到2015年我国城镇污水处理总量将超过700亿立方米，脱水污泥年产量将超过4400万吨。传统的污泥处理处置方法已经不能满足发展的需求，迫切需要研发大规模、低污染处理处置城市污泥的经济实用技术。本文通过试验研究和工艺模拟，研发出一种适合高灰分污泥的热解制油工艺，并将结果用于50t/d污泥热解工业示范装置的设计。　　利用污泥热解自身固态剩余物，即污泥热解残炭替代常规矿物质作为催化剂，进行了高灰分污泥的催化热解基础试验研究，考察了污泥热解高热值上层油产率、组分分布及物化特性随热解残炭催化剂混合比例增加的变化规律。结果显示，随着污泥热解残炭催化剂添加比例由0wt.％增加到200wt.％，热解炭产率由61.4wt.％降低到了52.6wt.％，上层油的产率由6.86wt.％降低到了3.5wt.％。这表明污泥热解残炭的催化效果和矿物质催化剂类似，不仅能够促进污泥中有机质的挥发，而且能够促进热解蒸汽中大分子物质的二次裂解。在水平管式炉反应器中进行了杨木屑和污泥共热解特性研究。结果表明在杨木屑混合比例为15wt.％时的上层油热值(28.6MA/kg)和粘度最高(65cSt)。分析发现污泥中高含量的灰分和不断增加的料层厚度能够促进木质素向多种酚类物质的演变。结果表明杨木屑的加入对污泥热解油性质影响较小，将杨木屑与污泥共热解是一种可行的提高污泥热解炭利用价值的方法。　　利用基础试验的数据设计并建造了内径100mm，高6m的循环流化床热解反应器，在其中进行了高灰分污泥的热解制油试验研究。实现了循环流化床热解系统连续、长时间的运行，通过污泥热解残炭的多次循环，获得了可用于提取化工原料的富含含氮杂环类物质的污泥热解油。结果表明在使用大颗粒粒径污泥(1～2mm)的试验中，低流化风速(1.13m/s)和高加料速度(10.78kg/h)的工况下获得的热解油中含氮杂环类物质含量最高，达到62.99％。　　研究了不同冷凝方式对污泥热解油回收效果的影响，在中低固体循环倍率下运行循环流化床反应器，通过使用两级喷淋的分级冷凝方式，并分别控制喷淋塔气体出口温度在44.2℃和14.9℃，在第一级喷淋塔中回收可用做燃料油的高热值污泥热解油(25.7MJ/kg)，在第二级喷淋塔中回收可用于提取化工原料的富含含氮杂环化合物的热解油，实现了污泥热解油中不同用途组分的分级回收。提出了在同一个循环流化床中通过控制固体循环倍率来获得不同用途污泥热解油的方法，即若是以得到可用做燃料油的热解油为目标，必须采用中低固体循环倍率;而若是以得到可用于提取化工原料的热解油为目标，则应采用高固体循环倍率。　　在循环流化床和分级冷凝试验研究基础上进行了50t/d污泥热解工业示范装置的热解反应器和冷凝系统的设计。建立了工业示范装置中喷淋系统的工艺模型，考察了工况的改变对喷淋工艺的影响。发现60℃是较合适的第一级喷淋塔喷淋液入塔温度运行值，当两级喷淋塔分别采用水和甲醇作为喷淋介质时，可以在第二级喷淋塔中充分富集低沸点极性物质，所得结果减少了工业示范装置的调试范围。