油基钻屑等离子体气化熔融炉以及油基钻屑处理方法

摘要

本发明涉及危险废弃物焚烧技术领域，尤其涉及一种油基钻屑等离子体气化熔融炉以及油基钻屑处理方法，包括炉体，炉体内部由上到下设置气化熔融室和排渣口，炉体下方设置有激冷池，气化熔融室侧壁设置有进料口和气化剂入口，油基钻屑通过进料口进入气化熔融室，气化熔融室内设置有高温等离子体炬，气化熔融室内设置有坩埚，坩埚周边设置有导流凹槽，气化熔融室的侧上部设置有排气口，熔融态的油基钻屑通过导流凹槽流入排渣口，排渣口侧壁设置有防结渣等离子体炬；气化熔融室内的熔渣通过排渣口流入激冷池形成玻璃体。本发明的油基钻屑等离子体气化熔融炉，解决了传统油基钻屑处理方式处理不彻底，易产生二次污染，处理效率低以及环保性差等问题。

说明书

技术领域

本发明涉及危险废弃物焚烧技术领域，尤其涉及一种油基钻屑等离子体气化熔融炉以及油基钻屑处理方法。

背景技术

钻井油基钻屑已被纳入《国家危险废物名录》中的HW08类危险废物，其运输、处置等全生命周期均需按危险废物进行管理。钻井油基钻屑的成分十分复杂，一般主要是由油类物质、水、岩屑、大分子有机物和其他杂质组成，钻井油基钻屑具有毒性，其中的石油烃类物质在环境中较难降解，大量的堆积会对环境的产生较大影响。因此，必须对其进行处理之后才能进行排放。

当前，对于油基钻屑的处理技术主要分为物理、化学、生物和多种方式复合处理方式，物理法包括离心、脱水、填埋和回注等，物理化学法主要包括表面活性剂洗涤、超临界二氧化碳提取、超临界亚临界水处理等，化学法包括热解法、焚烧法和微波加热处理等，生物法包括堆肥和土地耕种等。几种常规的处理方法都有各自的优缺点如表一所示：

表一

显然，在短时间内对油基钻屑的处理普遍上存在能耗高、易造成二次污染、综合利用效率不高等问题。因此，如何清洁高效地对大规模产生的油基钻屑进行无害化处理和资源化利用，成为石化产业关注的重点问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为了解决传统钻井油基钻屑处理方式环境污染严重的技术问题。本发明提供一种油基钻屑等离子体气化熔融炉，解决了传统油基钻屑处理方式处理不彻底，容易产生二次污染，处理效率低以及环保性差等问题，通过高温等离子体的气化和熔融处理，可有效避免二噁英等气体污染物的产生，并可将重金属等固体有害物封存在玻璃体内，避免产生二次污染。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种油基钻屑等离子体气化熔融炉，包括炉体，所述炉体内部由上到下设置气化熔融室和排渣口，所述炉体下方设置有激冷池，所述激冷池与所述炉体连接；

所述气化熔融室侧壁设置有进料口和气化剂入口，流渣状的油基钻屑通过所述进料口进入所述气化熔融室，所述气化熔融室内设置有高温等离子体炬，所述气化熔融室内温度为1000-1850℃，所述气化熔融室内设置有坩埚，在所述坩埚周边设置有导流凹槽，在所述气化熔融室的侧上部设置有排气口，所述排气口通过排气管与急冷净化设备连接；

所述排渣口通过导流凹槽连接所述气化熔融室，熔融态的油基钻屑通过导流凹槽流入所述排渣口，所述排渣口内设置有倾角为5°-10°的半圆槽道，所述排渣口侧壁设置有防结渣等离子体炬；

所述激冷池连接所述排渣口，所述气化熔融室内的熔渣通过排渣口流入所述激冷池形成玻璃体。

本发明的油基钻屑等离子体气化熔融炉通过在等离子体气化熔融炉上设置排气口，将等离子体气化熔融炉与急冷净化设备相连接，避免合成气在200℃-800℃温度范围内长时间停留，避免了油基钻屑处理过程中二噁英和重金属等对于环境的二次污染。

进一步地，采用五层耐火保温及支撑结构，所述等离子体气化熔融炉的炉壁采用五层耐火耐热材料，内层采用高铬砖经电熔处理后作为炉衬向火面耐火材料，内侧第二层采用整块铬刚玉砖作为背衬耐火材料，并作为炉墙支撑结构层，内侧第三层采用Al

