《Journal of Analytical and Applied Pyrolysis》：Self-Sustained Pyrolysis of Oily Sludge for Oil/Coke Co-Production: Process Simulation and Techno-Economic Assessment
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•油污泥热解实现了高效油/焦联产，并产出高品质产品。•热解油中含有72.29%的烃类，C6–C30轻组分含量超过90%。•构建了具有独立能源供应的自持热解工艺。•该工艺在450 ℃时具有最佳的经济效率。引言油污泥（OS）是在石油生产和炼油等工业过程中产生的一种有害固体废物。随
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油污泥热解实现了高效油/焦联产，并产出高品质产品。
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热解油中含有72.29%的烃类，C6–C30轻组分含量超过90%。
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构建了具有独立能源供应的自持热解工艺。
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该工艺在450 ℃时具有最佳的经济效率。
引言
油污泥（OS）是在石油生产和炼油等工业过程中产生的一种有害固体废物。随着石油工业的快速发展，油污泥的总产量急剧增加[1], [2]。油污泥含有苯的同系物、酚类化合物、重金属以及各类有毒有害物质，长期堆放会导致H2S、NOx、SO2等污染气体的排放，并伴随重金属浸出，对土壤、地下水和人类健康构成严重威胁[3]。油污泥已被全球归类为受管制的危险废物，迫切需要标准化、现场处置技术进行无害化处理。
目前的油污泥处置技术主要包括溶剂萃取、化学破乳、热处理和生物修复[4]，其中热解已成为一种成熟的热转化技术，能够在缺氧条件下实现减容、重金属稳定化和无害化处理[5], [6]。先前的实验研究已系统阐明了热解温度对气、液、固三相产物的分布及组分演化的影响[7], [8]。研究证实，适中温度条件（450–550 ℃）有利于热解油的富集，而高温（＞550 ℃）可显著提高热解气的产率和可燃组分含量[8]。所产出的焦炭具有高发热值和发达的孔隙结构，富含烃类的热解气也表现出优异的燃烧性能，两者均可作为潜在的热能供应资源[9], [10], [11], [12]。然而，在实际工程中，大多数常规油污泥热解设施仅专注于原油回收，且严重依赖外部化石燃料来维持整个系统的热需求[13]。热解副产物的内部梯级利用和最优能量配置在当前工业应用中尚未实现。
高含水率是原状油污泥的典型特征，干燥预处理与高温热解消耗大量热能，导致传统热解工艺运行成本高、经济竞争力差[13]。相关研究已探讨了市政污泥和生物质热解系统的能源自给性能，并验证了热解气和固体残渣的原位燃烧可有效降低对外部能源的依赖[14], [15]。与市政污泥相比，油污泥具有更高的有机质含量和发热值，为内部热量回收提供了优越的能源供应潜力。然而，现有研究很少关注高有机质危险油污泥，将热解气与部分焦炭耦合协同供热的油污泥处理机制尚不明确。特别是，在进料含水率、热解温度和原料性质的综合影响下，能源自持的关键边界条件尚未得到系统量化。
技术经济评估是判断固体废物处理工艺工程适用性和投资价值的重要指标[16]。目前，已发表了大量关于污泥热处理的经济学分析研究。Sasidhar等人[17]基于船舶油污泥的热解工艺进行了定量的技术经济分析，计算结果表明净现值达到69142.49，内部收益率为53.78%，回本周期为13.52个月，证明了废弃油污泥的资源化利用具有可观的经济效益。Gong等人[18]利用Aspen Plus建立了集成的热处理模型，并通过工艺模拟指出能效优化的最佳热解温度为650 ℃。然而，大多数现有的经济评估仅关注回收产品的收益，而忽视了油污泥作为危险废物的本质属性。来自固体废物处置的政策补贴对实际项目利润有重大影响，却很少被纳入经济核算框架中[19]。因此，经济评估结果与中国工程项目的实际运行情况存在较大偏差。
