热脱附在石化行业中的应用与发展趋势

郭永昌

摘 要：随着我国石化行业的转型升级，原油开采和炼化过程积累了大量含油污泥亟待处置，同时化工企业搬迁遗留了一大批有机污染场地亟待修复。热脱附技术以其快速、高效等显著特点，受到广泛关注。

关键词：有机污染场地治理;含油污泥处置;热脱附技术

热脱附热处理工艺的一种，主要应用在挥发、半挥发有机物污染的土壤修复、含油污泥处理。热脱附已经广泛用于处理焦油污染土壤、炼厂废物、木材处理废物、木榴油污染土壤、烃污染土壤、非氯化VOC、SVOC、PAH、PCB、杀虫剂、混合（放射性和危险）废物、合成橡胶处理废物、油漆废物。热脱附系统采用的床温（170～550℃）和停留时间将选择的污染物蒸发出来，去除水分，但是，通常不会氧化或降解有机物。

1 热脱附

真空蒸馏用于油气生产行业含汞污泥、电池、催化剂、活性炭过滤器、温度计、牙科废物、荧光灯管、喷砂和土壤。在一个热土壤修复厂，处理量2t/h，汞的原始蒸汽浓度高达20mg/Nm3，报告的最大去除率99.9%。经过热处理，土壤中的汞含量（1～300mg/kg）降低到5mg/kg以下。另一个处理报告了结果，汞排放到大气的百分比为0.0015%。方位范围0.04～0.2mg/Nm3。在含汞污泥（1～4%）汞的蒸馏中，汞的回收率达到99.5%。

热脱附属于非氧化工艺，通过给污染土壤、沉淀物、浆体、滤饼等材料加热，去除（蒸发）挥发性污染物（如油和溶剂）。热脱附也会同时蒸发出材料中的水分，因此，热脱附也有“干燥器”的功能。热脱附蒸发挥发和半挥发物。可容易地去除轻质烃、芳烃和其他挥发有机物，但是，不容易去除重质量化合物，如多环芳烃。低温热脱附通常的运行温度250～350℃，足以处理含轻质烃、芳烃（BTEX）和其他挥发性有机物。高温系统运行温度可达520℃，可降低废物的重质化合物浓度，如多环芳烃。

热脱附工艺采用常规的Holo-Fliter间接加热热脱附装置，是有效的废物减量最少化工艺，或者是达到最佳验证使用技术标准的最终处理方案。干燥器采用一种封闭、非接触循环换热特体，提高处理的固体的温度。加热介质通过螺旋数总器的中空浆连续循环，通过所有的螺旋长度，通过每个轴的中心回到加热器。加热的液体特通过腔的夹套循环，增加促进挥发的“传热面积”。采用的加热液体为导热油，最高温度650℉。但是，可采用蒸汽替代干燥器中的导热油，根据现场的条件做出最后的决定。热处理器设计接收干燥器的固体残渣，处理和去除半挥发性有机物。标准的处理器包括专利改进，提高高沸点有机物的去除率，减少所需的固体停留时间。系统能够处理与处理后的滤饼，固体出口温度高达900℉。这一系统的加热介质为采用电或燃料油/气燃烧加热器加热的熔融盐。

验证试验包括质处理PAH物质污染的土壤。污染土壤代表了焦化炉和制气厂运行的污染。土壤样品非常不均匀，总石油烃和PAH浓度变化很大。所有样品的平均值表明，材料有机物含量较高。

从1995年2月22日到25日，USEPA验证德国处理前煤气化厂的土壤热脱附系统。土壤为粉砂。受到高浓度总可回收石油烃、荧蒽、芘、菲、萘和其他多环芳烃、苯、甲苯、乙苯、总二甲苯、某些金属的污染。工艺包括三个部分：机械制备、热脱附和烟气处理。系统全自动运行，含水20%时的最大处理量6.5t/h。干燥装置排出的土壤温度125～131℃。

2 热脱附技术原理

热脱附技术是指在真空条件下或通入载气时，通过直接或间接的热交换，将土壤中的有机物加热到足够温度，以使有机污染物从污染介质上得以挥发或分离，进入气体处理系统的过程。

