一种微波加热处理废弃油泥的方法与流程

本发明涉及废弃油泥回收处理领域，特别是涉及一种微波加热处理废弃油泥的方法。

背景技术：

随着经济发展石油需求增大，油田开采过程产生废弃油泥量持续增加，废弃油泥对环境造成了很大的危害。这些废弃油泥中含有约10-35％的原油、20-30％的水和25-60％的泥沙。目前对废油泥的处理法主要有回注法(注入环形空间或安全地层)、焚烧法、热处理法(蒸馏法)、溶剂萃取法、填埋、生物降解，直接焚烧使废油泥中的有用物被烧掉，不仅浪费资源，而且产生了大量的二氧化碳促进了温室效应的发生，以上其他处理方法会存在浪费石油资源，处理不彻底，占用土地还会造成二次污染。

其中，热处理法是一种有效的油泥处理方法，可以无害化处理油泥，能有效的回收油泥里的石油资源，而且不产生二次污染，实现油泥的资源化。现有的热处理法主要包括传统加热法和微波蒸馏法。其中，传统加热主要是电磁炉干馏法，该方法为采用电磁炉加热油泥或钻屑，在高温条件下蒸馏热解出轻质组分，从而达到无害化处理的目的。电磁炉是利用电磁感应涡流加热原理来工作的，当将铁质锅具底部放置于炉面时，锅具即切割交变磁力线而在锅具底部金属部分产生交变的电流(即涡流)，涡流使锅具铁分子高速无规则运动，分子互相碰撞、摩擦而产生热能使器具本身自行高速发热；从能量转化的角度看，电磁炉的能量转换过程是：电能-电磁能-锅具的热能；然后锅具通过将热传导给油泥或钻屑废弃物而对其进行加热，这样必然会导致加热效率降低。微波蒸馏处理法，该方法为在微波炉中以含油废弃物中的水为吸波介质，通过加热废弃油泥，将岩屑中的油蒸馏出来；该方法的缺点，1、由于加热温度低(约200℃)，对于重质油不能完全处理，对于聚合物添加剂也没有给予无害化处理,处理后含油量仍达到2.2％；2、能源利用效率低，没有将油泥中的自身能量利用起来，造成资源浪费。并且由于废弃油泥具有较高的粘度，不易进行热量的传导和物质的输运，即使是微波加热也常由于油泥受热不均，无法保证油泥整体均一处理，导致部分加热过度或部分加热不足而造成能源和原料浪费。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种微波加热处理废弃油泥的方法，以解决上述现有技术存在的问题，该方法使废弃油泥整体均匀受热，整体能量消耗低，具有操作性好，成本低，处理产物安全无害等优势。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种微波加热处理废弃油泥的方法，包括以下步骤：

将废弃油泥分为废弃油泥a、废弃油泥b和废弃油泥c三部分，分别加入辐射介质a、辐射介质b和辐射介质c，并向所述废弃油泥b中加入发泡剂，分别混合均匀；

在处理容器中依次加入所述废弃油泥a、废弃油泥b和废弃油泥c，进行微波辐射，所述微波辐射采用定向微波，且分别从所述处理容器的上方和下方进行微波辐射；

先微波辐射1-3min，使所述废弃油泥升温至150-250℃，维持温度3-5min，分离水汽，充入氮气，继续微波辐射5-9min，使所述废弃油泥升温至450-600℃，维持温度5-15min，使所述废弃油泥碳化热解为气相部分和固相部分，分别回收利用。

