用高温等离子体管式熔融炉处理油基岩屑的系统和方法与流程

本发明涉及一种处理系统，尤其涉及用高温等离子体管式熔融炉处理钻井油基岩屑的系统和方法。
背景技术：
：钻采产生的油基岩屑其浸出液有较高毒性，且不同种类的化学处理剂使钻屑中各类污染物与无机固体之间的桥联结构稳固，其成分结构更加复杂化，客观上增加了工艺处理难度和处理成本。油基岩屑直接排放或简单的填埋处理，会对土壤和地下水形成严重污染，钻屑中还有可能含有大量的病原菌、寄生虫，铜、锌、铅、铬、汞等重金属，进而严重影响人类健康和生态环境，所以需要找出高效、安全、环保的处理技术。油基岩屑的处理技术多种多样，几种常规的处理技术都有各自的优缺点和适用范围（见表1）。由于油基岩屑成分复杂，没有任何一种处理方法可以处理所有类型的含油泥砂，因此采用集成技术对油基岩屑进行分级处理十分必要。随着环保法规的日益严格和完善，油基岩屑的无害化、资源化、综合利用处理技术将成为油基岩屑处理技术发展的必然趋势。表1常规处理技术比较处理方法优点缺点固化工艺简单、成本低廉未回收原油，有环境污染隐患干化回收原油，装备简单国外设备不租不卖，只做技术服务高温裂解回收原油，有害物降解彻底设备能耗大，投资高焚烧废物减量化、处理彻底投资、处理费用高，产生二次污染物化分离回收原油，设备能耗低分离效果有限，后续水处理难微生物处理彻底降解，处理成本低处理周期长，占地面积大油基岩屑的适用处理技术较多，各项技术都有自身的优缺点，因此在实际应用中要根据油基岩屑的具体特点选择不同的处理技术。油基岩屑含油较高时可采用高温裂解、焚烧、物化分离等技术手段回收油基岩屑中的油类，降低处理费用，创造一定的经济效益；而含油较低时可采用固化、干化、微生物处理等技术。高温裂解、焚烧等投资较大的处理技术适合于集中处理建厂，而干化、微生物处理则可应用于单井治理。（2）单一处理技术可能难以达到标准要求，因此需要将多种处理技术联合应用，以达到环保要求，并降低处理成本，增加收益。（3）随着环保法规的日益严格和完善，油基岩屑的无害化、资源化、综合利用处理技术将成为油基岩屑处理技术发展的必然趋势。技术实现要素：本发明为了解决现有技术中油基岩屑处理设备或方法能源浪费、效率低下及环境污染严重的问题，提供了用高温等离子体管式熔融炉处理钻井油基岩屑的系统，该系统处理过程零污染、低渗出、高减容、高强度、处置率高。本发明为了实现上述目的，所采取的技术方案为用高温等离子体管式熔融炉处理钻井油基岩屑的系统，包括：钻井油基岩屑预处理系统，包括依次相连的立式离心机和卧室离心机、烘干机和粉碎机，所述立式离心机的出口端与卧式离心机的进口端连接，卧式离心机的出口端与烘干装置入口连接，烘干装置出口端与粉碎机进口端连接，所述粉碎机对脱油、脱水、烘干后的钻井油基岩屑破碎为粉状颗粒；高温等离子体气化熔融处理系统，包括高温等离子体发生器（以后称等离子体炬）和高温等离子体管式熔融炉，所述高温等离子体管式熔融炉内安装有若干等离子体炬，等离子体炬间隔设置在熔融炉炉壁上，所述粉碎机的出口连接所述高温等离子体管式熔融炉的入口，所述高温等离子体管式熔融炉的底端设置有熔渣排出口，在所述高温等离子体管式熔融炉靠近底端的侧壁上设置有排气口；尾气处理系统，主要包括冷凝器、旋风除尘器、洗涤塔和燃气发电设备，所述高温等离子体管式熔融炉的排气口依次连接冷凝器、旋风除尘器和洗涤塔，所述洗涤塔的排气口连接所述燃气发电设备的入口，所述高温等离子体管式熔融炉内排出的气体进入所述燃气发电设备进行燃烧发电；熔渣处理及回收系统，包括激冷装置和激冷室，所述激冷装置和激冷室内置激冷水，所述激冷装置连接所述高温等离子体管式熔融炉的底部排渣口，所述高温等离子体熔融炉中产生的液态熔渣经所述激冷装置后进入所述激冷室形成玻璃体。