一种油基钻屑的处理设备及方法 |
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| 申请号 | CN202410130553.2 | 申请日 | 2024-01-30 | 公开(公告)号 | CN117903834A | 公开(公告)日 | 2024-04-19 |
| 申请人 | 北京和荣工程技术有限公司; | 发明人 | 王军岗; 周渊博; 李涛; 孟庆炜; | ||||
| 摘要 | 本 申请 涉及一种油基 钻屑 的处理设备及方法，其包括加热 炉膛 ，所述加热炉膛内包括沿高度方向依次设置的多个处理区，各处理区内均设有输送系统以及加热系统，各处理区的底部均开设有供挥发余留的油基钻屑排出的排料口，各处理区的 侧壁 上均开设有供挥发混合物质排出的出气口，各所述出气口各自通至不同的三相分离器，所述输送系统用于将接收油基钻屑并将所述油基钻屑输送至排料口，各处理区所述加热系统的加热 温度 设置为不同。本申请具有便于将各种组分分离出来，减少对分离过程中对环境造成的污染的效果。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种油基钻屑的处理设备，其特征在于：包括加热炉膛(01)，所述加热炉膛(01)内包括沿高度方向依次设置的多个处理区，各处理区内均设有输送系统(2)以及加热系统(3)，各处理区的底部均开设有供挥发余留的油基钻屑排出的排料口(4)，各处理区的侧壁上均开设有供挥发混合物质排出的出气口(5)，各所述出气口(5)各自通至不同的三相分离器，所述输送系统(2)用于将接收油基钻屑并将所述油基钻屑输送至排料口(4)，各处理区所述加热系统(3)的加热温度设置为不同。 |
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| 说明书全文 | 一种油基钻屑的处理设备及方法技术领域[0001] 本申请涉及岩屑处理的技术领域，尤其是涉及一种油基钻屑的处理设备及方法。 背景技术[0002] 随着页岩气井的大规模开发，具有强抑制、耐温、抗污染、润滑性等诸多优点的油基钻井液被普遍使用。钻井过程产生大量的油基钻井液固废，即所称的油基钻屑，它是油(典型为柴油或白油)岩屑、化学添加剂、重金属、水等的混合物含有危险危害组分，会造成巨大的环境污染以及资源浪费。 [0003] 目前，油基钻屑常见的处理方式是热解分离法，即将油基钻屑放入热解炉内，并向热解炉内持续通入一定温度段的温度（例如300℃ 500℃），利用油基钻屑内各组分的挥发~温度不同，可以油基钻屑内的各种组分物质（一般为不同的气体和油气）提取出来，之后再经过冷凝等步骤以将各种组分物质一一分离。但是，这样提取出来的轻组分气体和重组分气体混合在一起，并且随着温度的升高，各组分的比例会有所改变，后期的分离处理工作不便，并且多种组分混合还容易导致烃类有机物分子发生热裂解与缩合重整反应，对环境造成污染。 发明内容 [0004] 为了便于将各种组分分离出来，减少对分离过程中对环境造成的污染，本申请提供一种油基钻屑的处理设备及方法。 [0005] 本申请提供的一种油基钻屑的处理设备及方法采用如下的技术方案：第一方面，本申请提供的一种油基钻屑的处理设备采用如下的技术方案： 一种油基钻屑的处理设备，包括加热炉膛，所述加热炉膛内包括沿高度方向依次 设置的多个处理区，各处理区内均设有输送系统以及加热系统，各处理区的底部均开设有供挥发余留的油基钻屑排出的排料口，各处理区的侧壁上均开设有供挥发混合物质排出的排料口，各所述出气口各自通至不同的三相分离器，所述输送系统用于将接收油基钻屑并将所述油基钻屑输送至排料口，各处理区所述加热系统的加热温度设置为不同。 [0006] 通过采用上述技术方案，通过设置多个处理区，并且多个处理区内设置不同温度段的处理温度，一般是顺着油基钻屑的输送方向温度逐渐升高，油基钻屑依次通过多个处理区，根据油基钻屑内不同物质的挥发温度不同，每个处理区加热热解后分别产生不同的气体和油气，从出气口排出后分别流向于不同处理能力的三相分离器，各处理区产生的混合物质的组分和比例等是始终一致的，在各种组分提取分离时更加简单，并且在热解时就可以根据热解温度将一些物质分离出来，降低了后期分离提纯的难度，并且设置多个温度段的提取温度，使得提取温度划分更细，控制合适的加热温度可减少烃类有机物分子的热裂解与缩合重整反应，防止烃类分子断链与缩合结焦，有利于提高处理质量，并且减少对环境的污染。 [0007] 优选的，所述处理区包括用于对油基钻屑进行干化处理的干化区、用于提取轻质油气的轻质油热解区以及用于提取重质油气的重质油热解区，所述干化区的顶部开设有加料口，各处理区的所述排料口错开设置，各处理区所述加热系统的加热温度逐渐升高，各处理区挥发产生的混合物质分别经过第一出气口、第二出气口和第三出气口排出。 [0008] 通过采用上述技术方案，油基钻屑的流动顺序为干化区‑轻质油热解区‑重质油热解区，干化区主要为油基钻屑干化和水分蒸发，轻质油热解区主要为轻质油的挥发析出，少量大分子烃类的热裂解等，重质油热解区主要发生大分子有机物热裂解反应，碳碳键断裂，生成热解油、氢气和甲烷等，将不同组分的混合物质分别通入三相分离器，便于将不同的混合物质一一分离，增加可提取的组分的种类，且可以对油基钻屑进行综合利用回收，可以分别回收轻质油、重质油和可燃不凝气供资源利用；各处理区的排料口错开设置，使得油基钻屑呈蛇形输送，增大处理区的处理空间。 [0009] 优选的，干化区、轻质油热解区以及重质油热解区依次运行或者串级运行，各处理区通过油基钻屑物料在所述排料口堆积实现自封，且所述干化区、轻质油热解区以及重质油热解区独立控制。 [0010] 通过采用上述技术方案，由于各个处理区内需要加热至不同的处理温度，为了保障各处理区内的温度不会受到其他处理区的影响，因此每个处理区内均应为密封状态，由于油基钻屑在三个处理区中是连续输送的，通常通过设置各处理区内输送速度的配置关系，使得油基钻屑物料在排料口位置堆积，实现对处理区的自密封，便于实现，且不影响油基钻屑的正常输送，节约成本；干化区、轻质油热解区以及重质油热解区是可以依次运行，也可以串级进行，并且各处理区独立进行控制的，可以控制各处理区的加热系统开启或者不开启，灵活控制。 [0011] 优选的，各所述处理区的底部向下延伸形成有挡板，所述挡板位于靠近所述排料口的一端，且所述挡板的侧壁上安装有用于检测物料高度的料位计，所述料位计连接至控制系统。 [0012] 通过采用上述技术方案，在排料口位置设置向下延伸的挡板，可以降低油基钻屑物料向外扩散的速度，便于油基钻屑物料可以在排料口堆积，保障各处理区内的密封效果；通过在排料口设置料位计，对排料口的油基钻屑物料堆积情况进行检测，便于在物料堆积不足时提醒控制系统的报警器报警，便于工人及时调整处理区内输送系统的输送速度。 [0013] 优选的，所述输送系统包括传动带以及动力件，所述传动带包括多个输送板，且多个输送板首尾相连组成闭合的传动带，相邻两个所述输送板之间存在分离间隙，各处理区内的底部均设置有用于收集从所述分离间隙掉落的杂质的收集组件。 [0014] 通过采用上述技术方案，油基钻屑中经过热解后产生的小体积杂质会顺着两个输送板逐渐的分离间隙掉落到处理区的底部，并被收集组件收集，便于在热解提纯的同时去除油基钻屑中的杂质，最终得到净化后的油基钻屑，简化提纯工序，提高工作效率。 [0015] 优选的，沿所述传动带的长度方向间隔固定有刮板，各所述刮板竖直设置，且所述刮板的高度被配置为转动时与各处理区的底部抵接，以将掉落的杂质向收集组件位置聚拢，所述收集组件设置在各处理区远离所述排料口的一端。 [0016] 通过采用上述技术方案，随着输送传动带的转动，刮板随传动带逐渐转动从而刮动掉落到处理区底部的杂质，随着杂质的逐渐掉落，刮板也逐渐将杂质刮到收集组件的一端，便于实现对杂质的收集处理。 [0017] 优选的，所述收集组件包括插接在各处理区底部的收集盒，所述收集盒内设置有用于检测所述收集盒内杂质重量的重量传感器；所述收集盒的底板为与四个侧板滑动连接的抽拉板，所述抽拉板用于在所述重量传感器检测到的重量数据达到控制系统中预设的重量阈值时拉出。 [0018] 通过采用上述技术方案，常规状态时，杂质落入从收集盒顶端的开口落入收集盒内，重量传感器用于检测收集盒内杂质的重量，当落入收集盒内的杂质达到控制系统中预设的重量阈值时，重量传感器向控制系统发出信号，提醒工人将抽拉板拉出，杂质在重力作用下掉落至下一处理区中。 [0019] 优选的，所述收集组件包括转动设置在各处理区底部的转动辊，所述转动辊向内延伸，包括辊体以及成型在所述辊体上的挡止板，所述挡止板沿所述辊体的轴线间隔设置有至少三个，相邻两个所述挡止板之间围合形成用于收集存储掉落杂质的收集空间，所述辊体在所述收集空间内杂质到达设定重量后自动翻转。 [0020] 通过采用上述技术方案，掉落的杂质经过刮板刮动落入收集空间内，随着杂质的逐渐增多，当收集空间内的杂质的重量达到与转动辊的重量呈一定比例后，转动辊自动翻转，以将杂质落入下一处理区内，下一处理区也经过同样的处理以将全部的杂质从炉膛内排出，不需要将收集组件拉出，并且可以在杂质达到一定重量后自动清理，更加省力，且可以有效保障处理区的密封性。 [0021] 第二方面，本申请提供一种油基钻屑的处理方法，采用如下的技术方案：一种油基钻屑的处理方法，包括如下步骤： 干化处理：将碾碎后的油基钻屑通入干化区，并将干化区加热至干化提取温度，油基钻屑挥发形成第一混合物质并通过第一出气口排出，挥发余留的第一油基钻屑余料落入轻质油热解区； 轻质油气提取：将轻质油热解区加热至轻质油气提取温度，第一油基钻屑余料挥 发形成第二混合物质并通过第二出气口排出，挥发余留的第二油基钻屑余料落入重质油热解区； 重质油气提取：将重质油热解区加热至重质油气提取温度，第二油基钻屑挥发形 成第三混合物质并通过第三出气口排出，余留的净化油基钻屑外排； 组分冷凝分离：将第一混合物质、第二混合物质以及第三混合物质分别通入不同 的三相分离器，提纯轻质油和重质油； 其中，所述干化提取温度<轻质油气提取温度<重质油气提取温度。 [0022] 通过采用上述技术方案，干化区、轻质油热解区和重质油热解区分别通入不同温度段的提取温度，并且提取温度逐渐升高，油基钻屑依次通过干化区、轻质油热解区、重质油热解区，干化区蒸发提取油基钻屑内的水分，之后通入轻质油热解区，被更高的温度热解以将轻质油挥发析出，以及少量大分子烃类的热裂解，重质油热解区主要发生大分子有机物热裂解反应，碳碳键断裂，生成热解油、氢气和甲烷，三个处理区内产生的混合物质组分以及比例各不相同，并且每个处理区产生的混合物质始终是一致的，不会随着温度升高各种组分混合在一起，然后将三种混合物质分别通入三相分离器内进行分离，三相分离器根据不同混合物质的组分以及比例情况设计不同的处理能力，以进行对应分解，分离时更加简便，控制合适的加热温度可减少烃类有机物分子的热裂解与缩合重整反应，防止烃类分子断链与缩合结焦，有利于提高处理质量。 [0024] 综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：1.本申请通过设置三个温度段的处理区，且三个处理区的提取温度逐渐提高，将 油基钻屑逐渐通过三个处理区，提取温度的范围更宽，且划分更细，便于将油基钻屑中更多的组分提取出来并且提取过程中可以有效减少烃类有机物分子的热裂解与缩合重整反应，防止烃类分子断链与缩合结焦，保障提取物质的质量，减少对环境的污染；在热解时就可以根据热解温度将一些物质分离出来，降低了后期分离提纯的难度； 2.通过将传动带设置成多个分离间隙连接的输送板，在传动带上安装与之垂直的 刮板，在各处理区的底部设置收集组件，便于在油基钻屑输送过程中将其中的小颗粒杂质从输送板的分离间隙中掉落，随着传动带的转动，刮板将掉落到底部的杂质刮扫至收集组件的一端，并被收集组件收集； 3.通过在排料口的位置设置向下延伸的挡板，以及设置干化区、轻质油热解区、重质油热解区内物料的输送速度逐渐降低，便于在排料口的位置实现物料堆积，实现各处理区内的自密封，以保障各处理区内的密封无氧效果，避免各处理区内的运行互相干扰，保障油基钻屑的提取质量。 附图说明 [0025] 图1是本申请油基钻屑的处理设备的剖面结构示意图。 [0026] 图2是为了体现传动带的结构所做的剖面结构示意图。 [0027] 图3是第一种实施例中收集组件的剖面结构示意图。 [0028] 图4是第二种实施例中收集组件的剖面结构示意图。 [0029] 图5是本申请油基钻屑的处理方法的工艺流程图。 [0030] 附图标记说明：01、加热炉膛；11、干化区；12、轻质油热解区；13、重质油热解区；2、输送系统；21、传动带；211、输送板；212、分离间隙；3、加热系统；4、排料口；5、出气口；51、第一出气口；52、第二出气口；53、第三出气口；6、加料口；7、挡板；8、刮板；9、收集组件；91、收集盒；92、抽拉板；93、容纳槽；94、转动辊；941、辊体；942、挡止板；943、收集空间。 具体实施方式[0031] 以下结合附图1‑5对本申请作进一步详细说明。 [0032] 本申请实施例公开一种油基钻屑的处理设备。参照图1，油基钻屑的处理设备包括加热炉膛01，加热炉膛01内包括沿高度方向依次设置的处理区，各处理区内均设有输送系统2以及加热系统3。各处理区内设置不同的提取温度段，一般为由顶部处理区到底部处理区提取温度逐渐升高。顶部处理区的顶部开设有供碾碎后的油基钻屑通入的加料口6，各处理区的底部均开设有供挥发余留的油基钻屑排出的排料口4。加热系统3包括安装在各处理区内壁上的电加热丝，各处理区内均设置有温度传感器，通过温度传感器的检测与反馈使得处理区保持在设定的提取温度段。 [0033] 参照图1，输送系统2用于将接收从加料口6或者上一处理区排料口4掉落的油基钻屑并将油基钻屑输送至本处理区的排料口4。随着输送系统2从一端到另一端的输送，在该时间段内，输送系统2上的油基钻屑被热解成多种物质。热解时间根据输送系统2的输送速度进行对应调节。每个处理区的侧壁上均开设有出气口5，每个出气口5各自通至不同处理能力的三相分离器。经过热解产生的混合物质从出气口5排出至三相分离器，三相分离器根据混合物质包含的不同组分以及组分的比例情况配置其处理能力。三相分离器与喷淋循环系统相连，通过对三相分离器进行喷淋冷凝以将混合物质中的多种组分分离出来。 [0034] 参照图1，具体的，本申请由高至低设置三个处理区，分别为干化区11、轻质油热解区12以及重质油热解区13。干化区11的提取温度段为20℃ 140℃，主要为油基钻屑干化和~水分蒸发。