油页岩热化学特性与鼓泡流化床干馏实验

摘要

随着人类社会的快速发展，能源需求日益增大，煤炭、石油、天然气等传统的化石能源可以利用的年限都不足100年。油页岩储量巨大，具有极高的利用价值，是一种可靠的替代能源。油页岩综合利用技术，集成了油页岩干馏、页岩半焦燃烧、页岩灰利用三个子系统，具有资源利用率高、产品种类丰富、经济效益高和环保等众多优点，有利于油页岩资源的大规模工业利用。本文进行了油页岩干馏与燃烧的热化学特性研究，同时搭建鼓泡流化床试验台开展了油页岩干馏实验，试图优化油页岩干馏与燃烧过程，从而提高油页岩综合利用的效率。
　　本文首先对油页岩和其去除矿物产生的有机物进行了热解与燃烧实验，研究表明油页岩中的无机矿物质对有机物热解和氧化有催化作用。在油页岩中无机矿物质的综合作用下，有机物热解时的反应性增强，从而促进了有机物的分解和释放。因此，在存在矿物质的情况下，油母质热解生成的气体产物增加。无机矿物质对于油母质氧化的促进作用则表现在两个方面：一方面，由于无机矿物质物的催化作用，更多的有机物在第一氧化阶段被氧化；另一方面，存在无机矿物质骨架的情况下，经过第一阶段的氧化后，矿物质骨架内的有机物被氧化消耗，油页岩颗粒内部的孔隙度大幅增加，从而氧气扩散进入样品颗粒内部去氧化焦炭所受的阻力显著减少。
　　然后本文通过热重分析仪研究不同混合比例的油页岩和半焦混合燃料的热解特性，可以发现：油页岩和页岩半焦的混合热解是一个复杂的多级过程。随着混合物中半焦含量的增加，有机物的释放逐渐减少而无机成分的分解缓慢增多。混合热解过程中只有一些较小的相互作用发生。因此，任何混合比例的油页岩与页岩半焦混合样品的热解情况可以粗略地通过样品中各组分单独热解时的情况按其在混合物中所占比例相加得到。
　　最后在鼓泡流化床开展了油页岩干馏实验并考察了稀相区温度对油页岩干馏的影响。研究表明，稀相区温度会影响页岩油的产率和页岩油的性质，随着稀相区温度的上升，页岩油产率明显下降而不凝气产率明显上升。页岩油中含量最高的是脂肪族化合物，随着稀相区温度增加，脂肪族化合物减少，页岩油中轻油馏分发生焦化反应，生成胶质、沥青质等大分子化合物，从而使得油品中重油馏分增多。

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第一章 绪论

1.1研究背景

1.2国内外研究现象综述

1.3课题研究目的和内容

1.4本章小结

第二章 油页岩中矿物质对有机物热解和燃烧的催化作用

2.1实验样品

2.2 XRD测试

2.3热重-红外（TG-FTIR）测试

2.4本章小结

第三章 油页岩及其半焦的混合物热解特性的研究

3.1实验过程

3.2结果与讨论

3.3本章小结

第四章 油页岩鼓泡流化床干馏实验中稀相区温度的影响

4.1实验过程

4.2实验结果分析

4.3本章小结

第五章 研究工作总结及展望

5.1研究工作总结

5.2研究工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文和科研成果