油田廢水制備漿體燃料的成漿、燃燒與氣化特性研究.pdf

1、油田廢水是一種成分復(fù)雜、難處理、含熱值的有機(jī)工業(yè)廢水，除油類物質(zhì)外，還含有大量的金屬陽離子、懸浮物及有機(jī)質(zhì)，如不經(jīng)處理而隨意排放容易造成水污染，破壞生態(tài)環(huán)境。以往對油田廢水的處理手段大多成本較高，效果不顯著，因此需要開發(fā)一種工藝簡單、成本低廉的油田廢水資源化利用新技術(shù)。水煤漿是一種較為成熟的代油漿體燃料和氣化原料，具有燃燒效率高、污染排放小的特點，而且對制漿用水的適應(yīng)性也較好，因此本文采用油田廢水直接制備水煤漿，即油田廢水煤漿，不僅減少

2、了廢水排放，也節(jié)約了制漿用的清潔水，達(dá)到了難處理有機(jī)工業(yè)廢水資源化利用的目的。本文在實驗室中對油田廢水煤漿成漿特性、燃燒特性和氣化特性進(jìn)行研究，并在中試規(guī)模的臥式爐上對油田廢水煤漿進(jìn)行燃燒實驗，由此說明這種新型漿體燃料的工業(yè)利用價值。
　　為了研究油田廢水制備水煤漿的成漿特性，分別采用錫盟褐煤、徐礦煤、黃陵煤三種不同煤階的煤樣，對油田廢水制得的油田廢水煤漿和去離子水制得的普通水煤漿的表觀粘度、濃度、剪切速率等參數(shù)進(jìn)行了測量，對比分

3、析了兩種漿體的定粘濃度、“粘度-濃度”特性曲線，發(fā)現(xiàn)油田廢水的摻入可以提高水煤漿的定粘濃度；但僅利用油田廢水中的某些具有分散效果的化學(xué)成分還不足以維持較好的成漿性能，仍需加入添加劑，且選擇“亞甲基萘磺酸鈉-苯乙烯磺酸鈉-馬來酸鈉（NDF）”分散劑時成漿性能最好。研究了煤中空干基水分含量、氧含量以及煤階對成漿特性的影響，發(fā)現(xiàn)水分含量越大，氧含量越大，煤階越低，水煤漿的成漿性能越差。三種煤樣中錫盟褐煤與油田廢水、去離子水的接觸角最小，且油田

4、廢水會減小煤水的接觸角，提高潤濕性。對比研究了油田廢水煤漿和普通水煤漿的流變特性，發(fā)現(xiàn)油田廢水的摻入不會改變水煤漿流變特性，還能提高漿體的假塑性特征，更有利于水煤漿的儲存、運輸和霧化。利用析水法研究了油田廢水煤漿和普通水煤漿的穩(wěn)定性，結(jié)果顯示油田廢水煤漿的析水率更低，以及煤粉在油田廢水中的Zeta電位值更大，說明油田廢水的摻入能提高漿體穩(wěn)定性。
　　采用熱重法分別研究了油田廢水煤漿、普通水煤漿的著火燃燒特性，并根據(jù)實驗結(jié)果確定了一

5、系列燃燒特性指數(shù)，反應(yīng)動力學(xué)參數(shù)則用反應(yīng)級數(shù)模型（n=3）求得。結(jié)果顯示：油田廢水煤漿、普通水煤漿的燃燒熱重曲線（TG曲線）都會經(jīng)歷快速失水階段、質(zhì)量穩(wěn)定階段、著火燃燒階段和燃盡階段；燃燒微商熱重曲線（DTG曲線）有三個失重峰，分別代表快速失水過程、揮發(fā)分析出燃燒和固定碳的著火燃燒階段，其中第二、三兩個失重峰有部分重疊；油田廢水煤漿的著火溫度、燃盡溫度及燃燒表觀活化能均低于普通水煤漿，燃燒速率等其它各項燃燒特性指數(shù)也都優(yōu)于后者，由此說明

6、油田廢水通過降低著火溫度及表觀活化能，提高燃燒速率促進(jìn)水煤漿的燃燒性能。采用熱重法研究了油田廢水煤漿和普通水煤漿的氣化特性，并利用TG-DTG法確定了一系列氣化特性指數(shù)。結(jié)果顯示：油田廢水煤漿和普通水煤漿都會經(jīng)歷快速失水階段、質(zhì)量穩(wěn)定階段、揮發(fā)分析出階段、固定碳與CO2反應(yīng)階段和氣化反應(yīng)結(jié)束階段；DTG曲線有三個區(qū)別明顯的失重峰，分別代表快速失水過程、揮發(fā)分析出和固定碳與CO2反應(yīng)階段；油田廢水煤漿的氣化反應(yīng)開始溫度、結(jié)束溫度均低于普通

7、水煤漿，其它各項氣化特性指數(shù)也都優(yōu)于后者，說明油田廢水對水煤漿的氣化性能也有促進(jìn)作用。使用掃描電鏡從微觀層面上探究了油田廢水對燃燒氣化的促進(jìn)作用，發(fā)現(xiàn)油田廢水煤漿固含物中含有大量的Na、K等堿金屬離子，普通水煤漿中沒有這兩種離子成分，說明油田廢水對燃燒氣化的促進(jìn)作用來自堿金屬離子；其中，Na離子均勻分布在煤顆粒的表面，K離子則分布在煤顆粒邊緣和顆粒之間的孔隙中，這些Na、K離子都形成了燃燒氣化的活化中心，促進(jìn)了燃燒氣化反應(yīng)的進(jìn)行。

8、>　　以徐礦3號和徐礦6號兩種煤分別摻混油田廢水和普通水，利用中試規(guī)模的制漿設(shè)備進(jìn)行干法制漿，得到的油田廢水煤漿和普通水煤漿濃度均在57％～61%之間，表觀粘度約為750～1300mPa·s，符合工業(yè)應(yīng)用的要求。在中試規(guī)模的臥式爐上進(jìn)行了油田廢水煤漿、普通水煤漿的燃燒實驗，研究了水煤漿的燃燒、燃盡和結(jié)渣特性，發(fā)現(xiàn)滿負(fù)荷下所有漿樣在爐膛內(nèi)不同工況下著火燃燒穩(wěn)定，爐內(nèi)主燃燒區(qū)溫度均在1300℃以上，降負(fù)荷下爐內(nèi)主燃燒區(qū)溫度也在1100℃以上