油泥热解过程中的尺度效应：动力学机制转变及主要参数的能源部（DOE）分析

《Environmental Technology》：Scaling effects on oil sludge pyrolysis: kinetic mechanism transitions and DOE analysis of dominant parameters

油污泥热解技术规模效应研究通过大质量热重分析仪和DOE分析发现临界质量8g时机制由扩散控制转为成核生长，CPI提升35.3%，高温反应焓增70.5%，温度和时间是主要影响因素。

　　

摘要

热解是一种有前景的油泥（OS）处理技术，然而基于毫克级实验得出的动力学机制往往无法反映工业条件，因为这些实验忽略了热量和质量传递的影响。本研究使用一种定制的大质量热重分析仪（TG-Plus，最大可称量20克）和分式因子实验设计（DOE），系统地研究了规模效应对油泥热解动力学及主要过程参数的影响。结果表明，临界质量阈值为8克。当质量达到这一阈值时，内部的热量和质量传递限制变得显著，导致动力学机制从扩散控制型（D3）转变为成核-生长型（A1）。随着质量从2克增加到20克，综合热解指数（CPI）提高了35.3%，高温反应焓增加了70.5%。DOE分析表明，热解温度是影响油产率的最重要因素（解释了60.2%的变异），其次是时间和气体流速。温度和时间还显著影响了残余油在炭中的含量、合成气的组成以及能耗。这些发现为热解过程的规模效应优化以及工业应用中的操作参数调整提供了关键见解。