含油污泥熱解及傳熱特性研究現(xiàn)狀

劉彤，馬躍，岳長(zhǎng)濤

(中國(guó)石油大學(xué)(北京) 理學(xué)院，北京 102249)

在石油工業(yè)的生產(chǎn)和提煉過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的含油污泥，大量泥土或其它介質(zhì)混入原油或成品油中，使原油回收變得困難。含油污泥的熱解也可以稱為干化熱解技術(shù)，是利用含油污泥中有機(jī)物在高溫、氧氣隔絕條件下，其自身的熱不穩(wěn)定性來(lái)熱分解有機(jī)物的過(guò)程。熱解通過(guò)高溫使油泥中的油類熱轉(zhuǎn)化，達(dá)到深度裂解，熱解過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生由無(wú)機(jī)礦物和熱解殘?zhí)冀M成的半焦，其中油泥所包含的重金屬也會(huì)固化到半焦中，減少了對(duì)環(huán)境的污染，還增加了半焦的利用性。因此，含油污泥可以通過(guò)熱解法達(dá)到資源化利用的目的。

1 含油污泥的熱解研究

1.1 含油污泥熱解反應(yīng)器

固定床反應(yīng)器工藝較為簡(jiǎn)單，無(wú)氧或者低氧狀態(tài)下，反應(yīng)產(chǎn)生的熱解氣以可燃?xì)鉃橹?，有較高利用價(jià)值。壓碎的物料可以從反應(yīng)器頂部添加，經(jīng)過(guò)反應(yīng)，將固體渣從反應(yīng)器的底部排出，氣體從頂部排出。在固定床中進(jìn)行熱解反應(yīng)時(shí)，會(huì)通過(guò)部分原料燃燒提供維持反應(yīng)的熱量。為了確保最大程度地轉(zhuǎn)化為燃料，材料需要在反應(yīng)堆中停留較長(zhǎng)時(shí)間。若原料為黏性燃料，則不可以直接加入固定床反應(yīng)器，需要經(jīng)過(guò)預(yù)處理。

流化床熱解利用內(nèi)部介質(zhì)傳熱均勻與蓄熱良好這一特點(diǎn)來(lái)完成反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過(guò)程可以連續(xù)[1]；流化床在工業(yè)生產(chǎn)中隨著時(shí)間累積，會(huì)對(duì)裝置造成磨損，并且存在操作控制比較復(fù)雜、處理過(guò)程會(huì)損失較多熱量等問(wèn)題。

回轉(zhuǎn)窯熱解爐能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)給料，常見(jiàn)的反應(yīng)器主要有兩種：內(nèi)熱式和外熱式。在處理油泥時(shí)，可以根據(jù)原料特點(diǎn)，選擇不同進(jìn)料方式。具有處理油泥效率高、快速適應(yīng)物料、可以均勻?qū)ξ锪蟼鳠帷⒀b置操作便捷簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。目前，國(guó)內(nèi)外研究主要使用批量給料的外熱式回轉(zhuǎn)窯。熱解時(shí)，回轉(zhuǎn)窯的筒身會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)入窯體內(nèi)的油泥也會(huì)做徑向和軸向的運(yùn)動(dòng)，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)可以使物料充分混合，并且使傳熱更為均勻。

移動(dòng)床熱解與其它反應(yīng)器不同，移動(dòng)床裝置在處理油泥的過(guò)程中會(huì)發(fā)生較少中間產(chǎn)物的二次反應(yīng)，可以避免因?yàn)榘l(fā)生聚合反應(yīng)而生成的焦塊對(duì)設(shè)備造成堵塞，并且移動(dòng)床對(duì)進(jìn)料粒徑的大小要求較低。在實(shí)際運(yùn)行中，熱解反應(yīng)器根據(jù)溫度區(qū)的不同被分為三個(gè)部分，即上、中、下三部分。處在中低溫區(qū)的油泥會(huì)繼續(xù)在中高溫區(qū)域進(jìn)行加熱，與可以進(jìn)行批量生產(chǎn)的固定床反應(yīng)器相比，移動(dòng)床可連續(xù)生產(chǎn)，很大程度提高了生產(chǎn)品質(zhì)和效率。移動(dòng)床反應(yīng)器由于較高的調(diào)整能力、運(yùn)行穩(wěn)定和加熱均勻的優(yōu)點(diǎn)一直受到重視，但是移動(dòng)床操作負(fù)荷較小，傳熱效率不高。