轻质油热解区12的提取温度段为180℃ 370℃，主要为轻质油的挥发析出，少量~ 大分子烃类的热裂解等。重质油热解区13的提取温度段为370℃ 450℃，主要发生大分子有~ 机物热裂解反应，碳碳键断裂，生成热解油、氢气和甲烷等。可以对油基钻屑进行综合利用回收，可以分别回收轻质油、重质油和可燃不凝气供资源利用。出气口5包括开设在干化区 11侧壁的第一出气口51、开设在轻质油热解区12侧壁的第二出气口52以及开设在重质油热解区13侧壁上的第三出气口53。第一出气口51、第二出气口52和第三出气口53均设置在排料口4的同侧。重质油热解区13的排料口4通过密封装置实现密封。 [0035] 参照图1，每个处理区之间设计独立的仓室，以避免相互产生干扰，保障提取质量。干化区11、轻质油热解区12以及重质油热解区13内的加热系统3独立控制，并且干化区11、轻质油热解区12以及重质油热解区13可以依次运行或者串级运行，以便于根据实际需求进行灵活控制。在本申请中，轻质油热解区12输送系统2延伸至干化区11的排料口4封堵，重质油热解区13的输送系统2也延伸至将轻质油热解区12的排料口4封堵，并且从干化区11到重质油热解区13，输送系统2的输送速度逐渐降低。油基钻屑随输送系统2输送过程中被热解，经过热解后的余留油基钻屑从输送系统2掉落至排料口4，以利用物料自身的堆积实现各处理区仓室的自密封效果。为了降低物料在排料口4扩散的速度，干化区11和轻质油热解区12的底部向下延伸形成有挡板7，挡板7位于靠近排料口4的一端且与下一处理区的输送系统2存在一定间距，以利用挡板7对掉落的油基钻屑的产生阻挡。挡板7的侧壁上安装有用于检测物料高度的料位计，且料位计连接至控制系统，料位计对排料口4的油基钻屑物料堆积情况进行检测，便于在物料堆积不足时提醒控制系统的报警器报警，便于工人及时调整处理区内输送系统2的输送速度。 [0036] 为了便于输送，每个处理区的排料口4均设置在一端，且相邻两个排料口4错位设置，以使得油基钻屑呈蛇形输送，便于油基钻屑在三个处理区中的连续输送，且更加节省空间，增加油基钻屑在各处理区内的停留时间。 [0037] 参照图1和图2，输送系统2包括输送系统2包括传动带21以及动力件（图中未示出），动力件可以选择电机和减速器配合以驱动传动带21转动。进一步的，为了在热解的同时，将油基钻屑中本身还有或者经过随热解产生的小颗粒杂质除去，节约后期去除杂质的时间，简化提纯流程，传动带21由多个输送板211首尾相连组成闭合的传动带，相邻两个输送板211之间存在分离间隙212。因此在输送过程中，油基钻屑中的杂质受震动从分离间隙212中掉落至处理区的底部，实现杂质与油基钻屑的分离。随着杂质的逐渐增多，在干化区 11、轻质油热解区12和重质油热解区13的底部均设置有用于收集从所述分离间隙212掉落的杂质的收集组件9，收集组件9设置在远离对应处理区排料口4的一端。沿传动带21的周向方向间隔设置有多个竖直设置的挡板7，且挡板7的高度被配置为转动时与各处理区的底部抵接。随着传动带21的转动，刮板8也逐渐转动，以将掉落在处理区底部的杂质刮动并聚拢到收集组件9的一端，便于实现对杂质的收集处理。 [0038] 参照图3，在第一种可实施的具体实施例中，收集组件9包括插接在各处理区底部的收集盒91，且收集盒91的开口端外露且不被输送系统2遮挡。收集盒91的底板为与四个侧板滑动连接的抽拉板92，并且在收集盒91内设置有用于检测收集盒91内杂质重量的重量传感器，重量传感器用于实时检测收集盒91内的杂质重量，控制系统内预设有收集盒91内杂质重量的重量阈值，抽拉板92用于在重量传感器检测到的重量数据达到重量阈值时自动拉出，使得杂质在重力作用下掉落至下一处理区中，各处理区的收集原理相同，直至杂质掉落至炉膛外部的收集设备中。 [0039] 为了保障抽拉板92的承载力，在远离抽拉端的一端设置有供抽拉板92伸入的容纳槽93。 [0040] 参照图4，在第二种可实施的具体实施例中，收集组件9包括转动设置在各处理区底部的转动辊94，转动辊94沿处理区的宽度方向延伸。转动辊94包括辊体941以及成型在辊体941上的挡止板942。且挡止板942沿辊体941的轴线间隔设置有至少三个，相邻两个挡止板942之间围合形成用于收集存储掉落杂质的收集空间943，辊体941在收集空间943内杂质到达设定重量后自动翻转。由于杂质受刮板8推动始终从一侧进入收集空间943内，使得收集空间943内杂质的质量分布不均匀，当收集空间943内的杂质重量达到移动重量时，则会导致转动辊94自动翻转使得杂质掉落下来。当杂质完全掉落后，转动辊94重新达到平衡状态，使得杂质继续落入挡止空间内。 [0041] 本申请实施例一种油基钻屑的处理设备的实施原理为：各自的加热系统3将干化区11、轻质油热解区12以及重质油热解区13内加热至对应提取温度，之后将碾碎后的油基钻屑从加料口6通入干化区11，然后被干化区11的传动带21接收，随着传动带21带动油基钻屑逐渐向排料口4一端输送，在将油基钻屑从加料口6输送到排料口4的过程中，油基钻屑中的水分被蒸发出来，并从第一出气口51排出至对应的三相分离器。随着传动带21的持续转动，蒸发后的油基钻屑从排料口4落入轻质油热解区12的传动带21中，利用传动带21输送速度的配合，以及挡板7的阻挡作用，使得油基钻屑在排料口4发生堆积，实现干化区11的自密封。随着轻质油热解区12内输送系统2的输送，使得油基钻屑中的轻质油的挥发析出，以及少量大分子烃类的热裂解等产生的第二混合气体从第二出气口52通入三相分离器内。在轻质油热解区12热解完成后的油基钻屑从排料口4落入重质油热解区13的传动带21上，并随着传动带21的输送油基钻屑中的大分子有机物繁盛热裂解反应、碳碳键断裂，生成热解油、氢气和甲烷等第三混合气体，并通过第三出气口53通入三相分离器。油基钻屑中的杂质在输送过程中从输送板211之间的分离间隙212中掉落到本处理区的底部，然后经过刮板8的刮动逐渐向收集组件9聚拢，重质油热解区13热解后余留下来的油基钻屑即为净化后的油基钻屑。 [0042] 本申请实施例还公开一种油基钻屑的处理方法。参照图1和图5，油基钻屑的处理方法包括如下步骤：干化处理：将碾碎后的油基钻屑通入干化区11，并将干化区11加热至干化提取温 度，油基钻屑挥发形成第一混合物质并通过第一出气口51排出，挥发余留的第一油基钻屑余料落入轻质油热解区12。 [0043] 轻质油气提取：将轻质油热解区12加热至轻质油气提取温度，第一油基钻屑余料挥发形成第二混合物质并通过第二出气口52排出，挥发余留的第二油基钻屑余料落入重质油热解区13。 [0044] 重质油气提取：将重质油热解区13加热至重质油气提取温度，第二油基钻屑挥发形成第三混合物质并通过第三出气口53排出，余留的净化油基钻屑外排。 [0045] 组分冷凝分离：将第一混合物质、第二混合物质以及第三混合物质分别通入不同的三相分离器，提纯轻质油和重质油。 [0046] 其中，干化提取温度<轻质油气提取温度<重质油气提取温度。 [0047] 以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。 |
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