一种基于电催化原理的油基岩屑资源化利用装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于电催化原理的油基岩屑资源化利用装置及方法，该装置包括阴极室、阳极室、离子交换膜、阴极工作电极、参比电极、阳极工作电极、电化学工作站、油基岩屑进料口、残渣出料口、阴极电解液进样口、液相产品出料口、CO2进气口和CO2出气口、气相产品采集口、温度控制装置和搅拌装置。利用阳极电化学氧化将油基岩屑中有机物彻底降解为CO2，同时，利用阴极电化学还原将所产生的CO2转化为甲酸、甲烷、乙酸等低碳化合物，且通过调节工艺参数，获得不同组成的产品。本发明专利技术的装置和方法将油基岩屑中的有机污染物转化为低碳化合物，既降低了环境污染风险，又最大限度回收了资源，实现油基岩屑的资源化利用与无害化处置双重目标。油基岩屑的资源化利用与无害化处置双重目标。油基岩屑的资源化利用与无害化处置双重目标。

【技术实现步骤摘要】
一种基于电催化原理的油基岩屑资源化利用装置及方法


[0001]本专利技术属于油基岩屑资源化利用
，涉及一种基于电催化原理的油基岩屑资源化利用装置及方法。

技术介绍

[0002]随着页岩气开发规模的扩大，页岩气开发过程导致的水资源消耗、地表生态影响、固体废弃物影响等已经引起广泛关注。其中，页岩气开发过程中产生的油基岩屑的安全处理处置己成为页岩气开采行业环境保护的重要问题之一。油基岩屑中含有大量的矿物油、重金属、多环芳烃等有毒物质，成分比较复杂，已被列入《国家危险废物目录》，隶属于HW08大类。随着页岩气开采力度的不断增加，产生的油基岩屑日益增多。在长期堆放而不及时处理的情况下，会对周边的地下水、土壤以及大气产生严重污染，从而进一步影响动植物的正常生长及人类的健康生活。
[0003]随着环保法规的日益完善，油基岩屑的资源化利用和无害化处置将成为油基岩屑处理领域的一个关键难题。目前，焚烧、热脱附和萃取等现有技术常常应用于油基岩屑的处理处置。但是上述几种方法，焚烧处理不能实现对油基岩屑中油分的回收利用，造成资源的浪费，且在焚烧过程中会产生NO
x
、SO
x
等对环境产生污染；传统的萃取工艺存在着运行成本高、回收率较低、二次污染物等不足；热脱附技术是目前较为成熟的处理工艺，然而，其存在设备要求较高、能耗高、效率低、有毒挥发性气体扩散情况。
[0004]因此，研发高效、环保的油基岩屑资源化利用技术和设备是油基岩屑处理领域的必然趋势，也是目前页岩气绿色开发亟待解决的问题。r/>
技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种基于电催化原理的油基岩屑资源化利用的装置和方法。该方法以电催化技术为手段，利用阳极室中的电化学氧化将油基岩屑中废油等有机物彻底降解为CO2，同时，利用阴极电化学还原将所产生的CO2转化为CO、甲醇、甲酸、甲烷、乙酸、乙醇等低碳化合物，且能通过调节工艺参数，实现调控产品的选择性和优化反应速率，提高产品的经济价值，既降低了环境污染风险，又最大限度回收了资源，实现油基岩屑的资源化利用与无害化处置双重目标。
[0006]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]1.一种基于电催化原理的油基岩屑资源化利用装置，所述油基岩屑资源化利用装置包括阴极室1、阳极室2、离子交换膜3、阴极工作电极4、参比电极5、阳极工作电极6、电化学工作站7、油基岩屑进料口8、残渣出料口9、阴极电解液进样口10、液相产品出料口11、阴极CO2进气口12、阳极CO2出气口13、气相产品采集口14、温度控制装置15和搅拌装置16；
[0008]所述装置中阴极室1位于阳极室2的正上方，阴极室1和阳极室2中间设置有起隔离作用的离子交换膜3，在阴极室1中设置有阴极工作电极4和参比电极5，参比电极5位于阴极工作电极4下方；
[0009]阴极工作电极4、参比电极5和阳极工作电极6分别通过导线与电化学工作站7相连；
[0010]所述阴极室1的侧面设置有阴极电解液进样口10和液相产品出料口11，通过阴极电解液进样口10向阴极室1中输入阴极电解液，通过液相产品出料口11将阴极室1中反应后含有低碳化合物的电解液抽出；
[0011]所述阴极室1的顶部设置有气相产品采集口14，所述气相产品采集口14用于收集资源化利用过程中所产生的气相产品；
[0012]阴极室1中侧面底部设置有阴极CO2进气口12，所述阴极CO2进气口12用于导入阳极室所产生的CO2；
[0013]阳极室2中侧面设置有油基岩屑进料口8、底部设置有残渣出料口9，通过油基岩屑进料口8补充待处理的油基岩屑，处理后的油基岩屑通过残渣出料口9排出；
[0014]所述阳极室2中的侧面顶部设置有阳极CO2出气口13，所述阳极CO2出气口13与所述阴极CO2进气口12通过连接管连接，用于将阳极室2电化学氧化油基岩屑中的有机物所产生的CO2传输至阴极室1参与还原反应；
[0015]所述阳极室2中侧面设置有温度控制装置15，所述温度控制装置15的电热元件为安装在阳极室2内部的电阻丝，所述温度控制装置15的温度设置器件安装在阳极室2外侧；