巴玉鑫等[2]使用固定床、格金試驗(yàn)干餾爐、旋轉(zhuǎn)床來(lái)處理含油污泥。結(jié)果顯示，旋轉(zhuǎn)床的氣體產(chǎn)率和液體產(chǎn)率最高，經(jīng)過(guò)旋轉(zhuǎn)床熱解反應(yīng)所回收的熱解油有最高的輕質(zhì)組分含量；呂全偉等[3]發(fā)現(xiàn)自行設(shè)計(jì)的連續(xù)給料外熱式回轉(zhuǎn)窯熱解爐，與管式爐熱解比較，擁有較低的熱解焦產(chǎn)率，油氣產(chǎn)率有所提升，大大提高了回收利用率。與管式爐熱解油對(duì)照發(fā)現(xiàn)，回轉(zhuǎn)窯產(chǎn)生的熱解油其結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，使用價(jià)值更高。由此可見(jiàn)，不同熱解反應(yīng)器處理含油污泥的效果也各有差異。

有部分學(xué)者自行設(shè)計(jì)含油污泥熱解設(shè)備，來(lái)防止熱解過(guò)程中的結(jié)焦問(wèn)題。Tang等[4]結(jié)合連續(xù)加料原理和熱解機(jī)理，提出了一種新型工業(yè)規(guī)模的鏈板運(yùn)輸熱解反應(yīng)器，具有防止結(jié)焦、污泥進(jìn)出口有效密封等優(yōu)點(diǎn)。利用該反應(yīng)器對(duì)燕山石化油泥在 450～600 ℃之間進(jìn)行了熱解實(shí)驗(yàn)，成功處理了大約 10 000 kg 的含油污泥。劉鵬等[5]為了解決反應(yīng)結(jié)焦的問(wèn)題，研究開(kāi)發(fā)了一種含油污泥熱解裝置，設(shè)計(jì)了專門的反應(yīng)單元-熱解腔來(lái)進(jìn)行反應(yīng)。

陳海洋[6]開(kāi)發(fā)了一種采用雙螺旋進(jìn)料方式的設(shè)備，產(chǎn)生的殘?jiān)鼤?huì)先通過(guò)特定的管路進(jìn)入空腔燃燒，為反應(yīng)提供熱量，之后尾渣從通道排出，可以有效防止結(jié)焦。但是剩余固體中的細(xì)小顆?？赡軙?huì)對(duì)設(shè)備連接管路造成堵塞。Gao等[7]研究了采用陶瓷膜進(jìn)行油泥熱解的新型固定床反應(yīng)器。熱解反應(yīng)器內(nèi)安裝陶瓷膜，可以在捕獲揮發(fā)分中的顆粒夾帶方面起到過(guò)濾作用。結(jié)果表明，陶瓷膜可以捕獲不同范圍的顆粒。對(duì)于<38 mm和38～75 mm的粒徑，在存在陶瓷膜的情況下獲得的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均高于沒(méi)有膜的情況下所收集的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

此外，吳葉強(qiáng)等[8]所設(shè)計(jì)的熱解設(shè)備，其高溫加熱處理設(shè)備和焚燒處理設(shè)備均設(shè)置為回轉(zhuǎn)窯，產(chǎn)生的廢渣含油率低，可直接填埋。楊志超等[9]發(fā)明了一種周期式油泥熱解處理裝置，可以處理其它工藝方法難以處理的油泥，比如干稠結(jié)塊的油泥，并且無(wú)需再次對(duì)物料進(jìn)行分揀破碎；這些自制的熱解設(shè)備均為含油污泥的熱解處理提供了便捷，并減少了污染。

以上含油污泥熱解系統(tǒng)處理周期短、廢渣剩余含油率低、能耗少，對(duì)符合要求的油泥均可進(jìn)行有效處理，目前的熱解裝置主要為了回收含油污泥中的油品，日后研究方向可針對(duì)廢渣中殘余油的處理。

1.2 熱解研究

1.2.1 催化熱解研究 加入催化劑與油泥一起進(jìn)行熱解反應(yīng)，實(shí)驗(yàn)證明，該方法可以提高產(chǎn)物的收率，反應(yīng)時(shí)間明顯縮短。目前，應(yīng)用在油泥熱解中的催化劑主要有重金屬、金屬氧化物、生物質(zhì)等。

