抚顺油页岩热解及其产物特性研究

发布时间：2020-04-30 11:59

【摘要】：油页岩是一种灰分较高的固体可燃矿产资源。作为一种“非常规油气资源”,既可通过低温干馏获取类似于天然石油的页岩油,也可直接作为燃料燃烧。本文针对抚顺油页岩的热解及其产物特性进行全面系统的研究。通过对油页岩的基础特性分析可知：抚顺油页岩是一种高灰分(76.58%)、低含碳量(10.98%)、高氢碳比(2.0)、低含油率(6.02%)的固体沉积岩。灰分主要由SiO2、 Al2O3、Fe2O3构成,经XRD分析,高岭石、蒙脱石、等黏土铝硅酸盐类是油页岩中矿物质的主要存在形式,经FT-IR分析,油页岩中含有大量的矿物质,有机质以脂肪烃类为主,页岩油的成分较为简单,主要以脂肪烃类形式存在。采用TG-FTIR联用技术考察了升温速率、颗粒粒度、氢气气氛以及灰分对油页岩热解及其产物释放特性的影响,结果表明：油页岩热解可分为三个阶段,800℃终温下,失重约为17.39%,热解所得的气态产物主要有CO、CO2、CH4、CnHm、Aromatic hydrocarbon以及H2O等。随着升温速率的升高,油页岩的总转化率略有提高,热解起始温度、终止温度及其最大失重速率峰温均向高温方向移动,挥发份的释放量显著增大。大颗粒油页岩含有较多的挥发份和较少的灰分,且含有较高的含油率,随着颗粒粒径的增加,油页岩的最终转化率有所提高,对应的挥发份释放量也略有提升。少量氢气的添加对于油页岩热解的影响并不明显,最终转化率略有增加,失重速率值曲线几乎重合,挥发份的释放量也无明显的变化。经过两级酸洗脱灰后,油页岩的热解明显改善,最终失重有所提升,最大失重速率也有较大的提高,挥发份的释放也明显增加。利用Coats-Redfern方法对热失重数据进行分析计算可知：抚顺油页岩热解属于一级动力学反应,平均活化能为103.06 kJ/mol。采用自行搭建的小型固定床实验装置考察了热解终温、停留时间、升温速率以及载气流量对油页岩各热解产物收率的影响,结果表明：温度对于油页岩热解的影响最为显著,在热解终温520℃、停留时间20 min、载气流量150 mL/min、升温速率5℃/min的条件下,页岩油的收率为8.69%,远高于铝甑干馏所得油收率。对固定床各热解产物进行分析表征,结果表明：随着热解终温的升高,半焦中H/C原子比不断下降,以脂肪烃类为有机质代表的含量逐渐降低,在460℃之后变化不再明显,与原样相比,热解后所得半焦孔结构变得更加丰富,孔的比表面积与总孔容增大,平均孔经降低。温度对于页岩油的组成影响不大,不同终温热解所得页岩油的成分均以脂肪烃类为主,经过GC-MS检测可知,页岩油中脂肪烃类高达81.56%,且以直链烷烃居多。经过GC分析检测可知,热解气主要由H2、CH4、CO2、CO、 C2H6、C2H4、C3H8、C3H6组成,且以H2居多,CO2、CH4次之,除CO外,其他几种热解气均呈现高斯分布。随着停留时间的增加,半焦中H/C原子比不断下降,升温速率与载气流量对半焦的元素组成影响不大。
【图文】：

热解实验,固定床,油品分析,冷凝吸收

逦浙江福立有限公司逡逑由于冷凝吸收装置中所得液态产物为油水混合物，为进行定量分析计算Ｗ及后续逡逑油品分析，需对其进行油水分离，分离装置见图２－５。逡逑Ｉ逡逑冉逡逑Ｐ＇逦－逦■逦＼逦＾逡逑图心５水分n,定装置逡逑Ｆｉｇ．邋２－５邋Ｔｈｅ邋ｍｏｉｓｔｕｒｅ邋ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ邋ｄｅｖｉｃｅ逡逑１６逡逑

谱图,油页岩,抚顺,谱图

３．２．３邋Ｘ射线衍射（ＸＲＤ）晶体结构特征分析逡逑本试验采用德国生产的ＢＲＵＫＥ民Ｄ８邋ＡＤＶＡＮＣＥ邋Ｘ射线衍射仪对抚顺油页岩样品逡逑中的无机质晶相进行分析，分析结果见图３－１。逡逑Ｑ逦吊逡逑ｔ逡逑ｇ逡逑至逡逑Ｉ逡逑Ｉ逦．逦Ｉ逦．逦Ｉ逦．逦Ｉ逦．逦Ｉ逦．逦Ｉ逦．逡逑２０逦３０逦４０逦５０逦６０逦７０逦８０逡逑２Ｇ／（。）逡逑Ｑ－Ｑｕａｒｔ邋之，Ｍ－Ｍｕｓｃｏｖｉ邋化，Ｋ－Ｋａｏｌｉｎｉ邋化，Ｚ－Ｚｅｏｌｉｔｅ，邋Ｐ－ｐｙｒｉｔｅ邋＊逦化，Ａ－ａｐａｔｉ邋化逡逑图３－１抚顺油页岩的ＸＲＤ谱图逡逑Ｆｉｇ．邋３－１邋Ｔｈｅ邋ＸＲＤ邋ｓｐｅｃｔｒａ邋ｏｆ邋ＦＳ－ＯＳ逡逑由图３－１得知，抚顺油页岩中主要的矿物质有高岭石、蒙脱石、等黏±铅娃酸盐类逡逑矿物质Ｗ及x锸一铺螅浣峁氡恚常驳幕曳址治鼋峁疚呛稀ｅ义希常玻垂鴞栏闪锸笛殄义瞎蓧捎糜诓舛ㄓ鸵逞业暮吐剩杂谄兰塾鸵逞夷芊裼糜诹队偷木哂兄傅煎义弦庖濉１臼匝椴握眨樱龋裕埃担埃福梗病队鸵逞液吐什舛ǚǎǖ臀赂杀シǎ┒愿秤鸵逞医义闲械臀虑飧蓔!试验，即称取粒径小于３邋ｍｍ的样品５０邋ｇ于铅颤内，采用规定的升温逡逑２１逡逑
【学位授予单位】：西北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE662

【参考文献】