进一步地，所述进料管道设置为绞龙输送机，所述绞龙输送机出口与所述进料口连接，所述进料口处设置挡板密封装置，避免合成气从所述进料口向外溢散。

进一步地，所述高温等离子体炬下方设有坩埚，所述坩埚装载通过所述进料管进入气化熔融室的流渣状的油基钻屑，在所述高温等离子体炬的等离子体热流股的高温作用下，油基钻屑在坩埚内迅速熔融成熔融态，所述坩埚右上方有壶嘴状的溢流口，熔融态的油基钻屑溢出后会流入与所述溢流口连接的导流凹槽。

进一步地，所述排渣口侧壁设置有若干防结渣等离子体炬，所述防结渣等离子体炬互相平行且垂直于所述排渣口侧壁布置，若干所述防结渣等离子体炬等距设置。

进一步地，所述若干防结渣等离子体炬上下排列，并且分布在同一侧，以设定间距设置排渣口侧壁顶端与底端之间，所述防结渣等离子体炬产生的等离子体射流提供熔融态的油基钻屑热量，保证熔渣温度在1450℃以上，确保熔渣在所述半圆槽道里面流动时不结渣。

进一步地，熔融态的油基钻屑溢出后会流入坩埚周遭和右端设置的导流凹槽，通过所述的半圆槽道流入炉体下激冷池，激冷池中的冷却水迅速将熔融液体冷却凝固，形成惰性稳定的玻璃体将有毒物质包裹在内部。

进一步地，所述半圆槽道通过排渣口与激冷池连接，所述激冷池设有连接玻璃体收集池的传送带，所述传送带将急冷后形成的玻璃体输送到玻璃体收集池内，所述激冷池与循环水泵连接。

进一步地，所述油基钻屑等离子体气化熔融炉与合成气处理系统一起可拆卸地安装在2×4m的板上。在四周加装防护即可送入货运车中运输至油井开采现场处理油基钻屑，同时，所有设备也可以从钢板上拆卸下来，根据处理场地的状况来调整设备位置。

进一步地，所述等离子体气化熔融炉产生的合成气经过所述合成气处理系统中急冷、除尘和喷淋后收集利用，通入热电厂直接使用，或在流程中安装换热器，以将合成气余热回收利用。不加装二燃室，合成气经过合成气处理系统后收集利用，通入热电厂直接使用，或在流程中安装换热器，可将合成气余热回收利用，进一步提升整套装置的能量利用率。与传统的高温等离子体气化系统相比，该系统减少了

本发明还提供一种油基钻屑的处理方法，采用上述的油基钻屑等离子体气化熔融炉，包括以下步骤：

步骤1：将收集的钻井油基钻屑进行预处理，预处理结束的流渣状的油基钻屑通过定时定量给料机连续送入高温等离子熔融炉的气化熔融室内。

步骤2：流渣状的油基钻屑落入气化熔融室内设置好的坩埚中，高温等离子体炬产生大量热能，对坩埚内的钻井油基钻屑持续加热熔融，炉膛内部温度平均在1000-1500℃之间，能破坏掉钻井油基钻屑中大部分有毒有害物质，且使钻井油基钻屑中的有机部分迅速气化，生成以H

步骤3：流渣状的油基钻屑在高温等离子熔融炉中热裂解后，产生的合成气通过气化熔融室侧顶部设置的合成气管道，依次进入急冷净化设备、冷凝器、洗涤塔进行除尘、冷却及洗涤，以H2和CO为主的可燃合成气，此合成气可直接通入发电厂进行燃烧发电，避免资源浪费。

本发明的有益效果是，本发明的油基钻屑等离子体气化熔融炉，本发明核心设备结构紧凑，炉膛内部装设坩埚，可实现连续或间接进料，使需处理的废弃油基钻屑得到充分地反应。炉膛底部设置激冷池，防止熔融态物质冷却的不够迅速，从而造成的二次污染，同时降低能量的损失。在坩埚下方四周、激冷池上方设有半圆槽道，用于控制熔融的液态物质的流动方向，提高处理效率，同时降低炉内结渣的概率。

排渣口内设置若干等离子体炬，有效避免熔渣在半圆槽道内结渣，避免设备、管道、阀门结垢堵塞和腐蚀，严重时进行停换处理，延长设备使用寿命。熔渣不在半圆槽道内结渣，增加进入激冷池急冷量，增大玻璃体形成量，增加资源利用率。

熔融后的无机物及残存的有毒有害物质通过排料口排至激冷池中形成惰性稳定的玻璃体，玻璃体物质强度满足建筑材料的规定要求，可以当作路基和建筑材料使用，有效利用资源。

使用绞龙输送机和激冷池内的传送带，保证整个等离子体气化熔融过程持续进行，保证气化熔融炉长周期安全稳定运行，整个系统半自动控制，减少人工费用，通过数据分析操作，能够提升处理油基钻屑的安全性及处理效率。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的油基钻屑等离子体气化熔融炉的结构示意图；