劉魯珍等[10]為提高酸性和催化性能，應(yīng)用溶膠-凝膠法制備出了TiO2/MCM-41，將其參與反應(yīng)，熱解油的收率提高了8%左右，油品較好，反應(yīng)溫度也有所下降。李彥等[11]發(fā)現(xiàn)當(dāng)催化劑Al-MCM-41按一定比例加入含油污泥熱解過(guò)程，可明顯提高熱解油的回收率，反應(yīng)時(shí)間也大大縮短。

王飛飛等[12]對(duì)活性白土用HCl改性，結(jié)果表明，酸化改性后的活性白土孔隙增加，結(jié)構(gòu)松散。將其參與反應(yīng)，所得回收油的收率提高，反應(yīng)時(shí)間也縮短。胡海杰等[13]在油泥中加入以高嶺土和介孔分子篩為載體的熱解催化劑，研究顯示，熱解油中的輕質(zhì)油組分較之前增加了7%。

油泥灰等工業(yè)廢物也可作為熱解催化劑，Cheng等[14]提出了將油泥灰分與蒸汽相結(jié)合的方法，使用攪拌釜反應(yīng)器，在溫度為450 ℃的惰性條件下，通過(guò)添加不同量的蒸汽和油泥灰分進(jìn)行油泥熱解，從油品品質(zhì)和油品分布的角度，對(duì)加入添加物所回收到的油品進(jìn)行分析。分析結(jié)果說(shuō)明，熱解油的收率在加入油泥灰分與蒸汽后明顯提高。油品的品質(zhì)在添加蒸汽反應(yīng)后穩(wěn)定性得到提高，使重組分的比例變大，殘?zhí)苛棵黠@減少；殘?zhí)己侩S著油泥灰的加入減少，油泥中的重質(zhì)餾分及焦炭前體會(huì)轉(zhuǎn)化為輕質(zhì)餾分，改變重油和輕油的比率；同時(shí)，O、N及S元素在熱解過(guò)程中發(fā)生的遷移也會(huì)因?yàn)榛曳值拇嬖诘玫矫黠@下降。

在油泥熱解過(guò)程中加入催化劑，既可以使能源消耗減少，提高反應(yīng)效率，也可以使熱解產(chǎn)物品質(zhì)提高。催化劑提高了油泥熱解反應(yīng)的活化能，使反應(yīng)更完全。但在設(shè)計(jì)合成新型催化劑方面要繼續(xù)進(jìn)行深入研究，使催化劑合成更易進(jìn)行，操作更為方便。

1.2.2 微波熱解技術(shù) 近年來(lái)，不少國(guó)內(nèi)外學(xué)者利用微波開(kāi)展含油污泥熱解研究。微波加熱不同于傳統(tǒng)加熱，微波加熱對(duì)能量的利用率更高，且較為清潔、迅速。

潘志娟等[15]研究對(duì)比了微波加熱和傳統(tǒng)管式爐加熱，發(fā)現(xiàn)通過(guò)微波熱解所收集的液體中有毒物質(zhì)很少，熱解氣的品質(zhì)較高，反應(yīng)也更加完全。李柄緣等[16]通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)相比電加熱，微波加熱更迅速且溫度區(qū)間更寬，可使含油污泥體系的溫度更加均勻。動(dòng)力學(xué)模擬表明微波對(duì)裂解反應(yīng)產(chǎn)生了催化作用，其處理時(shí)間是電熱處理所用時(shí)間的38.6%，微波熱解能夠提升油的品質(zhì)，并且使熱解油的收率達(dá)83.4%。

也有學(xué)者嘗試將含油污泥與其他物質(zhì)混合，以此來(lái)加快油泥通過(guò)微波熱解的反應(yīng)過(guò)程。潘志娟等[15]經(jīng)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，油泥熱解時(shí)，自身對(duì)微波的利用率是16%，當(dāng)加入活性炭顆粒后，對(duì)微波的利用率明顯提升，利用率提高到了28%左右，與未加活性炭相比提高了12%。Chen等[17]探討了顆粒活性炭(GAC)催化微波熱解原油儲(chǔ)罐污泥，發(fā)現(xiàn)油泥的升溫速率和微波熱解產(chǎn)物的產(chǎn)率取決于GAC與油泥的比例，最佳的GAC負(fù)荷比例為10%，而更小或更大均對(duì)生產(chǎn)不利。