进一步地，所述辐射介质a包括质量比1:1:2的铁氧体粉、碳化硅纤维和棕榈壳。

进一步地，所述辐射介质b包括质量比1:2:3的纳米二氧化钛、花生壳和玉米秸秆。

进一步地，所述辐射介质c包括质量比0.5:0.5:3:5的二辛酸锡、癸酸铋、碳化硅和活性炭。

进一步地，所述辐射介质a、辐射介质b和辐射介质c的加入量分别为所述废弃油泥a、废弃油泥b和废弃油泥c质量的0.5-1.5％、1-2％和1.3-1.8％。

进一步地，所述发泡剂包括偶氮二甲酰胺、三肼基三嗪、对甲苯磺酰胺基脲或3-吗啡基-1,2,3,4-噻三唑中的一种或几种。

进一步地，所述废弃油泥a、废弃油泥b和废弃油泥c的质量比为1-2:2-3:3-5。

进一步地，所述微波辐射为2个、4个或6个，且分成两组分别从所述处理容器的上方和下方进行微波辐射。更进一步地，所述微波辐射优选为4个或6个，进一步优选为4个；4个微波辐射装置分别置于处理容器的左上、右上、左下和右下，且上方两个微波辐射装置的微波发射角度应呈10-45°角，优选20-30°角，更优选为30°角，以使4束定向微波束在废弃油泥中部交汇，使整体受热均匀；其单个微波辐射的辐射面积至少应为处理容器表层面积的3/5，以加强废弃油泥的辐射覆盖。

进一步地，所述微波辐射的频率为900mhz-3500mhz。更进一步地，处理容器上方的微波辐射的频率至少大于下方10-300％，优选为100-200％，如上方的微波辐射的频率为3000mhz，则下方的频率应当在1000-1500mhz；不同频率的微波辐射具有不同的穿透效率和加热强度，大量实验表明，采用本发明上述的微波辐射频率可以更好地提高废弃油泥的吸热速度，缩短预热干化和热分解的时间，平衡整体受热均匀度，进而也可以减少能耗，并提高原料利用率。

进一步地，所述微波辐射的功率为100w-1000w。

本发明公开了以下技术效果：

本发明将废弃油泥分成三部分，并分别加入不同的辐射介质，微波穿透固体颗粒并在颗粒内部聚集，形成从内向外的温度梯度，有利于挥发组分的挥发，并使油泥受热均匀，保证油泥整体均一处理，克服部分加热过度或部分加热不足而造成能源和原料的浪费，提高原料利用率。

辐射介质的主要作用是增强微波的吸收，本发明辐射介质采用有机物和无机物混合，并加入了天然生物材料，一方面可以有效降低成本，另一方面，棕榈壳、花生壳、玉米秸秆和活性炭都是多孔物质，其可以加强传统辐射介质的作用，协同发挥作用；二辛酸锡和癸酸铋同时具有催化和吸收微波的作用，发明人偶然发现，其在油泥中有强烈的趋于均匀分布的性质，借助这一性质，将其加入最上层的废弃油泥c中，其会几乎分布到整个废弃油泥中，而辐射介质中的多孔物质又可以进一步加强该性质，从而促使其在废弃油泥中均匀分布，提高废弃油泥的整体加热程度。中层发泡剂的加入，发泡剂在受热的情况下膨胀并产生充气的夹杂物，使废弃油泥变得膨胀，克服由于油泥粘度过高导致的热量难以传递和物质难以运输的问题，加强废弃油泥的物质运输，使受微波辐射较差的中层反而可能有更好的受热情况和物质运输环境，并且油泥受热分解产生的气体和发泡剂产生的充气夹杂物还可以促进上层油泥的蠕动，加快热量传递和物质运输。

本发明通过将废弃油泥由整体到部分的拆分，再分别加入不同组分的辐射介质，多角度定向微波辐射照射，使废弃油泥整体均匀受热，整体能量消耗低，具有操作性好，成本低，处理产物安全无害等优势。

具体实施方式

现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。

应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。

除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。

在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见得的。本发明说明书和实施例仅是示例性的。

关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。

下列实施例中，所指的废弃油泥的温度为废弃油泥表观温度，可采用接触式温度计或非接触式温度计进行测定，如红外式温度计。

实施例1

一种微波加热处理废弃油泥的方法，包括以下步骤：

将废弃油泥按照质量比为2:2.5:4分为废弃油泥a、废弃油泥b和废弃油泥c三部分，分别加入辐射介质a、辐射介质b和辐射介质c，并向废弃油泥b中加入发泡剂，分别混合均匀；

在处理容器中依次加入废弃油泥a、废弃油泥b和废弃油泥c，进行微波辐射，微波辐射采用定向微波，且分别从处理容器的上方和下方进行微波辐射；

先微波辐射2min，使废弃油泥升温至200℃，维持温度4min，分离水汽，充入氮气，继续微波辐射7min，使废弃油泥升温至550℃，维持温度10min，使废弃油泥碳化热解为气相部分和固相部分，分别回收利用。

