油泥处理技术漫谈及含油污泥热解反应过程

含油污泥高含油率和高热值使其具有巨大的能源潜力，鉴于能源需求和环境压力，含油污泥处理处置的最终目的其一是提高采油效率、降低残渣含油率，充分利用含油污泥自身资源，其二是将有害元素和重金属稳定在固体残渣中，降低其对环境的风险。在各种含油污泥处置技术中，调质—机械分离技术处理后的含油污泥含油量高，萃取技术虽然能够高效回收含油污泥油相组分，但处理过程中使用大量的有机溶剂存在环境风险，相比于以上两种技术，热解技术既能够实现以上两个目标，实现对含油污泥中油组分高效回收，同时无需有机溶剂，减少其对环境的二次污染。因此，热解法被认为是最有潜力的含油污泥资源化处理技术。

含油污泥热解技术的本质是在缺氧/无氧状态下对油组分的深度热处理，将其转化为可凝油、不可凝气和残渣。其主体反应为烃类物质的热转化，即重质矿物油的高温热裂解以及热缩合反应，其反应过程大致如下：石蜡烃→烯烃→二烯烃→环烯烃→芳烃→稠环烯烃→沥青质→焦炭。重质矿物油中各组成的热裂解和热缩合能力如下：正构烷烃>异构烷烃>环烷烃>芳香烃>环芳烃>多环芳烃。

上表展示了含油污泥热解过程中不同温度下发生的主要反应。一般认为，含油污泥热解过程主要经过以下五阶段：在50~180°C时发生干燥脱气反应，主要是水分和易挥发组分的蒸发；180~370°C下发生轻质油挥发析出反应，此阶段意味着油泥热解反应的开始；370~500°C下发生重质油热解析出反应，此阶段下主要为重质油的裂解反应，同时缩合反应也随温度的升高而加快；500~600°C下为半焦炭化阶段；600°C以上发生矿物质分解反应。在最后三个阶段，还会因发生挥发分二次裂解反应，主要包括芳构化反应、羰基化反应、环化反应和聚合反应。

含油污泥热处理过程中烃类热反应大体可以分为缩合和裂解两个方向。其中，缩合反应生成分子量较大的分子（如胶质、沥青质、焦炭等）而裂解反应生成分子量较小的分子（如小分子气体烃）。在热转化过程中，当温度升高至370℃左右时重质矿物油即开始裂解，与此同时缩合反应的强度会随裂化程度的增大而加强。在较低裂解程度下，原料和焦油中的芳烃主要结焦母体；在较高裂解程度下，二次反应生成的缩聚物是主要的结焦母体。裂解产生的轻质烃类可以在合适的温度下被分离提纯，缩聚物保留在反应器内部，通过控制调节反应条件能够有选择性使反应进行，在系列反应参数中，热解温度、热解压力、停留时间、原料性质对产物性质有较大影响。