微波熱解均勻的加熱性，為設(shè)計(jì)微波熱解裝置提供了保證。謝水祥等[18]通過(guò)自主設(shè)計(jì)的熱解裝置進(jìn)行微波實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)熱解油的品質(zhì)較好，汽油組分和柴油組分占總體的89%。丁慧等[19]進(jìn)行了油泥微波熱解的實(shí)驗(yàn)，通過(guò)自制的30 kW大功率微波設(shè)備，發(fā)現(xiàn)輻射的時(shí)間直接影響熱解效果，當(dāng)添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的熱解殘?jiān)鼤r(shí)，除油率可以達(dá)到99%。

利用微波獨(dú)特的加熱機(jī)理，許昌等[20]通過(guò)研究揭示了微波熱解過(guò)程特性及產(chǎn)物的變化規(guī)律，為微波熱解工藝提供了必要理論依據(jù)和指導(dǎo)。Kuo等[21]采用微波熱解法分別對(duì)化工污泥和石油化工污泥進(jìn)行了處理，熱解后兩種污泥中的多環(huán)芳烴(PAHs)含量均明顯降低，而且熱解油的高熱值表明了其作為燃料生產(chǎn)能源的潛力?？梢?jiàn)，微波熱解技術(shù)正在被越來(lái)越廣泛應(yīng)用到科學(xué)研究中。

微波技術(shù)是達(dá)到無(wú)害化處理的一種方式，具有大幅度降低能耗、時(shí)間和成本等優(yōu)點(diǎn)，但該技術(shù)同樣面臨著挑戰(zhàn)，微波反應(yīng)器對(duì)加工有較大的限制，需要在之后的研究中根據(jù)微波熱解特性設(shè)計(jì)出更為適宜的反應(yīng)器。另外，需要根據(jù)不同物質(zhì)對(duì)微波吸收能力的不同，強(qiáng)化微波技術(shù)，降低能源消耗。

1.2.3 共熱解研究 與單一原料熱解相比，油泥與生物質(zhì)的共熱解具有較高的熱化學(xué)反應(yīng)性，可以平衡油泥發(fā)熱量的波動(dòng)，提高油氣的回收率。目前，生物質(zhì)能源的利用率越來(lái)越高，但單一的生物質(zhì)幾乎無(wú)法被大規(guī)模使用，因此含油污泥和生物質(zhì)共熱解是實(shí)現(xiàn)廢物資源化利用、提高生物質(zhì)利用率、降低能耗的雙贏選擇。

以稻殼、核桃殼、木屑、蘆葦、玉米桔梗等多種農(nóng)業(yè)生物質(zhì)為原料的油泥共熱解研究正受到越來(lái)越多的關(guān)注。Lin等[22]進(jìn)行了油泥與稻殼的共熱解研究，發(fā)現(xiàn)二者之間的協(xié)同作用提高了熱解油中飽和烴和芳烴的含量，降低了重餾分，從而提高了油品的質(zhì)量。除此之外，在熱解過(guò)程中還產(chǎn)生了更多的H2、CO和C1-C2碳?xì)浠衔?，提高了氣體產(chǎn)率。Wang等[23]的研究表明，熱解污泥和稻殼共熱解可以捕獲更多氣態(tài)烴，并提供具有顯著吸附潛力的生物炭。莫榴等[24]利用TG-FTIR研究了油泥和玉米桔稈共同熱解的特性，發(fā)現(xiàn)反應(yīng)分為3個(gè)階段，當(dāng)加入適量質(zhì)量分?jǐn)?shù)的玉米秸稈時(shí)，CO2、CO和CH4產(chǎn)生的最多。鞏志強(qiáng)等[25]對(duì)微藻生物質(zhì)與油泥共熱解處理進(jìn)行了研究，分析表明，共熱解將反應(yīng)過(guò)程中的活化能減小，并且反應(yīng)阻力也有所降低，大大提高了熱解過(guò)程的傳熱效率。