辐射介质a包括质量比1:1:2的铁氧体粉、碳化硅纤维和棕榈壳；辐射介质b包括质量比1:2:3的纳米二氧化钛、花生壳和玉米秸秆；辐射介质c包括质量比0.5:0.5:3:5的二辛酸锡、癸酸铋、碳化硅和活性炭。

辐射介质a、辐射介质b和辐射介质c的加入量分别为废弃油泥a、废弃油泥b和废弃油泥c质量的1％、1.5％和1.5％。

发泡剂包括等质量的偶氮二甲酰胺和三肼基三嗪，用量为废弃油泥b质量的2％。

微波辐射为4个；4个微波辐射装置分别置于处理容器的左上、右上、左下和右下，且上方两个微波辐射装置的微波发射角度呈30°角，单个微波辐射的辐射面积为处理容器表层面积的3/5。上方的微波辐射的频率为3000mhz，下方的频率为1500mhz。

加热过程中，当油泥温度升至100℃时有水蒸气逸出，继续升温至250℃时，油泥中的水分基本完全蒸发，其中的有机物开始分解成小分子的油气及沥青，热解过程一直持续到550℃，持续时间10min，其中的有机物包括沥青基本完全分解，得到裂解油气及固体废渣，且所得裂解油气中主要以低碳烷烃为主，经进一步实验测定，其裂解油气中乙烯、丙烯和丁烯的总比例高达72.53％，固体废渣中剩余有机物含量小于1％，整体原料利用率高达99.34％，且整个过程中没有监测到二噁英等有害物质的生成。

实施例2

一种微波加热处理废弃油泥的方法，包括以下步骤：

将废弃油泥按照质量比为1:3:3分为废弃油泥a、废弃油泥b和废弃油泥c三部分，分别加入辐射介质a、辐射介质b和辐射介质c，并向废弃油泥b中加入发泡剂，分别混合均匀；

在处理容器中依次加入废弃油泥a、废弃油泥b和废弃油泥c，进行微波辐射，微波辐射采用定向微波，且分别从处理容器的上方和下方进行微波辐射；

先微波辐射3min，使废弃油泥升温至150℃，维持温度5min，分离水汽，充入氮气，继续微波辐射5min，使废弃油泥升温至600℃，维持温度5min，使废弃油泥碳化热解为气相部分和固相部分，分别回收利用。

辐射介质a包括质量比1:1:2的铁氧体粉、碳化硅纤维和棕榈壳；辐射介质b包括质量比1:2:3的纳米二氧化钛、花生壳和玉米秸秆；辐射介质c包括质量比0.5:0.5:3:5的二辛酸锡、癸酸铋、碳化硅和活性炭。

辐射介质a、辐射介质b和辐射介质c的加入量分别为废弃油泥a、废弃油泥b和废弃油泥c质量的1.5％、1％和1.8％。

发泡剂为对甲苯磺酰胺基脲，用量为废弃油泥b质量的1％。

微波辐射为4个，分别置于处理容器的左上、右上、左下和右下，且上方两个微波辐射装置的微波发射角度呈25°角，单个微波辐射的辐射面积为处理容器表层面积的7/10。上方的微波辐射的频率为3000mhz，下方的频率为1000mhz。

所得裂解油气中主要以低碳烷烃为主，经进一步实验测定，其裂解油气中乙烯、丙烯和丁烯的总比例高达68.19％，固体废渣中剩余有机物含量小于1％，整体原料利用率高达98.67％，且整个过程中没有监测到二噁英等有害物质的生成。

实施例3

一种微波加热处理废弃油泥的方法，包括以下步骤：

将废弃油泥按照质量比为2:2:5分为废弃油泥a、废弃油泥b和废弃油泥c三部分，分别加入辐射介质a、辐射介质b和辐射介质c，并向废弃油泥b中加入发泡剂，分别混合均匀；