近年来，Aspen Plus被广泛用于模拟污泥和固体废物的热化学转化过程，为质量与能量平衡计算、工艺参数优化和系统效率评估提供了有效支持[20], [21], [22]。在先前的研究中，热解模拟通常采用简化的反应模型、假设的组分组成和经验性产物收率参数来表征热解产物[23]。由于油污泥具有复杂的分子有机结构和高度可变的进料性质，常规模拟方法缺乏实测产物组成和温度依赖的油性质数据作为基本输入条件[24]。具体而言，大多数模型采用通用的经验收率系数且不进行温度区分，并使用假设的伪组分来表示热解油，这导致热负荷计算、产物分布预测和能量平衡评估出现明显偏差，从而限制了所建立的模拟模型的准确性和工程参考价值[25], [26]。特别是对于以实现油和焦联产为目标的自持热解系统，目前尚无成熟的框架将实验室实验数据与数值模拟耦合以校准热解产物特性。对于此类系统，热负荷计算的准确性直接决定了能源自平衡边界判断的可靠性，而这是工艺设计和运行优化的核心参数。未经温度依赖性实验验证而直接采用通用经验收率系数，必然导致该关键边界的计算不可靠。
针对上述研究空白，本研究提出了一种具有能源自供给和油-焦联产功能的油污泥现场热解方案。首先在350 ℃至600 ℃的五个温度点进行了管式炉热解实验，逐点获得了温度依赖的三相产物收率、热解气组分分数以及GC-MS检测的油组分碳数分布。与传统经验建模不同，这些实测数据直接导入Aspen Plus中，用于校准RYield反应器的产物分布参数和热解油相的组成，取代了常规的单经验收率和伪组分假设，从而减小热负荷计算的偏差，提高能量平衡边界预测的可靠性。在此基础上，系统采用热解气和部分焦炭作为内部热源实现自平衡运行，并系统考察了初始含水率、热解温度和原料性质对能源自平衡边界的影响，明确了零补充焦炭燃烧的关键条件。此外，基于模拟的质量和能量平衡，进行了综合考虑危险废物处置补贴的全面技术经济评估，并给出了关键经济指标以及产品价格和补贴力度的敏感性分析。本研究旨在为油污泥现场热解处置的节能运行和工业化应用提供理论依据和技术支持。
章节摘要
材料与实验
本研究中所研究的油污泥（OS）取自一处现场采油厂。原始样品在105 ℃烘箱中干燥24小时，并充分混匀以制备实验材料。该预处理过程可去除原状污泥中的自由水分，避免不同批次样品含水率不一致导致的产物收率统计不确定性，从而能够在干基条件下表征油污泥有机的本征热解行为。基本
油污泥的热解特性与产物分布
为了明确热解工艺的关键温度参数和产物调控规律，对油污泥的热解特性和产物分布进行了研究，结果如图3和图4所示。可以发现，油污泥热解的主要质量损失发生在130–350 ℃的轻质油挥发阶段和350–540 ℃的重质油裂解阶段，对应的失重分别为29.74 wt%和18.32 wt%。最大质量
结论
本研究对油污泥（OS）进行了系统的热解实验，详细分析了三相产物的收率和组分特性，并使用Aspen Plus软件建立了相应的热解工艺模型。考察了关键操作参数对工艺系统能源自平衡的影响，并进行了全面的经济评估以验证所提出的油污泥热解
CRediT作者贡献声明
曾鸿义：调查研究。张新瑞：数据管理。项军：验证、监督。刘亮：监督、概念构思。吴佳骏：软件、方法论、调查研究、数据管理。秦梦霞：初稿撰写、基金获取、概念构思。
利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本文所报告工作的已知竞争性经济利益或个人关系。
致谢
本研究受湖南省教育厅优秀青年项目（编号25B0219）资助。作者亦感谢长沙理工大学分析测试中心在实验方面提供的帮助。
秦梦霞|吴佳骏|张新瑞|曾鸿义|刘亮|项军