目前情況表明，針對(duì)油泥與其它物質(zhì)的共熱解反應(yīng)研究中，共熱解反應(yīng)的機(jī)理研究不夠深入，對(duì)共熱解的產(chǎn)物分析不夠全面，需要今后進(jìn)一步開(kāi)展深入研究。

1.2.4 含油污泥熱解處理新技術(shù) 科技的迅速發(fā)展，對(duì)含油污泥熱解處理技術(shù)也有越來(lái)越高的要求，不少熱解處理新技術(shù)也被研發(fā)出來(lái)。水提CO2萃取法是一種從含油污泥中回收石油的新方法，Wu等[28]將含油污泥與水和CO2混合，使油品在一定的溫度和壓力下被CO2膨脹，離開(kāi)固體顆粒，再上浮到水相的頂部界面。通過(guò)一系列實(shí)驗(yàn)，對(duì)該方法進(jìn)行了驗(yàn)證，優(yōu)化了操作條件，并與傳統(tǒng)的超聲處理、溶劑萃取、超臨界萃取等方法進(jìn)行了比較。結(jié)果表明，該方法可回收含油污泥中80%的油分，高于傳統(tǒng)方法，在提高含油污泥的采收率和降低含油污泥的操作條件方面，也具有明顯的優(yōu)越性。

陰燃處理法[29]能夠較好地彌補(bǔ)熱洗滌法、生物處理法及焚燒法等存在的成本較高、工藝復(fù)雜、流程較長(zhǎng)等問(wèn)題，是目前國(guó)際公認(rèn)的新興處理技術(shù)。陰燃處理法具有操作安全、成本較低、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于頑固性的污染原料處理均適用，如煤焦油、石油碳?xì)浠衔锏鹊膬艋幚怼ｊ幦紩r(shí)，燃料到達(dá)引燃點(diǎn)會(huì)停止供熱，反應(yīng)區(qū)會(huì)根據(jù)能量變化建立起能量平衡，反應(yīng)就可以自動(dòng)向前持續(xù)傳播。Rajendiran等[30]為對(duì)油泥進(jìn)行陰燃處理，設(shè)計(jì)了一款陰燃爐，最高溫度可以到650 ℃。陰燃處理中，產(chǎn)物會(huì)通過(guò)水蒸氣和揮發(fā)性氣體的方式向外擴(kuò)散，反應(yīng)結(jié)束，系統(tǒng)的溫度會(huì)自動(dòng)下降，利用紅外光譜測(cè)得的波峰可以用來(lái)判斷陰燃效果的好壞。數(shù)據(jù)結(jié)果顯示，油泥經(jīng)過(guò)處理后，所含的碳?xì)浠衔镙^少，因此可判斷陰燃有較為不錯(cuò)的處理效果。Grant[31]對(duì)陰燃處理法在自動(dòng)化和工藝化方面進(jìn)行了優(yōu)化，提出了陰燃熱處理修復(fù)反應(yīng)堆，為了對(duì)產(chǎn)生的尾氣進(jìn)行收集與凈化處理，在該反應(yīng)堆添加了尾氣收集裝置和處理裝置，很大程度上減少了二次污染的產(chǎn)生。

由于我國(guó)對(duì)于油泥處理的研究開(kāi)始較晚，為適應(yīng)環(huán)保的高要求，在今后含油污泥熱解處理設(shè)備及熱解處理技術(shù)的創(chuàng)新方面，要繼續(xù)兼顧減量化、無(wú)害化和資源化。油泥熱解處理新技術(shù)既要了解油泥的組成、性質(zhì)、危害，也要考慮熱解產(chǎn)物的性質(zhì)及回收途徑，結(jié)合時(shí)代能源發(fā)展要求，利用清潔、環(huán)保的方式對(duì)油泥進(jìn)行處理。

