本發(fā)明涉及工業(yè)固體廢物資源化處理的，具體涉及一種油基巖屑與水基巖屑協(xié)同處理的系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

1、頁巖氣鉆探過程，會產(chǎn)生大量的鉆井巖屑，而鉆井巖屑主要有水基巖屑和油基巖屑兩類。廢棄油基鉆井液及其巖屑的處理處置均按照危險廢物進行管理。目前較為成熟的油基巖屑的處理工藝主要為熱脫附處理。

2、熱脫附是一項非焚燒油基巖屑的處理技術(shù)，現(xiàn)有熱脫附技術(shù)一般采用天然氣或者機械摩擦生熱方式作為加熱源。熱處理后煙氣經(jīng)冷凝、氣液分離回收基礎(chǔ)油后達標排放，因此，在油基巖屑熱脫附處理過程存在熱量損失。

3、目前水基巖屑較為成熟的處理方式有“破膠絮凝+機械分離+制備建材”、“固化處理+制備建材”、“高溫氧化+鋪設(shè)通井路”。但上述三種方式均存在一定問題亟待解決，破膠絮凝+機械分離方式，雖然可有效降低鉆井水基巖屑的含水率，但由于需加入相關(guān)化學藥劑，造成巖屑處理后剩余的壓濾液無法回收利用；固化處理方式雖然避免了壓濾液的產(chǎn)生，但廢物總體質(zhì)量明顯增加，且固化劑的加入較大程度影響了后續(xù)巖屑的資源化利用；高溫氧化處理方式，有效實現(xiàn)了巖屑的減量化和無害化，但其能耗高，單方處置費用高，目前主要應(yīng)用于環(huán)境敏感地區(qū)，并能大面積推廣應(yīng)用。固廢處理行業(yè)中，利用干化處理可以進一步降低固廢中的含水率，從而實現(xiàn)減量化的目的。單位傳統(tǒng)的干化處理方式，主要采用加熱方式對固廢進行烘干處理，處理過程能耗消耗大，單方處置成本高。如何在降低處理能耗的同時，實現(xiàn)鉆井水基巖屑的減量化處理，同時回收鉆井液中的寶貴水資源，已成為研究熱點。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種油基巖屑與水基巖屑協(xié)同處理的系統(tǒng)和方法，利用油基巖屑熱脫附處理過程中燃燒室煙氣熱量對油基巖屑進行加溫預(yù)處理，并通過換熱回收熱脫附氣體熱能用于水基巖屑干化處理；不但能夠降低油基巖屑熱脫附處理中天然氣的消耗量，同時實現(xiàn)了油基巖屑與水基巖屑的協(xié)同處理，水基巖屑干化處理分離的冷凝水可直接用于鉆井液配置使用。

2、為了實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

3、本發(fā)明第一方面提供一種油基巖屑與水基巖屑協(xié)同處理的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：油基巖屑熱脫附裝置、油基巖屑預(yù)熱裝置、一級換熱器、二級換熱器、水基巖屑干化裝置和煙氣凈化裝置；

4、所述油基巖屑熱脫附裝置包括煙氣管道，所述煙氣管道依次連接所述一級換熱器和所述二級換熱器的熱流體通道，之后連接所述煙氣凈化裝置；

5、所述一級換熱器和所述二級換熱器的冷流體通道內(nèi)分別為一級換熱介質(zhì)和二級換熱介質(zhì)；

6、所述一級換熱器的冷流體通道經(jīng)過所述油基巖屑預(yù)熱裝置之后返回所述一級換熱器形成回路；所述油基巖屑預(yù)熱裝置與所述油基巖屑熱脫附裝置連接；

7、所述二級換熱器的冷流體通道經(jīng)過所述水基巖屑干化裝置之后返回所述二級換熱器形成回路；或者所述二級換熱器的冷流體通道經(jīng)過三級換熱器的熱側(cè)后返回所述二級換熱器形成回路，所述三級換熱器的冷側(cè)連接所述水基巖屑干化裝置。

