块状油页岩热解过程中传热与动力学研究

发布时间：2020-11-15 05:16

　　 本文对龙口北皂地区油页岩及其热解产物的基本性质进行测定与分析,包括铝甑分析、工业分析、元素分析、热值测定、模拟蒸馏及热解干馏气组成测定。针对固定床内单颗粒油页岩的热解过程,建立了二维圆柱体瞬态传热模型,该模型不仅考虑了油页岩热物理性质随温度的变化情况,还考虑了热解过程中干馏吸热及水分汽化吸热等影响因素。利用ANSYS有限元软件对干馏过程进行模拟计算,得到了油页岩内部不同时间的温度分布及改变实验条件温度分布的规律。在自主设计的固定床反应器中,以等高径的圆柱形油页岩为样品进行传热实验,测定了表面和中心温度随时间的变化规律,并讨论对比了模拟结果和实验结果。结果表明:在整个干馏过程中,油页岩由外向内形成多个温度梯度,油页岩颗粒的内外温差先增大后减小。随着样品粒径增大,内外温差最大值在不断增大,干馏结束时的内外温差也在增大。油页岩颗粒中心的升温速率及干馏终温随粒径的增大而降低。随着升温速率增大,油页岩的内外温差明显增大。相同粒径的情况下,升温速率越大,干馏结束时油页岩中心温度越高。模拟计算结果与实际测量符合良好,该模型可以较好的预测颗粒油页岩热解过程中温度分布规律,对工业生产具有重要的指导意义。建立了包括内部传热因素在内的总包一级反应动力学模型及Friedman模型,模拟了块状和粉末状油页岩的热解过程,计算得到了龙口油页岩热解动力学参数。总包一级反应动力学模型计算结果表明,块状龙口油页岩热解表观活化能约为131.28~134.71 kJ·mol~(-1),频率因子约为3.99×10~(12)~5.51×10~(12) s~(-1)。该模型可以较好地描述块状油页岩的热解过程。Friedman模型计算得到表观活化能E变化范围为170.9~288.3 kJ·mol~(-1),表观活化能E和频率因子A随着反应的进行基本上表现出增加的趋势。
【学位单位】：中国石油大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TE662
【部分图文】：

图 1.1ANSYS 分析处理流程图.1 ANSYS analysis and processing flow以下几方面：及其热解产物进行基本性质分析；维的非稳态导热模型，并利用有限粒内部的温度分布，并与实验结和升温速率两个因素对热解过程中反应动力学模型，结合颗粒内部热应动力学参数。 模型，求得粉末状龙口油页岩热解比较。以抚顺炉居多，该炉只能处理粒径

3-热电偶，4-样品，5-温度记录仪，6-产物收集装置，7-冰水浴，8-进气管图 2.1 固定床传热实验装置结构图tructure of fixed bed reactor for heat transfer experiments装置是参考铝甑的结构，自行设计的一个小型固定床反应器温的加热炉、圆柱形固定床反应器、热电偶、收集器和冷凝装中反应器内部的两根热电偶分别用来记录样品在热解反应过程温度。固定床传热实验装置如图 2.1 所示。方法热实验有两类，一是考察粒径对样品内部传热的影响，二是对样品内部传热的影响。考察粒径对样品内部传热影响的实验5 mm 和 40 mm 不同粒径的油页岩在固定床反应器中从室温开率为 5 ℃·min-1，加热终温为 560℃，560℃恒温 1 小时结束实率对样品内部传热影响的实验条件为：35 mm 粒径的油页岩室温开始程序升温，升温速率分别为 2 ℃·min-1、5 ℃·min-

中国石油大学（北京）硕士学位论文2.4 热解动力学实验2.4.1 实验装置本文选用自行设计组建的大量程热分析天平装置，其包括：气体供给机构，其包括氮气气瓶和冷却气瓶；热解反应机构，其设有支架台，支架台上设有吊臂式天平和温度控制仪，吊臂式天平下方悬挂有能盛装待检测样品的坩埚，支架台的下方设有能移动的加热炉，加热炉具有能容纳所述坩埚的加热腔，加热腔能分别与助燃气瓶和冷却气瓶相连，坩埚内和加热炉的炉壁内分别设有热电偶，热电偶与温度控制仪电连接；尾气检测机构，样品热解后通过排出管与气体分析仪相连。本装置能对样品进行热解并研究其热解动力学特性，操作方便，试验准确可靠。大量程热分析天平装置结构如图 2.2 所示。
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本文编号：2884384