含油污泥的热解特性研究

S am p le 5 18. 61 1. 70 79. 69 83. 78 13. 2 0. 51 0. 85 1. 56 1. 89 42. 06 26. 79 23. 36 7. 79
C om p onen ts of m ine ra l H igh hea ting va lue / kJ·kg - 1
表 1 含Βιβλιοθήκη Baidu污泥及其组成的性质分析 Tab le 1 P rop e rty ana lys is of o il s ludge and its com p onen ts
C om p onen ts w / %
U ltim ate ana lys is of m ine ra l o il w / %
S am p le 1 37. 78 0. 65 61. 57 84. 12 12. 01 0. 97 1. 20 1. 40 1. 71 32. 16 23. 14 33. 14 11. 57
S am p le 2 10. 32 2. 12 87. 56 84. 32 12. 9 0. 60 1. 1 1. 08 1. 83 50. 41 20. 5 24. 53 4. 55
目前 ,国内外对含油污泥热解特性研究较少 。 文献 [ 3～5 ]在热重分析仪上对不同气氛 ,不同添加 剂条件下炼油厂罐底泥的反应动力学进行了研究 ;
Punnaruttanakun等 对 [ 2 ] A P I隔油池污泥进行动力学 分析 ;陈超 [ 5 ]研究了胜利油田罐底泥与落地泥的反 应过程及动力学 。这些研究集中于一种或两种污泥 的动力学研究 ,而对于含油污泥热解的影响因素及 机理有待进一步深入研究 。为此 ,本研究在对五种 含油污泥组成分析的基础上 ,采用热重 2傅里叶变换 红外光谱联用仪对热解过程进行了比较 ,分析热解 特性的影响因素 ;再通过管式电阻炉上热解气体析 出特性进一步探讨污泥的热解机理 ,从而为提高含 油污泥热解技术的适用性及优化工艺设计 、合理操 作运行提供理论基础 。
S am p le 3 4. 53 1. 15 94. 32 84. 35 12. 6 0. 85 1. 18 1. 02 1. 79 49. 68 21. 58 20. 96 3. 76
S am p le 4 36. 79 0. 51 62. 7 84. 09 13. 69 0. 45 0. 75 0. 97 1. 95 44. 66 24. 69 24. 11 6. 55
含油污泥及其组成性质的分析见表 1。其中 , 含油污泥三组分测定方法为 : 水分含量采用《煤的 工业分析方法 》测定 ,矿物油含量用索氏抽提法测
定 (抽提剂三氯甲烷 ) ,矿物质由减量得到 ; 矿物油 (索氏抽提分离得到 )的元素组成由元素分析仪与 测硫仪测定 ,氧由减量得到 ; 四组分组成 (饱和分 、 芳香分 、胶质与沥青质 )依据《岩石可溶有机物和原 油族组分柱层析分析方法 》测定 ;矿物质 (索氏抽提 残渣 )由 X射线衍射光谱仪测定 。氧弹量热仪测定 热值 。
P y ro lys is p rop e r t ie s of o il s lu d ge
SON G W e i, L IU J ian2guo, N IE Yong2feng
(D ep a rtm en t of Environm en ta l Sc ience and Eng inee ring, Ts inghua U n iversity, B e ijing 100084, C h ina )
第 36卷 第 3期 2008年 6月
燃 料 化 学 学 报 J ou rna l of Fue l C hem is try and Techno logy
V ol. 36 N o. 3 Jun. 2008
文章编号 : 025322409 (2008) 0320286205
含油污泥的热解特性研究
含油污泥是在原油开采 、集输及炼制过程中产 生的一类由矿物油 、矿物质及水构成的危险废物 ,具 有成分复杂 、性质变化大及环境危害严重等特点 。 据不完全统计 ,中国含油污泥产生量呈逐年上升趋 势 , 2006年达 10 ×105 t～44 ×105 t[ 1 ] ,另有大量污 泥积存待处理 。现阶段的处理方式以简易填埋与简 易焚烧为主 ,造成严重环境污染与资源浪费 。热解 技术具有处理彻底 、减量减容效果好 、二次污染少及 回收能量等优点 ,是一种应用前景广阔的处理 方法 [ 2 ] 。
qua rtz, ca lc ium carbona te, fe ldsp ar 1 5422. 41
ca lc ium ca rbona te, rock sa lt,
gyp sum 3 532. 10
qua rtz, ca lc ium ca rbona te
-
qua rtz, ca lc ium ca rbona te, fe ldsp ar 1 4219. 52
K e y w o rd s: o il sludge; p y ro lys is cha rac te ris tics; the rm og rav im e tric ana lys is2Fou rie r transfo rm inf ra red sp ec troscop y ( TG 2FT IR ) ; tubu la r resistance fu rnace; p y ro lys is m echan ism
1 实验部分
1. 1 实验物料 含油污泥样品取自中国三个大型
收稿日期 : 2007209218; 修回日期 : 2007212229。 联系作者 : 刘建国 , E2mail: jgliu@mail. tsinghua. edu. cn, Tel: 010262782029。 作者简介 : 宋薇 (19782) , 女 , 博士研究生 , 主要从事含油污泥的资源化研究 , E2mail: song2w04@ mails. tsinghua. edu. cn。