8、在本發(fā)明的系統(tǒng)中，所述油基巖屑熱脫附裝置產(chǎn)生的高溫煙氣通過所述煙氣管道依次進入所述一級換熱器和所述二級換熱器，作為熱流體以加熱所述一級換熱介質(zhì)和二級換熱介質(zhì)；之后經(jīng)過所述煙氣凈化裝置后排放；加熱后的一級換熱介質(zhì)通過所述一級換熱器的冷流體通道進入所述油基巖屑預(yù)熱裝置對油基巖屑進行加熱，之后循環(huán)返回所述一級換熱器；加熱后的二級換熱介質(zhì)用作所述水基巖屑干化裝置的熱源，具體為所述水基巖屑干化裝置提供熱能的方式有兩種：1)加熱后的二級換熱介質(zhì)通過所述二級換熱器的冷流體通道進入所述水基巖屑干化裝置進行換熱，之后循環(huán)返回所述二級換熱器；2)加熱后的二級換熱介質(zhì)通過所述二級換熱器的冷流體通道進入所述三級換熱器的熱側(cè)換熱后循環(huán)返回所述二級換熱器，所述三級換熱器的冷側(cè)連接所述水基巖屑干化裝置，通過所述三級換熱器中的三級換熱介質(zhì)直接為所述水基巖屑干化裝置提供熱能。

9、根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)，優(yōu)選地，所述油基巖屑熱脫附裝置包括脫附氣體通道，所述脫附氣體通道與熱泵連接，采用熱泵對所述油基巖屑熱脫附裝置產(chǎn)生的脫附氣體進行冷凝，冷凝后獲得基礎(chǔ)油基泥漿和不凝氣，所述不凝氣導(dǎo)入所述油基巖屑熱脫附裝置內(nèi)進行焚燒。此外，所述基礎(chǔ)油基泥漿管輸至泥漿收集罐收集，后期可直接送至井隊回配鉆井液使用。

10、傳統(tǒng)油基巖屑熱脫附處理的熱脫附氣體多采用直接接觸噴淋冷卻方式，冷凝后的油水混合物通過靜止和氣浮設(shè)備油水分離，處理過程會有廢水的產(chǎn)生，廢水中cod可達2×104mg/l，且伴隨惡臭。本發(fā)明采用熱泵換熱方式替換噴淋冷卻方式對脫附氣體進行冷凝，不僅可有效降低處理過程中的廢水產(chǎn)生，同時降低所回收基礎(chǔ)油中的含水率，提高基礎(chǔ)油產(chǎn)品質(zhì)量，使其滿足配置油基鉆井液o/w的要求。

11、在一個優(yōu)選方案中，所述二級換熱器至所述水基巖屑干化裝置的冷流體通道上設(shè)置有熱水罐，所述熱泵對所述脫附氣體進行冷凝時所吸收的熱能用以加熱所述熱水罐，對二級換熱介質(zhì)進行二次加熱，對脫附氣體的熱能進行回收利用，用于對水基巖屑干化裝置提供熱能。

12、在另一個優(yōu)選方案中，所述三級換熱器為風冷換熱器，所述熱泵對所述脫附氣體進行冷凝時所吸收的熱能對空氣進行預(yù)熱，預(yù)熱后的空氣經(jīng)管道進入所述三級換熱器的冷側(cè)，與所述二級換熱介質(zhì)換熱后進入所述水基巖屑干化裝置。在該優(yōu)選方案中，所述二級換熱介質(zhì)為水(優(yōu)選為淡水)，從而在所述二級換熱器中換熱獲得低壓水蒸氣(壓力小于1mpa)，然后低壓水蒸氣進一步通過風冷換熱器對預(yù)熱后的空氣加熱，得到約100～200℃的熱風，用于干燥水基巖屑。

13、根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)，優(yōu)選地，所述一級換熱介質(zhì)為導(dǎo)熱油。

14、根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)，優(yōu)選地，所述二級換熱介質(zhì)為淡水。

