含水含油固体废物的含水率被调配到90％以上；
45.待物料在原料调配阶段结束后，进入热水解反应阶段；打开进料阀门1，调配后的原料被泵入热水解反应容器5内，待适量的物料进入热水解反应容器5后，关闭进料阀门1，打开搅拌装置；热水解反应容器5在升温程序的控制下升高到预设的温度，进行热水解反应，待热水解处理结束后，进入排油阶段；
46.关闭搅拌装置，打开进水阀门2，通过高压注水装置经进料管4向热水解反应容器5中注入适量的水分；通过观察窗8能够观察到上层油分流入储油斗9后，继续注入水分；待观察到无明显油分进入储油斗9或有固体进入储油斗9后，关闭进水阀门2；
47.打开排油阀门6，储油斗9中的油分在压力差的作用下通过排油管7进入储油罐；
48.待热水解反应容器5的压力恢复到常压后，关闭排油阀门6，进入循环排油阶段；打开进水阀门2，通过高压注水装置经进料管4向热水解反应容器5中注入水分，确保水分不能进入储油斗9；关闭进水阀门2，待反应10-30分钟后，打开排油阀门6，储油斗9中的油分在压力差的作用下通过排油管7进入储油罐；重复上述操作2-5次，待排除的液体无明显油分后，关闭进水阀门2，打开调理剂泵入装置，将调理剂泵入热水解反应容器5内；维持热水解反应容器5在热水解温度下，并打开搅拌装置，待压力升高到水的饱和蒸汽压后，重复进行上述排油阶段的操作；
49.循环排油阶段结束，进入脱水阶段；打开排料阀门10，经热水解处理后的原料经排料管13进入压滤容器14内部的挤压仓15；通过压力杆19推动活塞18对挤压仓15中的原料进行挤压脱水；脱除的水分通过滤网17的过滤经挤压仓15下部的排水孔16与原料中的固体分离，脱除的水分被留在压滤容器14底部，装置运行完毕。
50.本发明实施例中，根据不同物料的特性，基于本装置的特点，高含水含油固体废物的含水率调配到90％以上，是由于高含水率的物料在进行热水解处理后，油水固三相才能稳定的分层。另外，进行热水解反应的目的在于原料在进行热水解处理的过程，油水乳化结构被破坏，实现油水的分离，在高温条件下水分子的剧烈运动使得油和固体颗粒之间稳定的界面被破坏。
51.本发明实施例方法优选的，高压注水装置的注水量为在排油阶段排除油分100％～250％；循环排油阶段需要重复进行2-4次。解释性的，循环排油阶段结束后通过添加破乳剂或者清洗剂来去除热水解反应无法脱出的油分，这两个过程的组合叫做分级破乳。
52.本发明实施例中，调理剂泵入阀门3在完成热水解反应后添加调理剂，实现分级破乳的目的，能够提高破乳效率；泵入的调理剂为表面活性剂和破乳剂等能够提高脱水除油效率的物质。
53.本发明实施例中，打开排料阀门10，经热水解处理后原料经排料管13进入压滤容器14；由于物料在经过热水解处理后依然保持在一定的温度下，因此压滤容器14在与物料接触后温度会升高，排料后压滤容器14升高后的温度要比热水解温度低20℃～80℃。
54.本发明实施例利用热水解处理破坏了高含水含油固体废物中的乳化结构并有效的降低油与固体颗粒的附着。具体原理如下:在高温高压的环境下水分子剧烈的无规则运动会破坏油固界面的界面平衡，从而破坏油水乳化结构；此外，油的黏度会由于温度升高而降低，在热水解温度下油与泥砂之间的静电排斥力也增加，因此油的附着力变弱，在此情况
下利用机械搅拌更易剥离固体颗粒上的油分。此外，在高温条件下高含水含油固体废物中固体颗粒的热运动增加，颗粒之间碰撞机会增多，利于油泥破乳脱油，提升除油效率。本发明实施例通过在热水解破乳后添加调理剂实现了分级破乳，原理如下：在经过热水解处理后的固体废物中大部分的油分漂浮在液面上层可通过压力差被排除；此后，通过在高压条件下向固体废物中添加调理剂来进行破乳除油，实现分级破乳，从而进一步的降低固体废物中的油分。本发明实施例实现了高含水含油固体废物的同时脱水除油且能耗较低。固体废物在经过分级破乳处理后，油分通过压力差被移除，余下的水固混合物在高温条件下直接被转移到压滤容器中进行挤压脱水。固体颗粒在经过热水解处理后会发生团聚和絮凝现象，可提高其压滤性能。另外，脱水是在一个完全密闭的容器，在热水解温度下直接对固体废物直接进行脱水，水分在每个对应的温度都有一个饱和蒸汽压，在这种高温高压情况下高含水含油固体废物中的水分大部分是以液态的形式存在，在这种情况下利用机械压滤技术使水分与固体废物分离，不存在水的相变，故本发明装置具有能耗低的特点。