从定义分析，热脱附包括加热和气体处理两个核心过程，关键在于污染物受热挥发后与基质分离。挥发是一个不发生物质变化的物理过程，所以热脱附中有机物只是从固相或者液相变为气相，物质并不发生改变。这一点是区分热脱附与焚烧技术的关键。

3 热脱附技术分类

根据加热方式的不同，热脱附分为直接热脱附和间接热脱附两类。直接热脱附是指高温烟气与物料直接接触加热，优点是传质传热效率高，缺点是尾气量大，处理流程长，成本高。直接热脱附尾气净化常用工艺是：二燃室--急冷--除尘--脱酸。间接热脱附是指高温烟气与物料不直接接触，优点是安全稳定、流程短、成本低，缺点是效率低。间接热脱附气不与燃烧产生的高温烟气接触，成分单一，处理简单，常用工艺是：喷淋洗涤--吸附。

4 热脱附技术优势

热脱附技术适用于VOCs、SVOCs、PAHs、TPH等有机污染物的处理，在环境修复领域应用广泛。

目前环境修复主流技术有生物法、化学法和热法。

热脱附技术是“热法”中除焚烧以外最典型技术之一，它既有“化学法”的效率高，又有“生物法”的安全彻底。其应用范围非常广，而且不具有选择性，多种有机物混合污染的工况也没有问题。热脱附去除效率通常可以达到85%以上，刘新培等针对有机污染土壤修复热脱附技术研究数据显示，典型挥发性有机物去除率在95%以上。

5 热脱附的处理对象

石化行业中，热脱附的处理对象是含油污泥和有机污染土壤两类。石油开采和油炼过程产生的钻井岩屑、落地泥、罐底泥、油渣等统称为“含油污泥”。2010年以来，我国每年开采石油约2亿t;石油企业每年产生油泥约700万t。目前含油污泥没有一个通用的处置方法。间接热脱附不仅可以实现含油污泥减量化，而且可以实现油分的价值回收，未来应用前景可观。

除了含油污泥外，热脱附在化工退役场地土壤修复行业应用更加广泛。随着城市化进程和产业路线调整，焦化厂、钢铁厂、农药厂、化工等很多化工企业正在搬离城市，遗留了一大批有机污染场地。这些退役场地的土壤污染引发了一系列环境问题。在诸多土壤修复技术中，热脱附是主流技术之一。美国环保署（EPA）公开的1982-2005年美国超级基金所开展的场地修复项目中，采用热脱附技术的项目约占8%;根据粗略统计，我国污染场地修复项目中，这一比例在20%以上。这与我国经济快速发展以及“短平快”的市场需求有密切关系。

6 热脱附发展趋势

热脱附相对于其他修复技术优势显著，同时也存在高能耗等缺点。我国环境修复起步晚，正在经历国外引进向国产化的转变过程，国产热脱附技术和装备普遍存在效率低的问题。节能增效是热脱附技术和装备的主要研究方向。

直接热脱附装备处置能力一般可以达到15-20t/h，加拿大NELSON公司公开资料显示，其最大型号直接热脱附处置能力高达70t/h。在较高的处置效率下，能耗成本占总使用成本75%左右。然而为了降低二噁因风险，国内通常采用了二燃室和噴淋急冷工艺，导致大量热量被喷淋水产生的蒸气带走，造成能量浪费。为此，国内一线修复装备公司正在开发类似于省煤器的高温烟气换热器，与空气进行热交换，然后将预热后的空气作为燃烧的助燃空气，实现能量回收。

间接热脱附装备处置能力一般为3t/h，我国最早引进的加拿大技术单套设备处置能力仅为2t/h，需要配12名操作人员和2台装载机，人工和机具的均摊成本占运行成本的30%以上。另外，处理1万t土需要200多天，工期太长。围绕间接热脱附增效，经过多年的研究，我国已经形成双级增效螺旋和增效外热转窑两种技术，其原理都是基于增加传热面积、增强扰动从而实现传质传热强化。目前公开的单台间接热脱附装备处置能力最大可以达到10t/h，是常规设备的3-5倍，大大降低了运行成本，节约了施工工期。

7 结束语

与其他土壤修复技术相比，热解吸技术具有明显的技术优势、强劲的市场需求和广阔的应用前景。为了弥补技术上的不足，节能直接热解吸和高效间接热解吸是今后的主要发展趋势。

参考文献：

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