图2是本发明的油基钻屑等离子体气化熔融炉的溢流口和导流凹槽示意图；

图3是本发明的进料管内绞龙输送装置示意图；

图4是本发明的等离子体炬示意图。

图中：

1、定时定量给料机；2、进料管；3、进料口；4、炉壁；5、高温等离子体炬；6、气化熔融室；7、排气口；8、温度测点；9、压力测点；10、排气管；11、坩埚；12、导流凹槽；13、温度热偶探针预留口；14、气化剂入口；15、防结渣等离子体炬；16、排渣口；17、半圆槽道；18、激冷池；19、传送带；20、循环水泵；21、溢流口；22、电机；23、绞龙输送机入口；24、螺旋通道；25、密封挡板；a、阴极接头；b、阴极；c、阳极接头；d、阳极；e、等离子气体通道；f、约束螺旋磁线圈。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体的连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1至图4所示，一种油基钻屑等离子体气化熔融炉，包括炉体，炉体内部由上到下依次设置气化熔融室6、排渣口16和激冷池18。

此油基钻屑等离子体气化熔融炉的操作温度在1000～1850℃，炉内温度高，环境恶劣，对于耐火耐热材料要求较高，故炉壁4采用了多层耐火耐热的材料，由内至外分别是向火面耐火材料、背衬耐火材料、隔热保温材料以及填充保温材料。向火面耐火材料采用高铬砖，Cr

气化熔融室6为油基钻屑等离子体气化熔融的主要场所，气化熔融室6侧壁设置有进料口3和气化剂入口14，进料口3通过进料管2与定时定量给料机1连接，向等离子体气化熔融炉内输送流渣状的油基钻屑，进料口3和气化剂入口14分别位于等离子体气化熔融炉两侧，进料管2内设置绞龙输送机，将流渣状的油基钻屑推移进行螺旋输送，其中，蛟龙输送机如图3所示，绞龙输送机通过电机22驱动，绞龙输送机还包括蛟龙输送机入口23，蛟龙输送机入口23连通螺旋通道24的一端，螺旋通道24的另一端连接密封挡板25，进料口3处设有密封装置，避免合成气从进料口3向外溢散，气化剂入口14用于添加氧化气体来改变炉内气化气氛。气化熔融室6侧顶部设置排气口7，排气口7通过排气管道10与急冷除尘器的进气口相连接，用于将气化熔融室6内的合成气排入合成气处理系统中处理。

合成气出口管道10内也采用耐火耐热材料，管道上预留了温度测点8和压力测点9。气化熔融室6侧壁存在温度热偶探针预留口13。

气化熔融室6顶部设置有预留位，用于安装高温等离子体炬5，高温等离子体炬5竖直设置于气化熔融室6的顶部，高温等离子体矩5的中轴线与等离子体气化熔融炉的中轴线重合，高温等离子体矩5竖直向下设置，用法兰固定。

高温等离子体炬5的结构如图4所述，其中a为阴极接头，b为阴极，c为阳极接头d为阳极，e为等离子气体通道，f为约束螺旋磁线圈。高温等离子体炬5的结构为现有技术，在此不做赘述。

定时定量给料机1连接有预处理设备，与送料管2相连接，油基钻屑经过预处理设备完成预处理，预处理结束的流渣状的油基钻屑通过定时定量给料机1定时定量地送入进料管2，通过进料口3落入高温等离子体矩5下方的坩埚11，在高温等离子体热流股的高温作用下，油基钻屑在坩埚11内迅速熔融成液态，当液态物质到达一定量时会溢出，在坩埚11侧顶部有类似于壶嘴形状的溢流口21，熔融态的油基钻屑溢出后通过溢流口21流入导流凹槽12，通过导流凹槽12流入排渣口16，排渣口内设置有倾角为5°-10°的半圆槽道17，半圆槽道17的入口与导流凹槽12的出口相连接。

排渣口16侧壁设置有防结渣等离子体炬15，以防熔融状油基钻屑在半圆槽道17流动时再次结渣，排渣口15下方设有排渣口，半圆槽道17通过排渣口与激冷池18连接，熔融状的油基钻屑由半圆槽道17通过排渣口进入激冷池18，激冷池18中的冷却水迅速将熔融液体冷却凝固，形成惰性稳定的玻璃体将有毒物质包裹在内部，这种玻璃体具有高强度、高稳定性的特点，可作为路基、桥梁等建筑材料使用。