2 熱解過(guò)程傳熱研究

楊凱等[32]利用實(shí)驗(yàn)與模擬結(jié)合的方法對(duì)油泥熱解過(guò)程的傳熱傳質(zhì)特性進(jìn)行了分析，考慮了不同條件下，如樣品粒徑、熱解溫度以及樣品含水率，建立了傳熱模型，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)和模擬結(jié)果匹配，為工業(yè)化提供了支持。王靜靜等[33]綜合考慮了各種傳熱方式、反應(yīng)過(guò)程中的熱效應(yīng)以及熱解產(chǎn)物揮發(fā)等過(guò)程，建立了油泥熱解傳熱模型。對(duì)方程進(jìn)行了求解計(jì)算，分析了反應(yīng)過(guò)程中的失重變化和溫度分布規(guī)律，經(jīng)計(jì)算后的油泥熱解曲線和實(shí)驗(yàn)基本吻合。謝磊等[34]選用不同粒徑的油泥球，在大物料熱重實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，根據(jù)不同的油泥球粒徑插入不同的熱電偶數(shù)，將升溫速率設(shè)定為 10 ℃/min，實(shí)驗(yàn)溫度從室溫～600 ℃，并對(duì)顆粒內(nèi)的溫度進(jìn)行檢測(cè)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，油泥的溫度從外表面到中心逐步減小，即熱滯后的現(xiàn)象，對(duì)不同粒徑顆粒內(nèi)的溫度梯度進(jìn)行二次擬合，得到了不同粒徑顆粒在300～600 ℃范圍內(nèi)，顆粒內(nèi)部的溫度分布。陳繼華等[35]利用自主設(shè)計(jì)的鹽浴爐實(shí)驗(yàn)臺(tái)，利用Fluent軟件模擬了油泥在高溫條件下熱解實(shí)驗(yàn)的傳熱過(guò)程，為之后裝置的設(shè)計(jì)提供了理論支持和指導(dǎo)，對(duì)實(shí)際工況具有指導(dǎo)意義。彭發(fā)修等[36]通過(guò)Fluent軟件模擬，考察了多種因素對(duì)溫度分布的影響。發(fā)現(xiàn)熱解爐內(nèi)的中心溫度會(huì)隨著加熱溫度的升高而升高，當(dāng)加熱溫度提高200 K時(shí)，熱解爐的中心溫度可以升高50%。江波等[37]通過(guò)Gambit創(chuàng)建幾何模型和網(wǎng)格模型，利用Fluent軟件進(jìn)行了模擬研究，通過(guò)改變裝置的尺寸以及加熱溫度，對(duì)溫度分布情況進(jìn)行分析，了解對(duì)熱解傳熱結(jié)果的影響。結(jié)果顯示，加熱溫度不同，三條中心溫度曲線的趨勢(shì)幾乎相同；爐內(nèi)溫度會(huì)隨著熱解爐的爐長(zhǎng)延伸而迅速升高。此外，唐鑫鑫等[38]研發(fā)了一種搭配鏈板式輸送機(jī)的連續(xù)熱解反應(yīng)器，開(kāi)展了油泥的熱解實(shí)驗(yàn)，研究了含油污泥在該連續(xù)熱解裝置中的傳熱過(guò)程。結(jié)果表明，設(shè)計(jì)的新裝置對(duì)油泥的處理效果良好，能夠滿足設(shè)計(jì)要求。通過(guò)Schlunder提出的“顆粒熱傳遞模型”計(jì)算得到了干化機(jī)及碳化機(jī)的總傳熱系數(shù)，對(duì)兩個(gè)系統(tǒng)內(nèi)物料的傳熱通過(guò)建立相應(yīng)的傳熱方程來(lái)進(jìn)行數(shù)學(xué)計(jì)算，得到了系統(tǒng)輸入以及輸出的總熱量，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了能量平衡分析，結(jié)果說(shuō)明系統(tǒng)中反應(yīng)需要的熱量和實(shí)機(jī)操作中提供的熱量數(shù)值基本符合，可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)連續(xù)工作。

在回轉(zhuǎn)窯熱解反應(yīng)器中，馬蒸釗等[39]考慮了傳統(tǒng)熱解的不足與油泥的性質(zhì)，提出了回轉(zhuǎn)窯固體熱載體熱解的技術(shù)路線，使用有較高傳熱速率的石英砂作為反應(yīng)的固體熱載體，利用PTM模型模擬油泥的熱解過(guò)程，通過(guò)計(jì)算得到了反應(yīng)過(guò)程中的溫度軸向分布，以及氣態(tài)產(chǎn)物的生成量，研究結(jié)果工業(yè)化有很強(qiáng)的理論支持。

