利用低温蒸馏工艺处理轧钢污泥技术

1、利用低温蒸馏工艺处理轧钢污泥技术二一一 -.t篱科技 利用低温蒸馏工艺处理轧钢污泥技术 廖洪强赵胜利邓德敏何亚斌赵志星 (技术研究院)余广炜(东北大学国家环保生态工业重点实验室)摘要为解决轧钢含油污泥的环境污染问题,实现铁鳞的高附加值利用,本文提出利用低温蒸馏法处理含 油铁鳞新技术.实验室基础研究,中试试验和工业试生产研究结果表明 :采用低温蒸馏和废油回收工艺完全可 以实现轧钢污泥的无害化处理和资源化利用 ,该项目具有显着的经济效益和环保 效益 . 关键词轧钢污泥处理低温蒸馏DISPoIALoFRoLLINGMILLSLUDGEBYTHELoW TEMPERATUREDIST H LATIoN

2、LIAOHongqiangZHAOShengliDENGDeminHEYabinZHAOZhixing (ResearchInstituteofTechnica1) YUGuangwei (StateKeyLaboratoryofBio industry,NortheasternUniversity)ABSTRACTFortheenvironmentalprotectionandtheresourcerecycling,anewprocesstode al vitlloilbearingsludgebythelowtemperaturedistillationisproposedinthepa

3、per.Theresearch resuhsgotfromthelaboratoryexperimentsandindustrialtestsindicatesthattheroilingmiUsl udge callchangeintowater,oilandferricoxidepowderbythelowtemperaturedistillation,anddoes notcausesecondpollution.Italsoprovestohavenotableeconomicallyandenvironmentallyfrie ndlybenefits.KEYWORDSrolling

4、mill,sludge,disposal,lowtemperaturedistillation轧钢过程中产生的氧化铁皮（俗称铁鳞）实际上是一种具有广泛用途的优质资源.铁鳞通常可以用作炼钢中脱除P,C,Si,Mn 的氧化剂 ,制取化工产品,如硫酸亚铁和氯化铁等,制备铁系颜料 ,生产永磁铁氧体材料,生产还原铁粉等 ,实现钢铁生产资源的高附加值利用.但是,轧钢工艺中产生的氧化铁皮（铁鳞 ）通常伴有润滑油和水分,形成轧钢污泥.铁鳞深加工要求必须对铁鳞作脱油预处理.现有铁鳞脱油预处理专利主要有萃取法和焚烧法两类技术.萃取脱油法主要采用化学中 相似相溶 原理 ,利用有机溶剂将铁鳞中的油类物质分离出来,再经

5、过多级萃取,多级分离实现铁鳞的脱油 .该工艺技术具有可回收铁鳞中的油类物质再生利用,但其技术路线相对复杂,占地面积较大,脱油不彻底,易产生新的含油污水等二次污染问题,因此在工业上应用较少.焚烧脱油法多数采用回转窑高温焚烧处理 ,该方法具有脱油完全彻底,油类物质可以能源化利用等优点,但同时存在难以克服的烟尘二次污染等缺点 .基于上述方法,本文提出一种体现钢铁清洁生产与循环经济概念并可实现零污染的铁鳞清洁廖洪强 :2002 毕业于清华大学,博士后,现为首钢技术研究院资源综合利用与环境保护研究所所长,主要从事能源环境领域的技术研究与开发工作.收稿 /2004-07 12|llll 露 i 罄强骞蚤裁

6、昆鞲脱油方法 ,该方法的工艺特点是采用间接加热的干燥设备首先进行铁鳞脱水,脱水后的干燥含油铁鳞进入间接加热的脱油蒸馏器中进行脱油处理,脱出的废油蒸汽进入直接喷淋冷凝回收的废油回收塔 ,将全部废油冷凝回收 ,实现了废油高度资源化回收利用和零污染操作.1 实验部分1.1 样品采集与分析本次试验对首钢所有轧钢厂产生的铁鳞进行了采样分析,对铁鳞含油,含水变化进行了近一个月的跟踪测试.样品按照随机取点采样法进行采集,采集后的样品当天进行水分和油含量测试 .水分测试方法描述如下:首先将风箱加热并恒定温度105 ,再将采集来的样品称重500g,分散放入干燥盘中，再将干燥盘置于恒温的风箱中，加热2h后，取出样