从气化熔融室6内的流出的熔融态的油基钻屑可直接通入激冷池18进行冷却，却容易在流动过程中冷却而在管道内结渣，造成管道流量减少，严重时还会出现管道堵塞现象，堵塞排渣口而使熔融态的油基钻屑无法及时进入激冷池18冷却而形成玻璃体，影响设备工作效率，减少设备寿命。

故本发明选择在气化熔融室6下方设置用于熔渣导流的排渣口16，从坩埚11的溢流口21出来的熔融态的油基钻屑通过长度很短的导流凹槽进入排渣口16，排渣口16内设置有倾角为5°-10°的半圆槽道17，半圆槽道17的入口与导流凹槽12的出口相连接，排渣口16同一侧壁设置若干垂直于侧壁，相互平行且等距的防结渣等离子体炬15，防结渣等离子体炬15以设定间距设置排渣口顶端与底端之间。

熔融态的油基钻屑在排渣口16内通过半圆槽道17进行流动，熔融态的油基钻屑暴露在外，多组防结渣等离子体炬15同时工作，产生平行的高温射流，平行的高温射流从上往下依次照射在半圆槽道17管道内流动的熔融态的油基钻屑表面，熔融态的油基钻屑不会继续进行热解，防结渣等离子体炬15为流动的熔渣提供温度，保证熔渣的温度在1450℃以上，以确保不会被冷却结渣。

熔融态的油基钻屑流经半圆槽道17通过排渣口底部的排渣口进入激冷池18，激冷池18内冷水能够冷却熔融后油基钻屑形成惰性稳定的玻璃体。激冷池18内部设置有传送带19，传送带19倾斜设置，传送带19的左半部淹没在激冷池18中的冷却水中，传送带19两侧设置有保护支架，传送带19外表面设置有防滑槽，传送带19能够持续运作，在激冷池18内冷却后的炉渣玻璃体由传送带19排至炉渣收集池中待处理，循环水泵20保证激冷池18内的冷却水足够。

本发明还提供一种油基钻屑的处理方法，采用上述的高温等离子体气化熔融炉，其具体包括以下步骤：

步骤1：将收集的钻井油基钻屑进行预处理，预处理结束的流渣状的油基钻屑通过定时定量给料机连续送入高温等离子熔融炉的气化熔融室6内。

步骤2：流渣状的油基钻屑落入气化熔融室6内设置好的坩埚11中，高温等离子体炬5产生大量热能，对坩埚11内的钻井油基钻屑持续加热熔融，炉膛内部温度平均在1000-1500℃之间，能破坏掉钻井油基钻屑中大部分有毒有害物质，且使钻井油基钻屑中的有机部分迅速气化，生成以H

步骤3：流渣状的油基钻屑在高温等离子熔融炉中热裂解后，产生的合成气通过气化熔融室6侧顶部设置的合成气管道，依次进入急冷净化设备、冷凝器、洗涤塔进行除尘、冷却及洗涤，得到较为纯洁的，以H

本发明的一种油基钻屑等离子体气化熔融炉的优势在于：

相较于传统的油基钻屑处理方法，的一种油基钻屑高温等离子体气化熔融炉能将钻井油基钻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，一种钻井油基钻屑高温等离子体气化熔融炉能将钻井油基钻屑中的氮氧化物和二噁英等有毒有害物质完全分解，油基钻屑熔融后灰渣中的有毒有害物质经过激冷池18冷却被熔融后的无机物封存形成无害且稳定的惰性玻璃体。

在等离子体气化熔融炉上设置排气口7，将等离子体气化熔融炉与急冷净化设备相连接，避免合成气在200℃-800℃以上温度长时间停留，避免了油基钻屑处理过程中二噁英和重金属等对于环境的二次污染。

排渣口内设置多组防结渣等离子体炬15，保证熔融态的油基钻屑的温度达到1450℃，有效避免熔渣在半圆槽道内结渣，增加资源利用率，延长设备使用寿命。

一种钻井油基钻屑高温等离子体气化熔融炉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耗能。

综上，本发明的一种油基钻屑等离子体气化熔融炉以及油基钻屑处理方法，解决了油基钻屑传统处理方式的资源浪费、成本高昂、效率低下以及环境污染等突出问题。一种油基钻屑等离子体气化熔融炉的使用，从根本上解决了污染源头。整个炉子采用半自动控制，减少人工费用，通过数据分析操作，能够提升处理油基钻屑的安全性及处理效率。一种油基钻屑等离子体气化熔融炉连接合成气处理系统，可将合成气余热回收利用，进一步提升整套装置的能量利用率，与传统的高温等离子体气化炉相比，该系统减少了

本发明的一种油基钻屑等离子体气化熔融炉，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。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要如权利要求范围来确定其技术性范围。