进一步的，所述高温等离子体管式熔融炉的炉体竖直设置，且炉体轴向对称，炉体的入口设置在顶端，等离子体炬垂直于炉体侧壁设置，若干等离子体炬上下排列，以设定间距设置在炉体顶端与底端之间。进一步的，所述立式离心机为立式离心立式离心机，卧式离心机为卧式离心脱水机，所述烘干机的热量来源于所述燃气发电设备。立式离心机的旋转轴是垂直于地面的，而卧室离心机的旋转轴是平行于地面的；两种离心机的分离效率也是不一样的，一般立式离心机转速低，分离效率低，只能进行粗脱，而卧式离心机转速高，分离效率高，用于精脱。进一步的，所述等离子体炬交叉等距设置在所述高温等离子体管式熔融炉的炉体侧壁上，交叉等距设置的等离子体炬逐步使干粉完全气化，固体物质逐步熔融。进一步的，所述熔渣处理及回收系统，包括激冷装置和激冷室，所述激冷装置和激冷室内置激冷水，所述激冷装置连接所述高温等离子体管式熔融炉的底部排渣口，所述高温等离子体熔融炉中产生的液态熔渣经所述激冷装置后进入所述激冷室形成玻璃体。进一步的，所述激冷室还连接有循环水泵和补水泵，所述冷却塔和所述激冷室通过所述循环水泵连接，所述补水泵用于向所述激冷室内进行补水。进一步的，所述尾气处理系统，包括冷凝器、旋风分离器、洗涤塔和燃气发电设备，所述冷凝器的入口连接所述高温等离子体管式熔融炉的排气口，所述高温等离子体管式熔融炉内排出的气体依次流经所述冷凝器、旋风分离器、洗涤塔，经过除尘和洗涤后进入所述燃气发电设备进行燃烧发电。本发明还涉及用高温等离子体管式熔融炉处理钻井油基岩屑的方法，包括以下步骤步骤1：将收集的钻井油基岩屑送入立式离心机，利用离心力将其中的油水分离出来，并进行收集回收利用；步骤2：将初步脱油脱水后的钻井油基岩屑送入卧式离心机中进行二次脱油脱水，进一步分离出油水成分；步骤3：将脱油脱水后的钻井油基岩屑送入烘干机进行完全脱水，使钻井油基岩屑变成干燥的固体；步骤4：将烘干后的钻井油基岩屑送入粉碎机，将固体油基岩屑粉碎为干粉状；步骤5：将粉碎后的干粉状产物与空气混合后利用喷嘴将干粉末连续压入高温等离子体熔融炉中，依次通过多个交叉安装的等离子体炬，利用等离子体炬产生的高活性等离子体将其充分气化，破坏掉钻井油基岩屑中的高分子有机化合物，使之绝大部分气化为气体；再利用等离子体炬的高温特性使剩余的无机物及残存的有毒有害物质熔融，熔融后的熔渣经激冷装置激冷后形成惰性稳定的玻璃体再进入激冷室暂存，定期排出；步骤6：产生的气体经尾气处理系统净化处理后通过引风机引入燃气发电设备进行燃烧发电。本发明所产生的有益效果包括：设备采用密封处理，处理过程零污染、低渗出、高减容、高强度、处置率高。设备可拆卸分解，若设备出现故障，停炉检修更换零部件即可。本发明能够充分利用系统产生的能源，副产品均可回收利用，大大降低系统的整体耗能。设备可全天候运行。设备便于运输，应急能力强，使用灵活，可实现设备利用率最大化。不同的气化炉炉型结构和气化喷嘴的设置位置决定了其气化室内的流场结构，不同的流场结构特点与气化的结果（主要指气化后的有效气co+h2成分含量的高低）密切相关。因此，气化炉的炉型结构和气化喷嘴的设置位置、数量、角度是区别气化炉特点和性能的重要指标。本发明所述的管式熔融炉是完全区别于现有德士古气化炉、道水煤浆气化炉和多喷嘴对置式水煤浆气化炉的炉型结构。本发明所述管式熔融炉具有细长管式结构，在炉侧壁面上垂直均等布置有n支高温等离子体炬，炉顶设置有干粉喷入口，炉底设置有熔渣排出口，靠近底部侧壁上布置有粗煤气排出口；其特点是高截面热负荷和高容积热负荷，非常适合钻井油基岩屑低热值和高灰熔点的特性，从顶部喷嘴喷入的干粉状钻井油基岩屑和气化剂所形成的细长型流场可以依次经过多支高温等离子体炬，充分利用等离子体炬产生的等离子体活性和它的高温特性，使钻井油基岩屑一次性完全气化和熔融。这种炉型结构对于降低单支高温等离子体炬的功率具有较大优势，从而可以大幅降低整个系统的耗电量和功率。