在处理容器中依次加入废弃油泥a、废弃油泥b和废弃油泥c，进行微波辐射，微波辐射采用定向微波，且分别从处理容器的上方和下方进行微波辐射；

先微波辐射1min，使废弃油泥升温至250℃，维持温度3min，分离水汽，充入氮气，继续微波辐射9min，使废弃油泥升温至450℃，维持温度15min，使废弃油泥碳化热解为气相部分和固相部分，分别回收利用。

辐射介质a包括质量比1:1:2的铁氧体粉、碳化硅纤维和棕榈壳；辐射介质b包括质量比1:2:3的纳米二氧化钛、花生壳和玉米秸秆；辐射介质c包括质量比0.5:0.5:3:5的二辛酸锡、癸酸铋、碳化硅和活性炭。

辐射介质a、辐射介质b和辐射介质c的加入量分别为废弃油泥a、废弃油泥b和废弃油泥c质量的0.5％、2％和1.3％。

发泡剂包括等质量的偶氮二甲酰胺和3-吗啡基-1,2,3,4-噻三唑，用量为废弃油泥b质量的3％。

微波辐射为2个，分别置于处理容器的左上和右下，且上方与下方微波辐射的微波发射角度呈10°角，单个微波辐射的辐射面积为处理容器表层面积的11/10，上方的微波辐射的频率为3500mhz，下方的频率为900mhz。

所得裂解油气中主要以低碳烷烃为主，经进一步实验测定，其裂解油气中乙烯、丙烯和丁烯的总比例为62.81％，固体废渣中剩余有机物含量小于2％，整体原料利用率为96.75％，且整个过程中没有监测到二噁英等有害物质的生成。

对比例1

与实施例1的不同之处在于，废弃油泥没有分成三部分，辐射介质和发泡剂全部混合加入；所得裂解油气中主要以低碳烷烃为主，经进一步实验测定，其裂解油气中乙烯、丙烯和丁烯的总比例为46.31％，固体废渣中剩余有机物含量为13％，整体原料利用率为80.34％，整个过程中没有监测到二噁英等有害物质的生成。

对比例2

与实施例1的不同之处在于，没有加入发泡剂；所得裂解油气中主要以低碳烷烃为主，经进一步实验测定，其裂解油气中乙烯、丙烯和丁烯的总比例为52.67％，固体废渣中剩余有机物含量为5％，整体原料利用率为86.13％，整个过程中没有监测到二噁英等有害物质的生成。

对比例3

与实施例1的不同之处在于，三部分废弃油泥均加入辐射介质a、b和c的混合物，辐射介质和发泡剂全部混合加入；所得裂解油气中主要以低碳烷烃为主，经进一步实验测定，其裂解油气中乙烯、丙烯和丁烯的总比例为57.69％，固体废渣中剩余有机物含量为7％，整体原料利用率为89.57％，整个过程中没有监测到二噁英等有害物质的生成。

对比例4

与实施例1的不同之处在于，微波辐射为1个，位于处理容器上方正中，方向向下，辐射面积为处理容器表观面积的3/2；所得裂解油气中乙烯、丙烯和丁烯的总比例为37.69％，固体废渣中剩余有机物含量为37％，整体原料利用率为52.64％，过程后期中监测到二噁英等有害物质的生成。

对比例5

与实施例1的不同之处在于，微波辐射为4个；4个微波辐射装置分别置于处理容器的左半部分上方正中、右半部分上方正中、左半部分下方正中和右半部分下方正中，微波发射角度为0，单个微波辐射的辐射面积为处理容器表层面积的1/2。上方的微波辐射的频率为3000mhz，下方的频率为1500mhz；所得裂解油气中主要以低碳烷烃为主，经进一步实验测定，其裂解油气中乙烯、丙烯和丁烯的总比例为41.35％，固体废渣中剩余有机物含量为4％，整体原料利用率为93.46％，整个过程中没有监测到二噁英等有害物质的生成。

对比例6

与实施例1的不同之处在于，辐射介质均为辐射介质a；所得裂解油气中乙烯、丙烯和丁烯的总比例为58.34％，固体废渣中剩余有机物含量为5％，整体原料利用率为91.52％，整个过程中没有监测到二噁英等有害物质的生成。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。