7、品进行称重并记录干燥后铁鳞重量,将干燥前后铁鳞重量差与干燥前铁鳞重量的比值,即得铁鳞的含水率.称取干燥后铁鳞200g,放入一固定床反应器中，将固定床温度加热并恒定到400 ,并在固定床中通入少量氮气保护，恒温脱油2h后,取出铁鳞进行称重 ,记录脱油后铁鳞重量,将脱油前后铁鳞重量差与脱油前铁鳞重量的比值,即得铁鳞的含油率.具体测试数据如表1 所示 ,表 I 列出了首钢不同轧钢厂（用15号表示）在56月份铁鳞含油含水情况,该数据为四次采样的平均值.重特性研究.试验样品选用高含油的首钢2 号 .试验条件：升温速率5C/w.in,氮气保护，氮气流速为0.O11/h取样量400mg，样品尽量分散 ,终态

8、温度以不再失重为准（失重曲线水平后停留 15min）.1.2.2试验结果与讨论在上述试验条件下,首钢2号原始样品和脱水样品的 TG/DTG 曲线分别如图 1,2所示 .图 1 原始铁鳞热失重曲线表 1 首钢铁鳞水分含量和油含量【5 6 月四次平均） 图 2 脱水后的干燥铁鳞热失重曲线从表 1 所列结果可以看出,首钢不同轧钢厂产生铁鳞的油和水含量差别较大,最高含油量高达 6.2%,最低油含量约为0.8%;最高含水量高达 10.6%,最低油含量约为 4.4%.1.2 热天平失重试验1.2.1 试验条件试验选用首钢不同轧钢厂产生的铁鳞为原料,利用热天平分析仪进行铁鳞脱油脱水的热失从图 1 的 TG

9、曲线可以看出,原始铁鳞受热失重过程主要有两个阶段,即在20 15012之间和200500C之间出现两次显着失重.在20150之间的失重代表铁鳞中水分的蒸发,其失重量在7.5%左右 .在 200 500之间的失重代表铁鳞中油的蒸发,其失重量在1.5%左右 .这说明脱油和脱水过程完全可以分段进行,也就是,在 150下进行脱水,油不会逸出 ,可以得到较为纯净的水;脱完水后在500进行脱油处理可以得到纯净的润滑油 .从图 2 的 TG 曲线可以看出,脱水后铁鳞受热失重过程仅有一个阶段,即在 200 500c【 =之董 !咐瞄嗽啪懈 00IX mmm 仇 mm0莒 栅水间出现一次显着失重.脱水铁鳞在20

10、0500oI=之间的失重代表铁鳞中油分的蒸发,其失重量在2%左右.这表明原始铁鳞脱水速度较快的温度区间在30040001=之间，在500C条件下脱油完全 .1.3 中试试验1.3.1 试验方案电加热方式煤气燃烧热烟气间接加热方式煤气燃烧火焰直接加热方式本次试验采用三套加热方案,一套是电加热方案,一套是煤气燃烧热烟气间接加热方案,一套采用煤气燃烧火焰直接加热方式.不同反应装置和不同加热方式所产生的油（水）蒸气的冷凝回收系统均采用空喷塔和填充塔两种冷凝回收装置,并由水泵和油泵切换使用.具体试验方案如图 3 所示 .固定床式脱油脱水反应器旋转式脱油脱水反应器空喷塔式油水冷凝回收装置填充塔式油水冷凝回

