| FESE | 前沿研究：含油污泥+富氢塑料——共热解实现多种固体废物的协同处理 |
论文标题：Co-pyrolysis of oil sludge with hydrogen-rich plastics in a vertical stirring reactor: Kinetic analysis, emissions, and products（含油污泥+富氢塑料——共热解实现多种固体废物的协同处理）
期刊：Frontiers of Environmental Science & Engineering
作者：Lujun Zhao, Jiaming Shao, Li Xiang, Yiping Feng, Zhihua Wang, Fawei Lin
发表时间：15 Oct 2022
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提 要
热解法是石油工业中含油污泥（以下简称油泥）无害化处置和资源化利用的途径之一，但高含量重馏分导致油泥直接热解产生的油品不能满足高效清洁利用要求。本研究将聚乙烯塑料添加到油泥中，以调节热解原料的H/C比，使油泥和聚乙烯塑料产生强烈的共热解过程，生成物具有较高的热值、较多短链轻馏分和链烷烃含量，改善了油产品品质。
图1 摘要图
研 究 概 览
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）混合物开展共热解试验，研究塑料对油泥热解的影响，特别是不同H/C比下共热解特性和热解产物。
研究基于热重曲线分析探索了共热解过程中油泥和聚乙烯塑料之间的相互作用（图2）：聚乙烯塑料促进了油泥中轻组分的热解，并且参与了重组分的热解过程。油泥促进了聚乙烯塑料中高分子链的高温裂解。此过程中，油泥对混合物共热解时的相互作用贡献大于塑料，油泥比例较高（塑料比例较低）时共热解相互作用较强。此外，对气相产物的分析表明，共热解过程中，产生较多具有高热值的烷烃和烯烃，且烯烃明显多于烷烃；而且HCN和含氮污染物均有所减少。这也与热解产物中气体回收率随着聚乙烯塑料比例的增加呈上升趋势相呼应。聚乙烯的添加促进了油泥中重馏分裂解成轻烃，从而减少了产油，而增加了气体的产量。
图2 （a）油泥、聚乙烯塑料及其混合物的热重曲线;（b）–（f）混合物热重曲线的实验值和计算值的对比 (图中OS为油泥，PE为聚乙烯塑料）
对产油油品的分析表明，与纯油泥热解产生的高重馏分（>C21，总含量~75%）相比，添加聚乙烯塑料后，共热解产油中轻馏分的比例明显超过重质馏分（图3），油品质量更高。
图3 油泥、聚乙烯塑料及其混合物热解产油成分 (图中OS为油泥，PE为聚乙烯塑料）
核磁共振谱图对油品中芳烃、石蜡和烯烃的相对含量分析（图4）表明，添加聚乙烯塑料有效提高了产油中的石蜡含量，但降低了芳烃含量，而烯烃含量随聚乙烯比例的增加而先降低后升高，即油泥/塑料共热解应具有生产较高热值、较高的短链轻馏分和石蜡的潜力。
图4 基于1H 核磁共振的积分计算的油泥、聚乙烯塑料及其混合物热解产油成分 (图中OS为油泥，PE为聚乙烯塑料）
编 者 按
本研究采用对含有重馏分的油泥和聚乙烯混合调节H/C比进行共热解的方法，考察聚乙烯添加对油泥热解的影响。结果表明，聚乙烯可与油泥相互作用，促进油泥中轻组分的热解，同时参与重组分的降解。聚乙烯添加还可促进油泥热解高附加值气态产品的获取，并可减少污染物的释放。该方法显著改善了油泥的热解过程并为油泥的清洁处理提供了一个新的方向。
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，哈尔滨工程大学
编者 | 吕 剑，中国科学院烟台海岸带研究所，FESE青年编委
审校 | 张 姣
本文内容来自FESE期刊2022年第16卷第10期发表的Research article文章 “Co-pyrolysis of oil sludge with hydrogen-rich plastics in a vertical stirring reactor: Kinetic analysis, emissions, and products”。通讯作者为天津大学林法伟副教授。
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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