旋流自转脱附页岩油基钻屑有机污染物

发布时间：2022-07-09 16:20

　　页岩气开发开采是我国保障能源安全、维护能源结构完整性的一项战略举措。页岩气开采带来大量油基钻屑,其中包含的有机毒物对开采现场的周边生态环境会造成严重的威胁,同时,油基钻屑无害化处理能力的不足限制了页岩气的开采规模。本文研究页岩油基钻屑有机毒物高效绿色处理处置方法和装备,具有重要的理论和工程应用价值。本文采用计算流体动力学模拟、三维旋状湍流场颗粒运动理论分析以及旋流自转脱附实验等研究方法,揭示了三维旋转湍流场中,页岩油基钻屑旋流自转原理及钻屑有机毒物微界面振荡脱离机制,建立油基钻屑中不同分布的有机污染物脱除的数学模型,提出油基钻屑有机毒物旋流自转脱附技术原理,构建油基钻屑旋流自转装置设计方法,研制一台处理量为10 kg/h的油基钻屑旋流自转脱附装置样机。在入口的流量为85 m3/h,载气温度为200℃,进料速度为6 kg/h时,旋流自转对油基钻屑达到最佳的除油效果,含油率由7.7%降至0.27%,除油效率达到98.1%。同时,该方法的处理能耗约为0.34 kWh/kg,压降为9.5 kPa,比现有热处理方法单位处理量能耗降低约70%。上述研究对油基钻屑有机毒物非（微）相变无害化处理与页岩... 

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题背景与意义
    1.2 环境多孔介质内油类污染物的残留与迁移规律
    1.3 油基钻屑处理技术研究进展
        1.3.1 油基钻屑化学法处理技术研究进展
        1.3.2 热处理法处理技术研究进展
        1.3.3 机械法处理技术研究进展
        1.3.4 生物法处理技术研究进展
    1.4 旋流脱附技术的研究进展及应用
    1.5 存在的问题
    1.6 研究目的
    1.7 研究内容
第2章 油基钻屑旋流自转脱附机理
    2.1 旋流流场特征及旋流场中的颗粒自转行为
        2.1.1 旋流场涡流理论
        2.1.2 旋流场中颗粒的自转行为
    2.2 颗粒在旋流场内的受力特征分析
        2.2.1 颗粒在旋流场内的受力分析
        2.2.2 颗粒在旋流场内的脉动离心力
    2.3 岩屑自转除油过程机理
        2.3.1 油相在油基钻屑中的分布特征
        2.3.2 表面油的旋流脱除机理
        2.3.3 毛细油的旋流脱除机理
        2.3.4 孔隙油的旋流脱除机理
    2.4 小结
第3章 蜗壳结构参数对旋风分离器气相流场特征的数值模拟研究
    3.1 物理模型与网格划分
        3.1.1 旋流器的设计
        3.1.2 网格的划分
    3.2 计算模型选取
    3.3 初始条件与边界条件
        3.3.1 初始条件
        3.3.2 边界条件
    3.4 求解器的设置
    3.5 网格无关性验证
    3.6 蜗壳度数对旋风分离器内流场的影响
        3.6.1 蜗壳度数对旋风分离器内切向速度的影响
        3.6.2 蜗壳度数对旋风分离器内轴向速度的影响
        3.6.3 蜗壳度数对压力分布的影响
        3.6.4 蜗壳度数对湍流特性的影响
    3.7 蜗壳偏心距对旋风分离器内流场的影响
        3.7.1 偏心距对切向速度分布的影响
        3.7.2 偏心距对压力分布的影响
        3.7.3 偏心距对湍流特性的影响
    3.8 小结
第4章 油基钻屑旋流自转脱附除油实验
    4.1 实验物料的理化性质表征
        4.1.1 密度
        4.1.2 固体颗粒粒度
        4.1.3 热重分析
        4.1.4 粘-温特性
        4.1.5 成分组成
        4.1.6 孔隙结构分析
    4.2 旋流自转脱附装置的搭建
    4.3 实验内容与方法
        4.3.1 油基钻屑旋流除油试验
        4.3.2 含油率的测试
    4.4 结果与讨论
        4.4.1 进气量对除油的影响
        4.4.2 进料速度对除油的影响
        4.4.3 载气温度对除油的影响
        4.4.4 循环次数对除油的影响
        4.4.5 旋流自转除油对油基钻屑的物化性质的影响
        4.4.6 技术经济性分析
    4.5 本章小结
第5章 结论与展望
    5.1 研究总结
    5.2 展望
参考文献
致谢
附录


【参考文献】：
期刊论文
[1]中国页岩气储量世界第一[J]. 舟丹.  中外能源. 2019(01)
[2]页岩气油基钻屑氮气气氛热解处理研究[J]. 夏世斌,王静,习传学,王璐,黄维巍,章诗辞,王嫣云,何勇.  安全与环境学报. 2018(05)
[3]页岩气油基钻屑萃取处理技术[J]. 凡帆,杨斌,吴满祥.  钻井液与完井液. 2018(05)
[4]页岩气开发油基钻屑-单组分生物质共热解特性[J]. 黄思雨,王嫣云,周博逊,周泽军,何勇,夏世斌.  环境科学研究. 2019(06)
[5]化学清洗处理高含油率油基钻屑的研究[J]. 白鹤,武卫锋,翁良宇,赵广宇,肖成磊,张文晖.  天然气与石油. 2018(03)
[6]油基钻屑三相离心机研制与应用[J]. 宰艳玲,聂军.  石油矿场机械. 2018(02)
[7]离心力对旋叶式分离器壁面液膜界面不稳定性的影响[J]. 黄振,肖泽军,闫晓,昝元峰,李勇,袁德文.  核科学与工程. 2017(05)
[8]中国页岩气资源潜力、分布及特点[J]. 程涌,郭宇丰,陈国栋,杨万霖,王发龙.  昆明冶金高等专科学校学报. 2017(05)
[9]油基钻屑热解处理技术[J]. 何敏,张思兰,王丹,王朝强.  环境科学导刊. 2017(S1)
[10]串联除尘装置的冷态试验研究[J]. 许慧萍,金伟,刘奇,赵英杰.  过滤与分离. 2017(01)

博士论文
[1]旋流场中颗粒高速自转研究及应用[D]. 黄渊.华东理工大学 2017

硕士论文
[1]富氢气氛下煤催化热解特性研究[D]. 李敏.浙江大学 2015



本文编号：3657430