A b s t ra c t: Py ro lys is cha rac te ristics of o il s ludge w e re s tud ied by the rm og rav im e tric ana lys is2 Fou rie r transfo rm infra red sp ec troscop y ( TG 2FT IR ) and tubu la r e lec tric fu rnace. The p y ro lysis p rocess and m a jo r influence fac to rs like s ludge p rop e rty and hea ting ra te w e re ana lyzed. The re leasing behav io r of non2condensed gas w as a lso
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第 3期
宋 薇 等 : 含油污泥的热解特性研究
28 7
油田 A、B 与 C, 1号与 3号样品为 A 油田的罐底泥 与落地油泥 , 2号样品为 B 油田联合站的污水污泥 、 3号与 4 号样品为 C油田不同矿物油含量的罐底 泥 。以空气干燥基 (50 ℃,干燥 24 h)为分析基准 。
Fou r com p onen ts analys is of m ine ra l
oil w / % [2]
o il con ten t w ater con ten t m ine ra l con ten t
C H N S O H /C sa tu ra te arom a tic res in asp ha ltene
宋 薇 , 刘建国 , 聂永丰
(清华大学 环境科学与工程系 , 北京 100084)
摘 要 : 利用热重 2傅里叶变换红外光谱联用仪与管式电阻炉对含油污泥热解特性进行了研究 , 分析了热解过程及影响因素 (污泥性质与升温速率 ) ,并由气体析出特性研究了热解机理 。结果表明 , 热解过程包括水分挥发 、轻质油挥发 、重质油热解 、 半焦炭化与矿物质分解五种反应 ,矿物油反应集中发生在 220 ℃～480 ℃。污泥性质影响因素中 , 产生环节最为显著 , 罐底 泥 、污水污泥失重明显而落地油泥失重不明显 ,矿物质组分含量越高 ,挥发分转化率越低 ; 而污泥的油源基属影响较小 。升温 速率越大 ,反应进行的越快 ,挥发分转化率降低 。热解机理包括矿物油含氧官能团裂解 , 链烃及侧链上的断链 , 环化 、芳构化 以及缩合脱氢 。 关键词 : 含油污泥 ; 热解特性 ; 热重 2傅里叶变换红外光谱 ; 管式电阻炉 ; 热解机理 中图分类号 : X706 文献标识码 : A
s tud ied to unde rstand p y ro lys is m echan ism. The resu lts ind ica te tha t the p y ro lys is p rocess has five reac tions
inc lud ing w a te r vo la tiliza tion, ligh t o il vo la tiliza tion, heavy o il p y ro lysis, sem i2coke cha rring and m ine ra l decom p osition. R eac tion of m ine ra l o il focuses on 220 ℃～480 ℃. The sou rce of sludge is im p o rtan t fo r its
p y ro lys is behav io r. The w e igh t loss of bo ttom sludge and sew age sludge is g rea te r than tha t of p e tro leum con tam ina ted so il. P rop e rty of o il sou rce is less im p o rtan t re la tive ly. m ine ra l con ten t w as h ighe r, vo la tile conve rsa tion ra te inc reased; W ith the ris ing of hea ting ra te the reac tion ra te inc reases, w h ile vo la tiles conve rs ion ra te dec reases. Py ro lys is m echan ism inc ludes c rack ing reac tion of oxygenous func tiona l g roup s, cha in sc ission of linea r and s ide cha ins of hyd roca rbon, cyc liza tion, a rom a tiza tion and condensa tion reac tions to dehyd rogena te.
qua rtz, feldsp a r, ca lc ium ca rbona te、
8 770. 89
1. 2 实验仪器及操作方法 1. 2. 1 热重 2傅里叶变换红外光谱联用仪 由德国 N ETZSCH 公司的 S TA 409C 型热重差热分析仪和 美国 N ICOL ET公司的 N EXU S670型傅里叶变换红 外光谱仪组成 。实验过程中同时记录热重 2微商热 重曲线 ( TG 2D TG )和红外光谱图 ( IR ) 。实验条件 : 样品质量 ( 25. 00 ±0. 02) m g; 升温 50 ℃～800 ℃, 并 在 终 温 保 持 10 m in; 程 序 升 温 速 率 选 取 10 ℃ /m in、20 ℃ /m in与 30 ℃ /m in; 氮气气氛 , 吹扫 气流量 100 mL /m in。 1. 2. 2 管式电阻炉 管式电阻炉实验台由载气 、温 度控制 、管式电阻炉 、石英热解反应器 、冷却装置 、累 积气体流量计和气体取样袋组成 。其中石英热解反 应器长 750 mm ,内径 45 mm , 物料则被放置于内径 30 mm , 长 150 mm 的石英舟内 。实验条件 :样品质 量约 20 g; 升 温 50 ℃ ～ 600 ℃, 并 在 终 温 保 持 10 m in; 升温速率选取 10 ℃ /m in; 氮气气氛 , 吹扫气