由于含油污泥本身性质较为复杂,导致污泥热解是存在多种化学反应平行进行的复杂过程,除含油污泥挥发分逸出,还存在烃类物质脱氢、断链、异构化、环化、缩合以及焦化等各种反应发生。通常,可将含油污泥的热解过程分为以下几个阶段:第一阶段为干燥脱气阶段(室温至180°C),第二阶段为轻质油分挥发阶段(180-370°C),第三阶段为重质油分解阶段(370-500°C),第四阶段为半焦炭化解阶段(500°C-580°C),第五阶段为无机物高温分解阶段(580°C以上)。针对含油污泥中烃类热裂解反应原理,常采用的是自由基链式理论解释其过程,理论认为,可将烃的热解分别三个阶段链的引发、链的增长、链的结束,具体为高温作用下烃分子中的C-C和C-H键断裂形成自由基,反应持续进行,自由基不断转化,最后自由基相互作用形成稳定产物。根据烃类热裂解反应先后顺序,可将反应分为一次反应和二次反应,其中,一次反应即是由含油污泥原料根据自由基机理经热裂解生成如H2、CH4、C2H4等一次反应产物,而二次反应则是指裂解产物如C2H4通过脱氢等方式再次裂解生成多种产物,最后生成生焦或碳。
含油污泥热解工艺流程图
含油污泥在230-270°C开始挥发,主要热解阶段发生在415-440°C,相较低升温速率条件下的污泥热解过程,较高的升温速率会使污泥热转化率有明显提升,但在热解产物产量没有存在明显差异。热解终温的增加使固体产率降低,气体产率升高,热解终温对液相产物影响不大,对于升温速率来说,升温速率在低温热解的影响较为明显。在较低的污泥热解温度下,升温速率的增加促进污泥裂解反应发生,当温度高于650°C时,升温速率的影响逐渐削弱。