15、油基巖屑中石油烴分布基本為c15-c28、c10～c14、c6～c9占比依次為65.13％～68.51％、30.96％～33.88％、0.19％～0.37％，油基巖屑中含水率為5～10％。200℃時c4～c12組分含量最高，隨著溫度升高，該組分含量下降；300℃時c13～c18組分含量最高，隨著溫度升高，重質(zhì)組分含量升高，500℃時回收油中柴油組分含量最高。利用導(dǎo)熱油為一級換熱器的換熱介質(zhì)，可實現(xiàn)油基巖屑預(yù)加熱的精確控溫，降低熱脫附過程中伴生硫脒和噻吩類硫化物等物質(zhì)，提升基礎(chǔ)油經(jīng)濟價值。

16、本發(fā)明中一級換熱器和二級換熱器換熱介質(zhì)分別為導(dǎo)熱油和水。導(dǎo)熱油換熱工作溫度范圍廣，可在常壓溫度范圍內(nèi)使用。煙氣經(jīng)過一級換熱器前的溫度為1000℃，過高的溫度若采用水作為換熱介質(zhì)，則冷卻循環(huán)回路必須在超高壓下運行，這就要求系統(tǒng)結(jié)構(gòu)具有很好的耐壓性能，并且整個流程需受到全面監(jiān)控。同時由于油基泥漿中乳化藥劑在300℃以上會發(fā)生分解，產(chǎn)生硫脒和噻吩類硫化物等物質(zhì)，造成回收油惡臭。因此通過導(dǎo)熱油加熱方式，可實現(xiàn)油基巖屑預(yù)加熱溫度在300℃內(nèi)的精確控制，降低回收油中的惡臭組分，提高回收油產(chǎn)品價值。二級換熱器采用水作為換熱介質(zhì)，其主要考慮其后續(xù)干化設(shè)備采用隔膜壓濾機熱源需要，若以導(dǎo)熱油作為換熱介質(zhì)，可能存在膜板破裂，導(dǎo)熱油污染水基巖屑情況的發(fā)生，造成一般工業(yè)固體廢物污染后轉(zhuǎn)為危險廢物。

17、根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)，優(yōu)選地，所述油基巖屑預(yù)熱裝置通過螺旋傳輸器或皮帶傳輸裝置與所述油基巖屑熱脫附裝置連接，以將預(yù)熱后的油基巖屑運輸進入所述油基巖屑熱脫附裝置進行熱脫附處理。

18、根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)，優(yōu)選地，所述煙氣凈化裝置包括除塵裝置和二氧化碳捕集裝置等，將換熱后的煙氣處理達標后排放。

19、根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)，優(yōu)選地，所述油基巖屑熱脫附裝置為回轉(zhuǎn)窯型熱脫附設(shè)備或螺旋推進熱脫附設(shè)備。更優(yōu)選地，所述油基巖屑熱脫附裝置采用間接加熱方式，其燃料為天然氣。

20、根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)，優(yōu)選地，所述水基巖屑干化裝置為隔膜壓濾機或熱風循環(huán)干燥機，更優(yōu)選為隔膜壓濾機，其次為熱風循環(huán)干燥機。

21、本發(fā)明第二方面提供一種油基巖屑與水基巖屑協(xié)同處理的方法，該方法使用以上第一方面提供的系統(tǒng)實現(xiàn)。

22、優(yōu)選地，所述方法包括以下步驟：

23、預(yù)熱后的油基巖屑進入所述油基巖屑熱脫附裝置進行熱脫附處理；

24、所述熱脫附處理過程中產(chǎn)生的高溫煙氣進入所述一級換熱器加熱所述一級換熱介質(zhì)，加熱后的所述一級換熱介質(zhì)進入所述油基巖屑預(yù)熱裝置對油基巖屑進行預(yù)熱，之后循環(huán)返回所述一級換熱器；