對(duì)利用流化床反應(yīng)器也有油泥熱解傳熱研究，周陵生等[40]研究發(fā)現(xiàn)了一種處理油泥的方法，該方法利用異密度循環(huán)流化床來(lái)焚燒處理。該流化床為變截面結(jié)構(gòu)，介質(zhì)物料是石英砂顆粒。通過(guò)實(shí)驗(yàn)建立了爐內(nèi)流動(dòng)模型和傳熱模型等相關(guān)模型，而且根據(jù)所建立各子模型，構(gòu)建爐內(nèi)燃燒特性參數(shù)，對(duì)比分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與整體數(shù)學(xué)模型結(jié)果，吻合較好。

含油污泥熱解的復(fù)雜性導(dǎo)致長(zhǎng)久以來(lái)對(duì)含油污泥熱解的傳熱過(guò)程很難做到全面的研究。目前，關(guān)于油泥熱解過(guò)程中傳熱方面的研究尚不完善，設(shè)計(jì)熱解設(shè)備時(shí)缺乏必要的參數(shù)和依據(jù)，投入使用的熱解工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備較少，需要結(jié)合多種傳熱模型進(jìn)行深入探討。進(jìn)一步深入了解含油污泥熱解的傳熱過(guò)程，研究其熱解過(guò)程中能量和質(zhì)量的遷移規(guī)律。

3 總結(jié)及展望

由于含油污泥的復(fù)雜組成和日益嚴(yán)格的環(huán)保要求，含油污泥的處理正被世界廣泛關(guān)注。熱解技術(shù)工藝簡(jiǎn)單、處理效率高、可以較徹底地處理含油污泥并將其轉(zhuǎn)化為可回收的液體燃料、可燃?xì)饧敖固康任镔|(zhì)。污泥熱解技術(shù)研究近些年雖然取得了一些積極進(jìn)展，但對(duì)于熱解過(guò)程中的反應(yīng)機(jī)理及能量流動(dòng)等方面還有待突破。針對(duì)含油污泥熱解處理技術(shù)目前存在的問(wèn)題，提出以下未來(lái)含油污泥處理技術(shù)發(fā)展方向以供參考。

(1)目前研究現(xiàn)狀可以表明，含油污泥的熱解研究方向主要是開(kāi)發(fā)新的熱解技術(shù)，從而解決熱解過(guò)程中能源消耗大、資源回收不充分等問(wèn)題，因此可在未來(lái)含油污泥的熱解工藝處理技術(shù)研發(fā)中將兩種或者多種工藝技術(shù)相結(jié)合，將預(yù)處理和后續(xù)處理相結(jié)合，彌補(bǔ)單一處理技術(shù)的缺點(diǎn)，達(dá)到更經(jīng)濟(jì)高效率的目的。

(2)含油污泥熱解處理新技術(shù)的研究，同樣是以提高含油污泥的油收率和降低含油污泥的操作條件為目的，尋求低成本高回收率，操作安全便捷的新技術(shù)。但是，當(dāng)前大多方法均集中在含油污泥的減量化和資源化方面，對(duì)無(wú)害化的研究不足，因此，對(duì)未來(lái)含油污泥處理技術(shù)的研究要側(cè)重開(kāi)展對(duì)污泥中重金屬無(wú)害化的研究。

(3)由于含油污泥熱解的復(fù)雜性，對(duì)熱解的傳熱過(guò)程目前并沒(méi)有較為全面的研究。雖然已有不少學(xué)者以實(shí)驗(yàn)結(jié)果為基礎(chǔ)，分析了油泥的熱解過(guò)程和產(chǎn)物特性，建立了油泥熱解過(guò)程中的傳熱模型，探討并且研究了傳熱規(guī)律。但都是初步探索，未能深入研究，針對(duì)目前的情況，下一步應(yīng)該參考已有實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，采用數(shù)值模擬分析計(jì)算從而建立出多種數(shù)學(xué)模型，繼續(xù)深入研究熱解過(guò)程中的能量遷移規(guī)律，另外油泥來(lái)源廣，品種多，未來(lái)研究應(yīng)該對(duì)多個(gè)樣品進(jìn)行綜合分析，確定不同樣品的熱解傳熱規(guī)律。

(4)在已有研究基礎(chǔ)上，需要進(jìn)一步分析探究油泥在熱解過(guò)程中的化學(xué)機(jī)理，并且建立或者提出合適的具有代表性的模型，通過(guò)與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比作出論證，獲得最佳的反應(yīng)計(jì)算模型。