炼油厂污泥水热碳化( HTC )资源化利用：迈向循环经济的关键路径

《Waste Management》：Valorization of refinery sludges by hydrothermal carbonization towards circular economy

为解决炼油厂含油污泥( oily sludge )处理难题，西班牙研究团队创新性地采用水热碳化( HTC )技术，系统考察了污泥组成、温度( 170–230°C )和反应时间( 2.8–5.2 h )对产物分布的影响。研究发现，HTC可将污泥转化为高热值( HHV 36–42 MJ/kg )的水炭( hydrochar )和可回收油相( 21.6–32.6 wt% )，同时建立32个响应变量的预测模型，为工业级污泥资源化提供了可靠框架。该研究发表于《Waste Management》，为石油危废处理提供了绿色解决方案。

　　

石油工业每年产生约30,000 m³
/d的含油污泥( oily sludge )，这种由水( 30–85% )、石油烃( 15–50% )、固体( 5–46% )和金属组成的稳定乳状液，传统处理方法如浮选、离心等存在成本高、二次污染等问题。更严峻的是，每500吨原油生产就会产生1吨含油污泥，其不当处置会引发严重的环境和健康风险。面对这一全球性挑战，西班牙石油 refinery 废水处理厂的研究团队另辟蹊径，首次直接采用未预处理的三种真实污泥( API分离器、溶气浮选DAF和生物处理单元 )，通过水热碳化( Hydrothermal Carbonization, HTC )技术实现资源化转化。

研究人员设计全因子实验，系统考察初始污泥组成( 通过混合API-S/DAF-S/BIO-S )、温度( 170°C和230°C )和反应时间( 2.8和5.2 h )三大关键因素对产物特性的影响。采用TGA( 热重分析 )、ICP-OES( 电感耦合等离子体发射光谱 )等技术，对水炭、水相和油相进行全面表征，并建立32个响应变量的预测模型。

3.1 污泥特性与分离组分
三种污泥呈现显著差异：API-S含8.2 wt%固体和88.3 wt%油相；DAF-S油相高达98.4 wt%；BIO-S则以水为主( 69.1 wt% )。GC-MS分析显示油相主要含直链烷烃( 如十五烷、二十四烷 )，固体相灰分达17.3–26.7 wt%。

3.2 HTC产物分布规律
在230°C/5.2 h最优条件下：

• 水炭产率高达85%，固定碳( FC )13.6 wt%
• 油相回收率32.6 wt%，保留83.1 wt%碳含量
• 水相TOC 5.6 g/L，需后续处理
  温度升高促使金属离子( 如Ca、Si )向水相迁移，而Mg、Al则因氢氧化物沉淀减少。

3.3 能源转化效能
水炭热值( HHV )达42 MJ/kg，能量密度( ED )提升至113%，能量回收效率( ERE )达92.6%，远超市政污泥HTC文献值( 通常<90% )。经济分析显示水炭生产成本可降至99.2美元/吨，兼具碳减排效益。

这项研究首次实现真实炼油污泥混合物的直接HTC处理，突破传统需预干燥的限制。建立的多变量预测模型为工业放大提供理论支撑，而油相/水炭的协同回收开创"废物-能源"转化新模式。未来结合湿式氧化( WAO )处理工艺水，可进一步推动炼油业迈向"零废"目标。论文中揭示的温度与污泥组成的交互效应( β₁₃
系数 )，为复杂废物体系的HTC调控提供了新见解。