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油页岩的热转化利用

杨帆  
【摘要】: 油页岩经过低温干馏可以得到碳氢比类似天然石油的页岩油,它是一种重要的替代能源资源;此外,它还可用于发电、化工、医药、建筑、农业等方面。我国油页岩资源丰富,其拥有巨大的开发潜力。抚顺油页岩和山东油页岩的铝甑含油率分别为9.40%和15.87%,两者均属于富矿,可以用于炼油工业,具有一定的开采及开发价值。 本文采用铝甑法考察了油页岩低温干馏的影响因素。抚顺油页岩和山东油页岩分别在干馏终温510℃和490℃、停留20 min、升温速率10℃/min及颗粒粒度<3mm的条件下,产油率最大。抚顺油页岩和山东油页岩大量放出页岩油的温度范围分别为390~490℃和350~450℃。 采用热重法,考察升温速率、颗粒粒度及灰分对油页岩热解行为的影响。油页岩的热解可以分为三个阶段:200℃前为脱水阶段;200~600℃,有机质裂解,抚顺油页岩在此阶段有明显的二段分解峰;600℃以后,矿物质开始分解。随着升温速率的增加,油页岩热解的初始温度、质量损失峰值、终止温度均增加,而且裂解的温度范围也变宽;升温速率对油页岩的总失重率基本没有影响。颗粒粒度对油页岩热解的影响是比较有限的。油页岩中的矿物质使抚顺油页岩和山东油页岩的总转化率分别相对提高了15.6%、17.8%。抚顺油页岩中的矿物质主要催化有机质裂解的后一阶段,即450~600℃。 采用热重法,考察制焦方法、灰分对油页岩CO_2气氛下的气化行为的影响。油页岩固定床半焦的气化性随制焦终温的提高而变差,而油页岩热重半焦的气化性是随着制焦终温的提高先下降再提高。油页岩热重半焦的气化性要优于油页岩固定床半焦。油页岩的制焦过程使样品的孔隙变得发达,还有可能形成更多的活性位,有利于气化,抚顺油页岩400℃固定床半焦和山东油页岩400℃固定床半焦的气化率比原油页岩分别相对提高了13.1%和4.9%。油页岩中的矿物质在本质上对油页岩的气化反应起催化作用,只是脱除矿物质所导致的催化作用的降低与其所引起的比表面积增大所带来的气化反应活性的提高相比不占优势。 本文采用DAEM法研究油页岩热解过程的活化能分布,油页岩中的矿物质可以促进油页岩有机质的二段分解过程;采用Coats-Redfern法计算油页岩气化反应的动力学参数,所得动力学数据与前文的实验结果和推论相吻合。


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