油泥處理技術(shù)漫談及含油污泥熱解反應(yīng)過程

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、降低殘渣含油率，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)定在固體殘渣中，降低其對環(huán)境的風(fēng)險。在各種含油污泥處置技術(shù)中，調(diào)質(zhì)—機械分離技術(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溶劑存在環(huán)境風(fēng)險，相比于以上兩種技術(shù)，熱解技術(shù)既能夠?qū)崿F(xiàn)以上兩個目標，實現(xiàn)對含油污泥中油組分高效回收，同時無需有機溶劑，減少其對環(huán)境的二次污染。因此，熱解法被認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、不可凝氣和殘渣。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。

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)。一般認為，含油污泥熱解過程主要經(jīng)過以下五階段：在50~180°C時發(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)。在最后三個階段，還會因發(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℃左右時重質(zhì)礦物油即開始裂解，與此同時縮合反應(yīng)的強度會隨裂化程度的增大而加強。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)進行，在系列反應(yīng)參數(shù)中，熱解溫度、熱解壓力、停留時間、原料性質(zhì)對產(chǎn)物性質(zhì)有較大影響。