25、經(jīng)過所述一級換熱器換熱后的中溫煙氣進入所述二級換熱器加熱所述二級換熱介質(zhì)，之后經(jīng)過所述煙氣凈化裝置處理合格后排放；

26、加熱后的二級換熱介質(zhì)用作所述水基巖屑干化裝置的熱源，具體為兩種方式：

27、方式1)：加熱后的二級換熱介質(zhì)進入所述水基巖屑干化裝置，為水基巖屑的干化處理提供熱能，之后循環(huán)返回所述二級換熱器；

28、方式2)：加熱后的二級換熱介質(zhì)進入所述三級換熱器，加熱所述三級換熱器的三級換熱介質(zhì)，加熱后的三級換熱介質(zhì)進入所述水基巖屑干化裝置為水基巖屑的干化處理提供熱能；在所述三級換熱器處換熱后的二級換熱介質(zhì)循環(huán)返回所述二級換熱器。

29、根據(jù)本發(fā)明的方法，優(yōu)選地，所述油基巖屑進行熱脫附處理產(chǎn)生脫附氣體，采用熱泵對所述脫附氣體進行冷凝，冷凝后獲得基礎(chǔ)油基泥漿和不凝氣，所述不凝氣導(dǎo)入所述油基巖屑熱脫附裝置內(nèi)進行焚燒。此外，所述基礎(chǔ)油基泥漿管輸至泥漿收集罐收集，后期可直接送至井隊回配鉆井液使用。

30、在方式1)中，優(yōu)選地，在所述二級換熱器處被加熱的二級換熱介質(zhì)進入熱水罐，所述熱泵對所述脫附氣體進行冷凝時所吸收的熱能用以加熱所述熱水罐，對二級換熱介質(zhì)進行二次加熱，二次加熱后的二級換熱介質(zhì)進入所述水基巖屑干化裝置，為水基巖屑的干化處理提供熱能，之后循環(huán)返回所述二級換熱器。實現(xiàn)了脫附氣體熱能的回收利用，用于對水基巖屑干化裝置提供熱能。

31、在方式2)中，優(yōu)選地，所述三級換熱器為風冷換熱器；所述熱泵對所述脫附氣體進行冷凝時所吸收的熱能對空氣進行預(yù)熱，預(yù)熱后的空氣經(jīng)管道進入所述風冷換熱器，被所述二級換熱介質(zhì)再次加熱后進入所述水基巖屑干化裝置，為水基巖屑的干化處理提供熱能。在該優(yōu)選方案中，所述二級換熱介質(zhì)為水(優(yōu)選為淡水)，從而在所述二級換熱器中換熱獲得低壓水蒸氣，然后低壓水蒸氣(壓力小于1mpa)進一步通過風冷換熱器對預(yù)熱后的空氣加熱，得到約100～200℃的熱風，用于干燥水基巖屑。

32、根據(jù)本發(fā)明的方法，優(yōu)選地，經(jīng)過所述一級換熱器和二級換熱器換熱后的煙氣經(jīng)過除塵、二氧化碳捕集等處理達標后排放。

33、根據(jù)本發(fā)明的方法，優(yōu)選地，所述一級換熱介質(zhì)為導(dǎo)熱油，所述二級換熱介質(zhì)為淡水；

34、所述油基巖屑熱脫附裝置的內(nèi)腔溫度控制在400～500℃，經(jīng)過所述一級換熱器換熱后的導(dǎo)熱油的溫度為200～300℃，經(jīng)過所述一級換熱器換熱后的煙氣的溫度降低至400～600℃。

35、本發(fā)明利用油基巖屑熱脫附處理產(chǎn)生的煙氣熱量對油基巖屑進行加溫預(yù)處理，并通過換熱回收熱脫附氣體熱能用于水基巖屑干化處理，不僅實現(xiàn)降低油基巖屑熱脫附處理中天然氣的消耗量，同時實現(xiàn)了油基巖屑與水基巖屑的協(xié)同處理，水基巖屑干化處理分離的冷凝水可直接用于鉆井液配置使用。