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可以將含油污泥熱解分為兩階段。首先，在較低溫度下，發生含油污泥內部輕質烴發生脫吸附過程。在此階段，部分輕質烴從混合體系中直接解析并釋放出來。隨著溫度升高，石油烴組分開始發生裂解，此階段反應十分復雜，包括長鏈脂肪族烴斷裂、支鏈裂解、多環烷烴開環等反應。與此同時，石油烴裂解組分發生二次裂解反應，生成短鏈烴或小分子氣體。據此繪制含油污泥熱解反應途徑，如圖所示。由圖可知，含油污泥熱解是由大分子逐漸向小分子轉變的過程。初期主要以大分子物質的破碎和斷裂過程為主，發生大分子物質的脫烷基化反應及碎片化反應等，產物主要為長鏈碳氫化合物、多環烷烴以及少量雜環化合物。二階段熱解主要為長鏈碳氫化合物的深度裂解反應、多環芳烴的開環反應以及環烷烴的芳香化反應。含油污泥熱解過程具有一定隨機性，由于石油烴組分結構成分復雜，在初期熱解過程中，也會有部分短鏈烴、芳香族化合物等二階段熱解產物直接生成。