[0016]所述阳极室2中底部还设置有搅拌装置16，所述搅拌装置16的电机安装在阳极室2外部、搅拌桨叶安装在阳极室2内部，搅拌桨叶与电机通过搅拌轴连接，所述搅拌装置16配备有控制搅拌速度和搅拌时间的功能。
[0017]优选的，所述阴极工作电极4横置在所述阴极室1中，所述阳极工作电极6横置在所述阳极室2中。
[0018]优选的，所述阴极工作电极4位于阳极工作电极6的正上方。
[0019]优选的，所述阴极室1和阳极室2的材料为不锈钢，且所述阴极室1和阳极室2的内部涂覆有耐腐蚀的绝缘材料。
[0020]优选的，所述液相产品出料口11中抽出的液相产品包括甲醇、甲酸、甲烷、乙酸或乙酸中的任意一种或几种；
[0021]所述气相产品采集口14中采集的气相产品为甲烷、氢气或CO中的任意一种或几种。
[0022]2.一种基于电催化原理的油基岩屑资源化利用方法，所述方法中采用上述装置进行，具体方法如下所示：
[0023]步骤S1，将待处理的油基岩屑经粉碎机粉碎，再经过振动筛形成均匀样品，得到经过预处理后的油基岩屑；
[0024]步骤S2，将经过预处理后的油基岩屑和电解液混合均匀，从油基岩屑进料口填充到阳极室中；
[0025]步骤S3，将阴极电解液从阴极电解液进样口注入阴极室中；
[0026]步骤S4，关闭装置上的各个进料口和出料口，使整个装置处于密封状态，通过程序控制调整好搅拌速率、温度、电压和反应时间，启动电催化反应；
[0027]步骤S5，经过步骤S4后，通过气相产品采集口收集产生的气体产物，通过液相产品出料口收集液相样品中低碳化合物，通过阳极室出料口收集残渣。
[0028]优选的，所述经过预处理的油基岩屑预处理为：将油基岩屑粉碎后经过目数为10～200目的筛子。
[0029]优选的，所述经过预处理的油基岩屑和电解液的质量比为1:1～100；
[0030]所述电催化反应的反应参数为：搅拌速度为600～2000rpm、温度为20～90℃、电压为
‑
0.1～
‑
2.4V，反应时间为0.1～24h。
[0031]优选的，经过步骤S5中阴极产品和阳极灰渣收集完成后，分别补充阴极电解液和阳极待处理油基岩屑混合液，然后，继续启动电催化反应。
[0032]本专利技术的有益效果在于：
[0033](1)本专利技术公开了一种基于电催化原理的油基岩屑资源化利用装置和方法，该装置和方法以电催化技术为手段，利用阳极室中的电化学氧化将油基岩屑中废油等有机物彻底降解为CO2，同时，利用阴极电化学还原将所产生的CO2转化为CO、甲烷、甲醇、甲酸、乙酸等低碳化合物。本专利技术的装置和方法将油基岩屑中的废油等有机污染物转化为低碳化合物，既降低了本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于电催化原理的油基岩屑资源化利用装置，其特征在于，所述油基岩屑资源化利用装置包括阴极室(1)、阳极室(2)、离子交换膜(3)、阴极工作电极(4)、参比电极(5)、阳极工作电极(6)、电化学工作站(7)、油基岩屑进料口(8)、残渣出料口(9)、阴极电解液进样口(10)、液相产品出料口(11)、阴极CO2进气口(12)、阳极CO2出气口(13)、气相产品采集口(14)、温度控制装置(15)和搅拌装置(16)；所述装置中阴极室(1)位于阳极室(2)的正上方，阴极室(1)和阳极室(2)中间设置有起隔离作用的离子交换膜(3)，在阴极室(1)中设置有阴极工作电极(4)和参比电极(5)，参比电极(5)位于阴极工作电极(4)下方；阴极工作电极(4)、参比电极(5)和阳极工作电极(6)分别通过导线与电化学工作站(7)相连；所述阴极室(1)的侧面设置有阴极电解液进样口(10)和液相产品出料口(11)，通过阴极电解液进样口(10)向阴极室(1)中输入阴极电解液，通过液相产品出料口(11)将阴极室(1)中反应后含有低碳化合物的电解液抽出；所述阴极室(1)的顶部设置有气相产品采集口(14)，所述气相产品采集口(14)用于收集资源化利用过程中所产生的气相产品；阴极室(1)中侧面底部设置有阴极CO2进气口(12)，所述阴极CO2进气口(12)用于导入阳极室所产生的CO2；阳极室(2)中侧面设置有油基岩屑进料口(8)、底部设置有残渣出料口(9)，通过油基岩屑进料口(8)补充待处理的油基岩屑，处理后的油基岩屑通过残渣出料口(9)排出；所述阳极室(2)中的侧面顶部设置有阳极CO2出气口(13)，所述阳极CO2出气口(13)与所述阴极CO2进气口(12)通过连接管连接，用于将阳极室(2)电化学氧化油基岩屑中的有机物所产生的CO2传输至阴极室(1)参与还原反应；所述阳极室(2)中侧面设置有温度控制装置(15)，所述温度控制装置(15)的电热元件为安装在阳极室(2)内部的电阻丝，所述温度控制装置(15)的温度设置器件安装在阳极室(2)外侧；所述阳极室(2)中底部还设置有搅拌装置(16)，所述搅拌装置(16)的电机安装在阳极室(2)外部、搅拌桨叶安装在阳极室(2)内部，搅拌桨叶与电机通过搅...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄永葵，张代钧，李林芝，邓智，卢培利，刘俊，张健强，王锦喜，贺培，龙吉海，
申请(专利权)人：重庆大学重庆华地资环科技有限公司，
类型：发明
国别省市：