[发明专利]一种石油焦与含油污泥共热解制备多孔碳的方法

说明书

技术领域

本发明属于石油化工领域，具体地，涉及一种利用石油焦与含油污泥共热解制备多孔碳的方法，用于石油石化企业石油焦以及含油污泥的回收利用。

背景技术

含油污泥是石油开采、运输、炼制及含油污水处理等作业过程中产生的含油固体废弃物。具有含水量高、体积大，成分复杂、处理难度大，有害成分多数超过排放标准，含有较高的热值等特点。目前含油污泥的处理方法主要有：

(1)、浓缩干化技术

含油污泥的浓缩方法主要有重力、气浮和离心浓缩法。其中最为常用的是重力浓缩法，即利用水的比重大于油从而沉到下层分离出部分水。根据是否加料，重力浓缩的又分为加药浓缩和自然浓缩，很明显加药浓缩可以减短浓缩的时间，减少油泥的含水量和体积。我国多采用的是自然浓缩法，由于该方法的成本低，操作简单但操作时间明显很长，主要的设备为干化床或污泥池。

(2)、高温处理技术

高温处理技术是把含水较多的含油污泥加热到一百度以上，在一个分离塔中进行闪蒸分离操作。低沸点的水分和烃类从塔顶出来经过冷凝后分别进行回收，重组分烃类和无机杂质从塔底脱除，达到粗分的目的。

(3)、溶剂萃取分离技术

该方法主要是指利用化学溶剂来萃取出油泥中的原油，主要工艺过程为污泥在化油池中经初步分离后，油水等液态流体进入萃取装置，将其中的油分离出来，作为燃料用油。提取原油后的污泥和水进入离心脱水装置进行脱水，分离出的污泥用作型煤的燃料。其优点是油、水、泥都能得到有效利用，且用于萃取的溶剂化学性质稳定，可循环利用。缺点是：流程长，工艺复杂，只适用于含大量难以降解的有机物石油污泥。目前超临界液态CO₂萃取剂及超临界流体萃取(SPE)技术的开发是含油污泥的溶剂萃取新的研究方向。

(4)、生物处理技术

生物处理技术的机理是利用微生物对含油污泥进行降解，将其中的烃类有机物质转换为二氧化碳和水，这种方法根据处理方式又可分为地耕法、堆肥法、生物反应器法。在我国该技术还处于起步阶段有较大的发展前景和发展空间。

(5)、含油污泥的深度催化焦化技术

由于含油污泥中含有较多的原油，以矿物油重质组分居多(焦化材料的良好原料)。该方法处理过程的实质就是对油泥进行深度的热解处理即重质油的裂解和缩合过程。该法具有操作简单，处理彻底、油回收率高的优点有利于推广。

石油焦是石油炼制过程中的最终副产物，随着世界范围内重质原油的供应不断增加，石油深度转化的不断加强，石油焦产量在平稳增长。石油焦目前大多作为炼铝工业燃料燃烧，价值低，且加工深度低。石油焦具有灰分少、碳氢比高、价格低廉等特点，并且石油焦经过一些简单的处理加工就能制备出多种高比表面积、高吸附能力的高性能活性炭。成本低、收率高工艺简单、易于产业化这些特点使得石油焦是一种优质的活性炭制备先驱体。但是石油焦结构致密，结晶度高，石墨化程度高，活化时的均一性不高，是制备多孔碳材料的影响因素之一。

多孔碳材料是一种可用于气相和液相吸附的多孔大比表面积材料，它可以是各种富含碳的煤质或木质材料经过高温热解作用后的得到的材料，具有多孔、大比表面家和强吸附性能的特点。由于其具有高度发达的孔隙结构以及特殊的表面性质，因此它是一种优良的吸附剂，目前已经被广泛的应用于化工工业、石油工业、食品加工、环境保护、冶金、医疗、军事等各个领域。

各种炭材料主要是通过炭化和活化两个阶段来制成多孔碳材料的。活化的方法分为物理活化、化学活化、物理化学活化和催化活化，其中物理活化和化学活化最为常用。

(1)、炭化

炭化是原料去除有机挥发成分，得到具有一定强度适合活化过程的碳素体。其本质是有机物的热解反应过程。炭化过程可以分为三个阶段，第一阶段在400℃以前，以脱水脱气为主，此阶段虽然发生脱水脱气等一次分解反应，但-O-键不分解，此阶段煤质本身并未发生变化。第二阶段主要以热分解为主，在这阶段，煤的大量官能团、脂肪侧链断裂，氧以水、二氧化碳、一氧化碳等形式产生，脱去挥发组分，并且在这阶段中芳香族化合物之间形成键、结合形成煤焦油，这一阶段在600～700℃左右完成。第三阶段主要是脱氢反应为主，在这阶段大量芳烃发生脱氢聚合，使得芳烃结构不断增大，碳数增加，最终形成聚合芳烃环平面状分子结构，即石墨微晶结构。

(2)、活化

①物理活化

物理活化法通常使用氧化性气体如水蒸气、二氧化碳、氧气、空气等气体催化剂对炭化后的原料进行活化，使得原料中的碳原子部分被氧化、气化，通过开孔、扩孔和创造新孔等作用，从而形成发达的孔隙结构。