11、收装置图 3 中试试验方案示意图1.3.2 脱水试验铁鳞脱水试验中,当反应器内温度低于10001=时，无明显水蒸气产生，而且物料出炉时无明 显水蒸气产生；当炉内温度高于10001二时，有明显水蒸气产生,而且物料出炉时仍含有部分水蒸气;当物料温度达到15001=时，物料出料时无水蒸气产生,冷凝水中无油珠出现,而且无扬尘现象；当炉内温度超过20001=时，水蒸气中开始出现少量油烟 ,冷凝水中含油少量油珠,出料时有少量油烟产生.因此,试验证明脱水温度应控制在150oI=之内.在脱水试验中，利用冷水直接喷淋冷却水蒸气,效果非常好,无任何冒烟现象.当脱水温度控制在150oI=以内时，冷凝水非常干净,水中

12、无任何油污.说明,在一定温度内可以做到只脱除铁鳞中的水分,不产生油污 .因此,该工艺可以有效避免含油污水产生 .采用固定床式反应器脱水时间相对较长,需要近 2 个小时,主要由于物料在固定床反应器内相对静止,水蒸气难以在短时间内逸出.采用卧式旋转脱水反应器的脱水时间相对较短,一般只需要15min 即可达到脱水的目的 ,这主要由于卧式旋转反应器中物料随时翻转,而且火焰直接加热,加热速度快,水蒸汽有足够的空间逸出,因此大大缩短了铁鳞脱水时间.在加热方式上.电加热升温速度较慢,一般需要大约 60min 才能使炉内温度超过150oI=;煤气燃烧热烟气问接加热方式的升温速度相对较快,一般在30min内可以

13、使炉内温度超过150oI=;煤气燃烧火焰直接加热方式的升温速度最快,一般在5min之内可以将炉内温度提高到150oI= 以上 .具体不同加热方式和不同反应器脱水数据如表2 所示.表 2 铁鳞脱水试验数据脱水试验表明,铁鳞脱水温度应控制在120和 200oC 之间 .采用卧式旋转反应器或者固定床式反应器均能满足要求,卧式旋转反应器脱水效率更高 ,时间更短 ,推荐在工业上应用.脱|.ll_一 00l1l 摹嘲强等:季甩出的水蒸汽采用简单冷水喷淋即可达到回收效果和目的 ,实现水资源回收利用 .1.3.3 脱油试验铁鳞脱油试验中，炉内温度超过200c时，开始出现油蒸发，温度超过400c时，铁鳞中几乎所

14、有油类物质全部脱出 .因此 ,铁鳞脱油温度应控制在200400c之间.采用固定床式反应器脱油时间相对较长,需要近68个小时，主要由于采用电加热和煤气燃烧热烟气间接加热,物料升温速度相对较慢,需要近 5h 的升温时间 ,物料在固定床反应器内相对静止,油蒸汽难以在段时间内逸出.采用卧式旋转脱油反应器的脱油时间相对较短,一般只需要 45rain 即可达到脱油的目的,这主要由于卧式旋转脱油反应器采用煤气燃烧火焰直接加热 ,热量传递速度快,温度快速升高到所需温度,而且物料随时翻转,受热较为均匀,油蒸汽有足够的空间逸出,因此大大缩短了铁鳞脱油时间 .在加热方式上,电加热升温速度较慢,一般需要大约 5h 才

15、能使炉内温度超过40o ;煤气燃烧热烟气间接加热方式的升温速度相对较快,般在 3h 内可以使炉内温度超过40o ;煤气燃烧火焰直接加热方式的升温速度最快,一般在30rain之内可以将炉内温度提高到400c以上 .具体不同加热方式和不同反应器脱油数据如表 3 所示 .表 3 铁鳞脱油试验数据脱油试验表明,铁鳞脱油温度应控制在400以上,采用固定床式和卧式旋转反应器均能满足脱油要求,但是固定床式反应器所需的脱油时间较长,难以在工业上实施应用;而卧式旋转反应器脱油效率更高,时间更短,推荐在工业上应用.1.3.4 废油冷凝回收在脱油试验中,利用冷凝废油喷淋洗涤低温蒸馏出来的热油蒸汽,采用相似相溶 原理

