油砂热解及产物生成特性研究

发布时间：2020-10-30 02:23

　　 随着人们生活水平的提高,对能源的需求量也越来越大,但是像煤、石油这样的不可再生资源的储量日益减少。常规能源供给不稳定,需要增加对非常规资源的综合研究。作为非常规能源的油砂引起世界各国的关注。加拿大油砂资源储量世界居首。而我国油砂资源的储量也十分丰富,并且在油砂热解方面研究不多,所以探究油砂热解过程、有机质析出机理及分子结构信息的变化是非常有价值的,也对油砂资源的综合利用具有非常重要的意义。本文利用自行搭建小型热解实验台对日照和泉州两个地区油砂样品进行不同热解终温的油砂热解,通过热重分析仪、傅里叶红外光谱仪和质谱仪对油砂的热解过程和热解产物进行了探究,基于不同升温速率下的TG-DTG曲线,可将热解过程分为3个阶段:脱水除气阶段、热解低碳化合物析出段和无机物的高温受热分解段。升温速率相同时,泉州油砂比日照油砂挥发分析出的温度低。当升温速率越高时,热解特性越好。油砂热解产物是由脂肪烃、芳香烃、含氧官能团和羟基等组成的混合物,利用傅里叶红外光谱仪探究两种油砂样品在不同升温速率下气体产物:H_2O、CO_2、CO、CH_4、C_nH_m的析出特性,气态烃类、含氧有机物等有机气体是由羰基和羧基以及甲氧基、亚甲基、甲基在热解低温段受热分解产生的,根据质谱图,可以确定不同时刻逸出的气体产量和种类。AKTS-Thermokinetics软件基于F-W-O和Kissinger模型模拟脱挥发分的热解动力学,模拟计算结果表明,在相同的转化率下,不同升温速率的活化能呈线性分布,日照的活化能高于泉州的活化能。对油砂半焦进行孔隙结构、电镜实验和分形维数的研究。研究表明:干馏终温在450℃时油水产量、氮吸附量达到最大值,油砂半焦吸附回线与B类回线相接近,孔隙主要为缝状孔,孔隙结构非常发达。孔容积和BET比表面积也在450℃时达到峰值,利用FHH方程求得的分形维数在450℃时取得峰值,之后半焦颗粒孔隙结构发生变化,重新整合,由于热应力和表面张力的作用孔表面发生塑性形变,半焦表面粗糙度降低,以及不均匀的孔径分布等原因也会降低分形维数。通过油砂半焦SEM电镜图片可以观察到表面结构及其不规则,孔隙结构疏松,颗粒之间没有明显的连接,应用Matlab软件对SEM灰度图片进行分形维数研究,得出SEM的分形值整体值略低于氮吸附分形值。
【学位单位】：东北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TE626.9
【部分图文】：

图 1-1 油砂油砂的元素组成一般是指油砂中存在的 5 种基本元素，即氢、碳、氧、氮、硫。不矿床产出的油砂物质组成和种类、有机质的化学组成都存在显著差异。油砂的主要特征下：（1）油砂中矿物质含量较多，砂和黏土等矿物质占 72～90%左右（明显高于油页和煤中矿物质的含量，通常煤中有机质的含量低于 40%），沥青约占总质量的 8～21%，含量很少约占 5%左右。（2）油砂中的有机质主要是沥青质，能溶于有机溶剂，可以采用有机溶剂萃取的法使得沥青从油砂中分离出来。（3）油砂有机质中 H/C 原子比一般在 1.2～1.6 之间。（4）在隔绝空气或者通入氮气的情况下，将油砂加热到 300～550℃时，可产生油油、热解气、半焦残渣及少量的水。（5）将油砂加热到 600℃以后会产生大量的二氧化碳气体。油砂中的沥青质成黑色，黏度较高，常温下不具备流动性，通常水浴加热（70℃）

东北电力大学工学硕士学位论文砂，贫油砂没有开采价值。此外油砂中还含有如镍、铁等微量的金属元素。若按照油砂面的存在成分可以分为亲水型和亲油型两种，亲水型是指砂粒表面被一层油膜包裹，而附着在油膜的外表面，从内到外的层次为砂粒、油、水；而亲油型油砂在砂粒表面被一水膜包裹，而水膜的表面附着油，从内到外的层次为砂粒、水、油，如图 1-2（a）。亲性油砂适合热解干馏法[1-2]。

图 1-3 中国油砂资源分布大陆由多个板块组成，而各个板块间经历了长期的不同方式的碰撞生和发展，控制了中国大陆油气盆地的形成。根据盆地的成因，我种基本类型：地台盆地（克拉通盆地）、挤压盆地和伸展盆地，我多在演化过程中经历比较复杂，大多数油气盆地具有油气多期生烃特征。导致我国的油砂资源分布在各地层中。我国油砂盆地具体分中国大陆西部属于挤压盆底，是印度板块和亚欧板块碰撞过程形成绝大多数油砂资源，存储量约占全国总量的 71%，其中准噶尔盆地布广阔、埋藏较浅、含油率相对较高（4%～19%），具有露天开采中国大陆的东部属于伸展盆地，该地区油砂矿物质以砂砾岩和砂岩构、高的含油率，主要是二连盆地和和松辽盆地，约占全国油砂总云南、贵州、广西属于南部地台型盆地，也称之为南方盆地群。油占 7.6%，大约是 4.5×108t。其中黔南坳陷的油砂有机质丰度较高，
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本文编号：2861832