附图说明图1为一种高温等离子体管式熔融炉处理钻井油基岩屑复合系统结构示意图。图2为一种高温等离子体管式熔融炉处理钻井油基岩屑复合系统系统流程图。图3为一种高温等离子体管式熔融炉处理钻井油基岩屑复合系统设备流程图。图中：1-立式离心机，2-卧式离心机，3-烘干机，4-粉碎机，5-喷嘴，6-高温等离子体管式熔融炉，7-等离子体炬，8-激冷装置，9-冷凝器，10-旋风分离器，11-洗涤塔，12-引风机，13-燃气发电设备，14-激冷室，15-冷却塔，16-循环水泵，17-补水泵。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细的解释说明，但应当理解为本发明的保护范围并不受具体实施例的限制。如附图1所示，本发明一种高温等离子体管式熔融炉处理钻井油基岩屑复合系统，包括处理系统和控制系统。处理系统是钻井油基岩屑熔融的主要反应场所，同时反馈数据信息给控制系统处理，所述控制系统与所述处理系统连接，以实时监控处理系统的运行状况与信息参数。处理系统是一种高温等离子体管式熔融炉处理钻井油基岩屑复合系统的主要系统，也是钻井油基岩屑熔融的主要反应场所，处理系统包括4个子系统：钻井油基岩屑预处理系统、高温等离子熔融系统、熔渣处理及回收系统、尾气处理系统。所述钻井油基岩屑预处理系统中，立式离心立式离心机（1）出口端与卧式离心脱水机（2）进口端连接，卧式离心脱水机（2）出口与烘干机（3）进口连接，烘干机（3）出口端与粉碎机（4）进口端连接，粉碎机（4）出口与喷嘴（5）连接，并且喷嘴（5）出口端与所述高温等离子体管式熔融炉（6）进口端连接；脱油脱水采用立式离心机和卧式离心机两级分离，使油基岩屑中的水油成分尽可能分离出来，便于后方处理，减少能耗。分离出来的水油混合物能够直接用于钻井，可以如此多次循环利用。喷嘴将钻井油基岩屑粉末连续地喷入高温等离子熔融炉，在炉膛入口处设有密封装置，避免生成的气体从加料口向外溢散。高温等离子体管式熔融炉上方以喷嘴进料，使整个炉膛充满粉末，保证进入的粉末充分气化和熔融。所述高温等离子体熔融系统：所述高温等离子体管式熔融炉（6）侧面垂直安装有1至n个等离子体炬（7），熔渣经底部激冷装置（8）激冷后排至激冷室（14），对激冷后形成的玻璃体状熔渣进行暂存回收；[1]所述熔渣处理及回收系统中激冷室（14）的出口端与冷却塔（15）进口端连接，冷却塔出口端连接激冷室（14），激冷室（14）底部设有补水泵（17），在管路上设有循环水泵（16）；冷却水池水量偏低时，打开补水泵17对循环冷却水系统进行补水。冷却塔（15）为喷雾式冷却塔，但工作区域如果位于缺水地区，所述冷却塔可使用干式冷却塔。[2]所述尾气处理系统包括冷凝器（9）、旋风分离器（10）、洗涤塔（11）、燃气发电设备（13），冷凝器（9）出口端与旋风分离器（10）进口端连接，旋风分离器（10）出口段与洗涤塔（11）进口端连接，洗涤塔（11）出口端与燃气发电设备（13）进口端连接，洗涤塔（11）与燃气发电设备（13）之间设有引风机（烟气，将高温烟气送入烘干机（3）对钻井油基岩屑进行烘干，烘干过程产生的水分由喷入的干空气带走，整个过程为逆流换热。所述控制系统包括电器控制部分的半自动控制模式和简单的机械控制部分组成，用于收集处理系统信息状况，以统一协调处理系统各子系统之间的联系，进行协同控制。一种高温等离子体管式熔融炉处理钻井油基岩屑复合系统系统流程如图2所示，钻井油基岩屑预处理系统连接着高温等离子体熔融系统，高温等离子体熔融系统分别连接着尾气处理系统和熔渣处理及回收系统，这四个系统构成了一种钻井油基岩屑高温等离子熔融处理系统，控制系统和处理系统相互连接，处理系统反馈数据信息给控制系统，控制系统分析处理主要系统反馈的信号，以统一协调各系统之间的联系，进行控制。