| FESE | 前沿研究：含油污泥+富氫塑料——共熱解實現(xiàn)多種固體廢物的協(xié)同處理 |
論文標題：Co-pyrolysis of oil sludge with hydrogen-rich plastics in a vertical stirring reactor: Kinetic analysis, emissions, and products（含油污泥+富氫塑料——共熱解實現(xiàn)多種固體廢物的協(xié)同處理）
期刊：Frontiers of Environmental Science & Engineering
作者：Lujun Zhao, Jiaming Shao, Li Xiang, Yiping Feng, Zhihua Wang, Fawei Lin
發(fā)表時間：15 Oct 2022
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提 要
熱解法是石油工業(yè)中含油污泥（以下簡稱油泥）無害化處置和資源化利用的途徑之一，但高含量重餾分導(dǎo)致油泥直接熱解產(chǎn)生的油品不能滿足高效清潔利用要求。本研究將聚乙烯塑料添加到油泥中，以調(diào)節(jié)熱解原料的H/C比，使油泥和聚乙烯塑料產(chǎn)生強烈的共熱解過程，生成物具有較高的熱值、較多短鏈輕餾分和鏈烷烴含量，改善了油產(chǎn)品品質(zhì)。
圖1 摘要圖
研 究 概 覽
本研究采用聚乙烯塑料和油泥不同配比（1:0、1:5、1:3、1:1、3:1、5:1和0:1）混合物開展共熱解試驗，研究塑料對油泥熱解的影響，特別是不同H/C比下共熱解特性和熱解產(chǎn)物。
研究基于熱重曲線分析探索了共熱解過程中油泥和聚乙烯塑料之間的相互作用（圖2）：聚乙烯塑料促進了油泥中輕組分的熱解，并且參與了重組分的熱解過程。油泥促進了聚乙烯塑料中高分子鏈的高溫裂解。此過程中，油泥對混合物共熱解時的相互作用貢獻大于塑料，油泥比例較高（塑料比例較低）時共熱解相互作用較強。此外，對氣相產(chǎn)物的分析表明，共熱解過程中，產(chǎn)生較多具有高熱值的烷烴和烯烴，且烯烴明顯多于烷烴；而且HCN和含氮污染物均有所減少。這也與熱解產(chǎn)物中氣體回收率隨著聚乙烯塑料比例的增加呈上升趨勢相呼應(yīng)。聚乙烯的添加促進了油泥中重餾分裂解成輕烴，從而減少了產(chǎn)油，而增加了氣體的產(chǎn)量。
圖2 （a）油泥、聚乙烯塑料及其混合物的熱重曲線;（b）–（f）混合物熱重曲線的實驗值和計算值的對比 (圖中OS為油泥，PE為聚乙烯塑料）
對產(chǎn)油油品的分析表明，與純油泥熱解產(chǎn)生的高重餾分（>C21，總含量~75%）相比，添加聚乙烯塑料后，共熱解產(chǎn)油中輕餾分的比例明顯超過重質(zhì)餾分（圖3），油品質(zhì)量更高。
圖3 油泥、聚乙烯塑料及其混合物熱解產(chǎn)油成分 (圖中OS為油泥，PE為聚乙烯塑料）
核磁共振譜圖對油品中芳烴、石蠟和烯烴的相對含量分析（圖4）表明，添加聚乙烯塑料有效提高了產(chǎn)油中的石蠟含量，但降低了芳烴含量，而烯烴含量隨聚乙烯比例的增加而先降低后升高，即油泥/塑料共熱解應(yīng)具有生產(chǎn)較高熱值、較高的短鏈輕餾分和石蠟的潛力。
圖4 基于1H 核磁共振的積分計算的油泥、聚乙烯塑料及其混合物熱解產(chǎn)油成分 (圖中OS為油泥，PE為聚乙烯塑料）
編 者 按
本研究采用對含有重餾分的油泥和聚乙烯混合調(diào)節(jié)H/C比進行共熱解的方法，考察聚乙烯添加對油泥熱解的影響。結(jié)果表明，聚乙烯可與油泥相互作用，促進油泥中輕組分的熱解，同時參與重組分的降解。聚乙烯添加還可促進油泥熱解高附加值氣態(tài)產(chǎn)品的獲取，并可減少污染物的釋放。該方法顯著改善了油泥的熱解過程并為油泥的清潔處理提供了一個新的方向。
摘要
Pyrolysis is an effective method to treat oily sludge (OS) due to its balance between oil recovery and nonhazardous disposal. However, tank bottom OS contains a high content of heavy fractions, which creates obstacles for pyrolysis due to the high activation energy. The incomplete cracking of macromolecules and secondary polymerization decreases the oil quality and causes coking during the operation process. This study introduced polyethylene (PE) into OS to deploy the H/Ceff ratio of feedstocks for pyrolysis. A strong interaction between OS and PE during copyrolysis could be observed from the TG/DTG curves. PE tightly participated in OS degradation, while OS also promoted PE degradation at high temperature. Apparent pits were generated in solid residues from copyrolysis, which was attributed to the uniform and violent gas release. In addition to HCN, other nitrogenous and sulphurous pollutants were inhibited. Accordingly, more gas products were attained after PE addition with more value-added compositions of alkanes and alkenes. Although the oil yield decreased after PE addition, the oil products from copyrolysis possessed higher heating values and higher contents of light fractions with short chains as well as paraffins. Consequently, copyrolysis of OS and PE significantly improved the pyrolysis process and resulted in high oil quality.
文稿 | 胡清泉，哈爾濱工程大學(xué)
編者 | 呂 劍，中國科學(xué)院煙臺海岸帶研究所，F(xiàn)ESE青年編委
審校 | 張 姣
本文內(nèi)容來自FESE期刊2022年第16卷第10期發(fā)表的Research article文章 “Co-pyrolysis of oil sludge with hydrogen-rich plastics in a vertical stirring reactor: Kinetic analysis, emissions, and products”。通訊作者為天津大學(xué)林法偉副教授。
引用格式：Lujun Zhao, Jiaming Shao, Li Xiang, Yiping Feng, Zhihua Wang, Fawei Lin. Co-pyrolysis of oil sludge with hydrogen-rich plastics in a vertical stirring reactor: Kinetic analysis, emissions, and products. Front. Environ. Sci. Eng., 2022, 16(10): 135
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