16、,实现 以油洗油 效果.试验表明,在有引风机存在的条件下 ,将反应器中的油蒸汽引出并进入喷淋塔中进行冷却回收,废油的冷凝回收效果非常好,脱油试验全过程几乎看不到任何油烟冒出 .但是 ,当引风机功率过大,或者反应器密封不严时, 由于热油蒸汽快速离开吸收塔,容易导致油烟吸收不完全,此时可以将风机功率调小,或者反应器密封严格,也可以将少量未被吸收的油烟通入加热炉内进行燃烧处理,以实现油烟吸收完全和不产生油烟污染环境.试验中发现,采用填充塔较空喷塔更有利于油烟的回收 ,这主要因为填充塔更有利于将油烟分散开,而且大大延长了油烟在塔内的停留时间,使得油烟吸收更加充分彻底.中试试验表明,该工艺可以做到废油彻

17、底回收 ,而且十分环保,不产生任何油烟污染.填料塔吸收效果优于空喷塔的喷淋吸收 .1.4 工业试生产1.4.1 工业生产工程技术方案生产规模为年处理含油含水铁鳞1 万 t.该技术原理是采用低温蒸馏方式,在废油蒸发但不分解的条件下进行脱油处理,脱出的废油依据 相似相溶原理,以冷凝后的废油为吸收介质冷凝吸收废油蒸汽,实现废油的全部回收.该技术的工艺路线为,原始铁鳞从首钢轧钢厂汽车运输到试生产现场,人工筛分去除异形物 ,将筛下铁鳞用吊车给星形给料机的受料斗进料,物料通过星形给料机进入卧式旋转脱油,脱水设备上料,脱油脱水后的洁净铁鳞从反应器出料口排出并进入间接冷却装置,经过初步冷却后,进入湿式螺旋输送

18、机,包装后外运.脱出的油和水蒸汽分别进人喷淋洗涤塔内,进行冷凝回收.1.4.2 工业试生产主要设备该工业生产的主要设备系统如下 :(1)给料系统:吊车 ,星形给料器,溜料槽;(2)加热系统:加热炉 ,煤气控制阀 ,气体燃烧器 ;(3)脱油脱水系统:卧式旋转脱油脱水反应器 ,密封阀,入料装置,出料装置 ,油蒸汽排放管;(4)排料系统:溜料槽, 间接冷却器,湿式螺旋输送机,包装机;0_l|毫ll.|.-承卫蔓(5)油水回收装置:引风机,洗涤塔,油泵 ,沉降池,水泵 ;(6)控制系统:测温仪 ,压力计 ,料位计 ,液位计.1.4.3 工业试生产效果经过一段时间的生产可以得出以下实施效果:(1)该系统

19、的铁鳞处理能力为1 2t/h,年生产能力为0.71.4万t氧化铁粉； 系统运行的电耗为120kW/h,年耗 电84万度;每吨平均煤气耗量为50m,年耗 煤气 5O 万 nl;(3)油水脱除率均达到100%,油回收率95%,利用率100%;水回收利用率95%;铁鳞回收利用率100%;(4)生产过程中无油烟,废水和粉尘产生 ,实现了轧钢污泥的无害化处理和资源化利用 ,属于清洁生产的环保技术.2 机理分析2.1 热力学分析轧钢污泥脱油脱水过程与水和油的热力学直接相关 ,从热力学上讲,水分的沸腾温度为 100 ,脱水必需首先满足热力学条件,因此脱水温度应大于等于100oC;相应地，轧钢污泥的脱油过程也与废油本身的热力学直接相关,从热力学上讲，轧钢废油的沸点大致在200400oC之间 （由于轧钢中所含废油大多属于机械润滑油,其组分较为复杂 ,存在蒸发温度区间,不是单一的蒸发温度点）,脱油必需