一种高温等离子体管式熔融炉处理钻井油基岩屑复合系统设备流程如图3所示，钻井油基岩屑预处理系统连接着高温等离子体熔融炉，高温等离子体熔融炉连接着另两条处理设备：一条连接着熔渣处理及回收设备，包括激冷装置、激冷室和冷却塔；另一条连接着尾气处理设备，包括冷凝器，旋风分离器，洗涤塔及燃气发电设备。一种高温等离子体管式熔融炉处理钻井油基岩屑复合系统具体包括以下步骤：步骤1：将收集的钻井油基岩屑送入立式离心机，利用离心力将其中的绝大部分油水分离出来，并进行收集回收利用。步骤2：将初步脱油脱水后的钻井油基岩屑送入卧式离心机进行二次脱油脱水，进一步分离出油水成分；步骤3：将脱油脱水后的钻井油基岩屑送入烘干机，进一步完全脱水使其变成固体，便于粉碎；步骤4：将烘干后的钻井油基岩屑送入粉碎机，将固体油基岩屑粉碎为粉末状，使后面高温等离子体管式熔融炉处理更加快捷充分，也更加节能减耗；步骤5：将粉碎后的粉末状产物与空气混合后利用喷嘴将矿井粉末连续压入高温等离子熔融炉中，依次通过多个交叉安装的等离子体炬将其充分气化，破坏掉钻井油基岩屑中大部分有毒有害物质，钻井油基岩屑中的有机部分迅速气化成主要以co和h2为主的可燃合成气，无机部分和剩余的有毒有害物质熔融后，通过斜坡流道进入激冷室再流入激冷室后经冷却形成惰性稳定的玻璃体。步骤6：钻井油基岩屑在高温等离子熔融炉中热裂解后，产生的合成气通过高温等离子熔融炉靠近底部设置的排气口，依次进入旋风分离器、冷凝器、洗涤塔进行冷却、除尘及洗涤，得到较为纯洁的，以h2和co为主的可燃合成气。合成气通过引风机引入燃气发电设备进行燃烧发电以补充系统部分用电。步骤7：合成气经燃气发电机燃烧利用后产生高温烟气，将高温烟气引入烘干机，作为烘干机的热源，避免烘干机用电加热的能耗，以此节能。一种高温等离子体管式熔融炉处理钻井油基岩屑复合系统较于其他方法，优势在于：所述一种高温等离子体管式熔融炉处理钻井油基岩屑复合系统几乎能将钻井油基岩屑中的碳基废物完全转换成惰性玻璃体和可燃合成气，相比其他技术而言，更加高效。相对于传统处理技术，所述一种高温等离子体管式熔融炉处理钻井油基岩屑复合系统能将钻井油基岩屑中的氮氧化物和二噁英等有毒有害物质完全分解，钻井油基岩屑熔融后灰渣中的有毒有害物质被熔融成无害且稳定的惰性玻璃体。所述一种高温等离子体管式熔融炉处理钻井油基岩屑复合系统产生的可燃合成气和玻璃体均能回收利用，从能源利用角度来看，大大降低了系统的整体能耗。所述一种高温等离子体管式熔融炉处理钻井油基岩屑复合系统通过一系列原料预处理能够大大减小后面高温等离子体管式熔融炉的能耗，提高效率；炉子侧面水平等距安装的多个等离子体炬和充满炉腔的油基岩屑粉末充分接触，依次进行气化和熔融，能够最大限度的保证油基岩屑被完全处理。综上，本发明的一种高温等离子体管式熔融炉处理钻井油基岩屑复合系统，解决了传统钻井油基岩屑处理方式资源浪费、占地面积大、成本高昂、效率低下以及环境污染等突出问题。一种高温等离子体管式熔融炉处理钻井油基岩屑复合系统的应用，从根本上解决了污染源头，整体系统可实现全天候运行，等离子体炬能够根据负荷来调节功率，全面提升系统的效率。本发明的一种高温等离子体管式熔融炉处理钻井油基岩屑复合系统，在恶劣环境下能够全负荷运行，且较于其他处理方式来说，更加高效、安全、可靠、无污染。在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗指所指的装置或元件必须具有特定的方位、为特定的方位构造和操作，因而不能理解为对本发明保护内容的限制。上述仅为本发明的优选实施例，本发明并不仅限于实施例的内容。对于本领域中的技术人员来说，在本发明的技术方案范围内可以有各种变化和更改，所作的任何变化和更改，均在本发明保护范围之内。当前第1页12