55.基于上述的阐述可知，本发明能够实现高含水含油固体废物中的油分和水分的同时脱除。
56.本发明具体实施例的一种高含水含油固体废物处理方法，基于本发明任一项上述的装置，具体包括以下步骤：
57.首先，在原料调配阶段高含水含油的固体废物被分析，根据不同物料的特性，基于本装置的特点，高含水含油固体废物的含水率被调配到90％以上；这是由于高含水率的物料在进行热水解处理后，油水固三相才能稳定的分层。待物料在原料调配阶段结束后，物料进入热水解反应阶段；
58.打开进料阀门1，调配后的原料被泵入热水解反应容器5内，待适量的物料进入热水解反应容器5后，关闭进料阀门1；随后，打开搅拌装置，转速为100～500rpm；热水解反应容器5在升温程序的控制下升高到预设的温度，进行热水解反应，热水解温度在120～240c，反应时间在30～120分钟；原料在进行热水解处理的过程，油水乳化结构被破坏，实现了油水的分离；在高温条件下水分子的剧烈运动使得油和固体颗粒之间稳定的界面被破坏，在不停的搅拌下以的作用下，固体颗粒上的油分也被剥离。由于，水分和油分的密度差，大部分的油分漂浮在上层；待热水解处理结束后，进入排油阶段；
59.关闭搅拌装置，打开进水阀门2，通过高压注水装置经进料管4向热水解反应容器5中注入适量的水分，抬升油水界面的高度，同时增加除油后原料的含水率提高循环排油阶段的除油效率；通过观察窗8能够观察到上层油分流入储油斗9后，继续注入水分；待观察到无明显油分进入储油斗9或有固体进入储油斗9后，关闭进水阀门2；
60.随后，打开排油阀门6，储油斗9中的油分在压力差的作用下通过排油管7进入储油罐；待热水解反应容器5的压力恢复到常压后，关闭排油阀门6，进入循环排油阶段。
61.打开进水阀门2，通过高压注水装置经进料管4向热水解反应容器5中注入适量的水分，使油水固三相才能稳定的分层；加入的水分不能使物料的上界面超过储油斗9，注水量为在排油阶段排除油分100％～250％；关闭进水阀门2，维持热水解反应容器5在热水解温度下，并打开搅拌装置，待压力升高到水的饱和蒸汽压后，持续10-30分钟后，重复进行上述排油阶段的操作；重复2～4次后，待进入储油斗9的液体无明显的油分后，打开调理剂泵入装置，将调理剂泵入热水解反应容器5内；调理剂包括破乳剂和表面活性剂等有机物质，
上述物质的能够提高油水分离和油固分离的效果；在热水解破乳后添加调理剂是因为热水解反应是发生在高温高压的条件下，调理剂长时间的存在这种条件下容易被分解导致破乳和剥离油分的效果不佳，因此本装置使用了分级破乳的方式，进一步提高了油分的分离效率。维持热水解反应容器5在热水解温度下，并打开搅拌装置，待压力升高到水的饱和蒸汽压后，持续10-30分钟后，重复进行上述排油阶段的操作，待排油结束后循环排油阶段结束，进入脱水阶段；
62.打开排料阀门10，经热水解处理后已脱出大部分油分的原料经排料管13进入压滤容器14内部的挤压仓15；由于物料在经过热水解处理后依然保持在一定的温度下，因此压滤容器14在与物料接触后温度会升高，因此压滤容器14仍然保持在一定的饱和蒸汽压和温度下并伴有少量的水分蒸发，在此情况下对通过压力杆19推动活塞18对挤压仓15中的原料进行挤压脱水，大部分的水分以液态的形式排除，属于无蒸发脱水，能耗低；由于压滤容器14与挤压仓15之间留有很大的空间，因此在挤压的过程中没有对空气进行挤压脱水，提高了装置的实用性；脱除的水分通过滤网17的过滤经挤压仓15下部的排水孔16与原料中的固体分离，脱除的水分被留在压滤容器14底部，滤网17上滤孔直径的范围为0.425～0.15mm；装置运行完毕，实现了高含水含油固体废物中的油分和水分的同时脱除。
63.最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。