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油泥處理技術(shù)漫談及含油污泥熱解反應(yīng)過程

2022-12-29

含油污泥高含油率和高熱值使其具有巨大的能源潛力,鑒于能源需求和環(huán)境壓力,含油污泥處理處置的最終目的其一是提高采油效率、降低殘?jiān)吐?,充分利用含油污泥自身資源,其二是將有害元素和重金屬穩(wěn)定在固體殘?jiān)?,降低其對環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn)。在各種含油污泥處置技術(shù)中,調(diào)質(zhì)—機(jī)械分離技術(shù)處理后的含油污泥含油量高,萃取技術(shù)雖然能夠高效回收含油污泥油相組分,但處理過程中使用大量的有機(jī)溶劑存在環(huán)境風(fēng)險(xiǎn),相比于以上兩種技術(shù),熱解技術(shù)既能夠?qū)崿F(xiàn)以上兩個(gè)目標(biāo),實(shí)現(xiàn)對含油污泥中油組分高效回收,同時(shí)無需有機(jī)溶劑,減少其對環(huán)境的二次污染。因此,熱解法被認(rèn)為是最有潛力的含油污泥資源化處理技術(shù)。

含油污泥熱解技術(shù)的本質(zhì)是在缺氧/無氧狀態(tài)下對油組分的深度熱處理,將其轉(zhuǎn)化為可凝油、不可凝氣和殘?jiān)?。其主體反應(yīng)為烴類物質(zhì)的熱轉(zhuǎn)化,即重質(zhì)礦物油的高溫?zé)崃呀庖约盁峥s合反應(yīng),其反應(yīng)過程大致如下:石蠟烴→烯烴→二烯烴→環(huán)烯烴→芳烴→稠環(huán)烯烴→瀝青質(zhì)→焦炭。重質(zhì)礦物油中各組成的熱裂解和熱縮合能力如下:正構(gòu)烷烴>異構(gòu)烷烴>環(huán)烷烴>芳香烴>環(huán)芳烴>多環(huán)芳烴。

含油污泥熱解反應(yīng)過程
熱解溫度主要反應(yīng)
120°C以下物理干燥過程,未見物質(zhì)分解
250°C以下結(jié)合水、S脫離
250~340°C聚合物開始裂解
340~400°C脂肪族化合物裂解、C-O鍵和C-N鍵開始裂解
400~420°C瀝青類物質(zhì)轉(zhuǎn)化為熱解油和熱解焦油
600°C以上烯烴、芳烴生成

上表展示了含油污泥熱解過程中不同溫度下發(fā)生的主要反應(yīng)。一般認(rèn)為,含油污泥熱解過程主要經(jīng)過以下五階段:在50~180°C時(shí)發(fā)生干燥脫氣反應(yīng),主要是水分和易揮發(fā)組分的蒸發(fā);180~370°C下發(fā)生輕質(zhì)油揮發(fā)析出反應(yīng),此階段意味著油泥熱解反應(yīng)的開始;370~500°C下發(fā)生重質(zhì)油熱解析出反應(yīng),此階段下主要為重質(zhì)油的裂解反應(yīng),同時(shí)縮合反應(yīng)也隨溫度的升高而加快;500~600°C下為半焦炭化階段;600°C以上發(fā)生礦物質(zhì)分解反應(yīng)。在最后三個(gè)階段,還會(huì)因發(fā)生揮發(fā)分二次裂解反應(yīng),主要包括芳構(gòu)化反應(yīng)、羰基化反應(yīng)、環(huán)化反應(yīng)和聚合反應(yīng)。

含油污泥熱處理過程中烴類熱反應(yīng)大體可以分為縮合和裂解兩個(gè)方向。其中,縮合反應(yīng)生成分子量較大的分子(如膠質(zhì)、瀝青質(zhì)、焦炭等)而裂解反應(yīng)生成分子量較小的分子(如小分子氣體烴)。在熱轉(zhuǎn)化過程中,當(dāng)溫度升高至370℃左右時(shí)重質(zhì)礦物油即開始裂解,與此同時(shí)縮合反應(yīng)的強(qiáng)度會(huì)隨裂化程度的增大而加強(qiáng)。在較低裂解程度下,原料和焦油中的芳烴主要結(jié)焦母體;在較高裂解程度下,二次反應(yīng)生成的縮聚物是主要的結(jié)焦母體。裂解產(chǎn)生的輕質(zhì)烴類可以在合適的溫度下被分離提純,縮聚物保留在反應(yīng)器內(nèi)部,通過控制調(diào)節(jié)反應(yīng)條件能夠有選擇性使反應(yīng)進(jìn)行,在系列反應(yīng)參數(shù)中,熱解溫度、熱解壓力、停留時(shí)間、原料性質(zhì)對產(chǎn)物性質(zhì)有較大影響。

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