棉秆和油页岩共热解生物炭的氨氮吸附性能研究

使用棉秆(CS)和油页岩(OS)为原料,采用共热解的方式制备了共热解生物炭,探究了对氨氮的吸附性能。考察了不同热解时间、CS和OS比例、热解温度、CS的粒径对共热解生物炭的氨氮吸附量的影响规律,确定了最佳制备条件,并研究了吸附动力学和吸附等温线模型。研究表明,棉秆和油页岩共热解后生物炭的结构特性和表面形貌有较大改善,对氨氮的吸附能力有明显的提高。最佳的制备条件是热解温度为500℃、m(棉秆)∶m(油页岩)=3∶1、热解时间为30 min和CS的粒径为0.20~0.30 mm。在投加量为10.0 g/L、pH 9.0时,最佳条件所制备炭的吸附量为4.89 mg/g,是棉秆生物炭的2.2倍。吸附过程以准二级动力学和Langmuir等温吸附模型描述。吸附机制主要包括为离子交换、静电吸附和配位作用。

基于生命周期思想的油页岩原位开采碳排放核算

基于油页岩原位开采的生产实际,指出油页岩行业碳排放核算存在的问题,并将开采过程中钻井、压裂、加热、油气收集与处理、油气运输,以及废水、废弃物、生活垃圾的处置作为碳排放核算边界,确定碳排放源,构建碳排放核算模型,进一步确定排放因子。通过碳排放模型对某油页岩原位开采先导示范基地进行核算,结果表明:加热环节的排放量占比最大,为29.44%;各环节中电力消耗产生的排放量最大。最后提出针对性减排措施。

国内外油页岩工业发展现状

油页岩可作为锅炉燃料直接燃烧产生蒸汽发电,也可经热解后分解生成页岩油、页岩半焦和类似天然气的干馏气,是石油的重要补充能源,开发前景广阔,对世界能源结构的改变具有重要战略意义。梳理世界主要油页岩国家油页岩资源特点、加工利用技术和开发利用现状,世界各国对油页岩的勘探、开采和干馏技术不断革新提升,包括爱沙尼亚、巴西、美国在内的许多国家已经拥有了较先进的油页岩处理技术,对油页岩进行合理开采并进行产业化利用。目前,中国在抚顺、新疆、甘肃等地加工利用油页岩,抚顺页岩油年产量最大。与世界主要油页岩国家相比,中国油页岩开发利用程度总体较低,新技术开发利用不够成熟,尚未形成以油页岩为基础的完整产业链,未来发展还需要更多相关国家政策支持,进一步加大油页岩的科研投入,研究开发适应中国特点的新型技术,不断提高油页岩的工业利用水平和资源化利用水平,在提高处理量、产油率的同时减少生态污染,坚持走新型工业化道路。

油页岩临界热解中间体的结构表征

为探究抚顺油页岩有机质热解机理,以其热解产物抽提率最高时获得有机体——临界热解中间体为研究对象,采用核磁共振(NMR)、傅里叶红外光谱(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)、快速裂解气相色谱质谱联用(Py-GC/MS)技术对临界热解中间体进行了原子结构表征,提出了该热解中间体平均分子结构模型的分子式C_(370)H_(570)O_(29)N_(4)S.结果表明:临界热解中间体的碳骨架结构主要由脂肪族碳构成,脂碳率与芳碳率分别为74.7%和25.3%,脂肪烷烃链的支化度Bi为4.31%,亚甲基长链的平均碳数约为18个;芳香碳以单环形式为主,芳香环的平均取代程度为0.4左右;杂原子主要以羰基氧、吡咯氮和噻吩硫的赋存形式存在.

鄂尔多斯长7段油页岩不同阶段热解反应特征

针对原位热采开发油页岩矿藏中热解反应变化复杂、控温困难等问题,通过热重分析实验对鄂尔多斯盆地长7油页岩热解过程进行阶段划分;通过X射线衍射测试、气相色谱-质谱联用等实验重点检测有机质裂解放热阶段的产物成分,分析不同阶段演化的主要化学反应,进一步验证阶段划分。结果表明,油页岩在氮气氛围下的热解可以划分为3个阶段:脱水阶段(<300℃)、有机质裂解放热阶段(300~720℃)、矿物吸热分解阶段(>720℃)。在有机质裂解放热阶段,油页岩的失重约为总失重的74%,无机矿物未发生热裂解。有机质裂解放热阶段可进一步划分为3个阶段:300℃≤T<450℃的低温初始段、450℃≤T<600℃的中温热解段、600℃≤T≤720℃的高温热解完成段。有机质的热解主要发生在中温热解段。随温度升高,烷烃脱氢反应、酯化反应变为以酯类化合物热裂解反应、烷烃断链生成小分子烃类反应为主;温度升至600~720℃时,会促使化合物发生聚合向油页岩半焦转化;当温度控制在中温热解段时,油页岩油成分最好,含27.70%酯类、29.89%脂肪烃、14.49%醇类、12.66%芳香烃等。研究结果为油页岩热解机理分析、油页岩数值模拟模型的建立和提高现场采收率提供理论指导,并对控制有机质的反应温度范围提供依据,保证较高的转化率。

基于三维数字岩心的油页岩裂解孔隙重构及表征研究

油页岩孔隙结构作为油气渗流的主要通道,高温热解过程中将产生复杂变化,然而其变化规律不明严重制约储集层分类评价和高效开发。因此,开展不同温度及不同有机质含量条件下油页岩热解对孔隙结构影响的研究对于油页岩的有效开发具有重要意义。针对热解前后油页岩孔缝结构变化精细表征难的问题,本文通过编程方法提出了一种基于三维数字岩心重构的裂缝及孔隙结构表征新方法,定量分析了热解过程中样品裂缝宽度、裂缝方向、分形维数及孔隙度等参数的变化规律。研究结果表明:(1)本文所提出的裂缝性数字岩心精细化处理方法结合等位精细化中面提取算法,在准确计算岩石物性参数的基础上可实现对缝宽及裂缝方向分布的精确计算,可达到对裂缝孔隙精细表征的目的;(2)随着热解温度的升高,油页岩样品孔隙度由18.3%升至20.9%,且裂缝宽度不断增大,油页岩样品物性得到持续改善,但当热解进行到一定程度后油页岩孔隙结构变化趋势放缓;(3)相同温度条件下随着有机质含量的升高,热解后油页岩样品孔隙度由12.1%升至29.3%,但4种样品分形维数未随着有机质含量升高呈现出单调递增趋势,表明热解裂缝复杂性除受有机质含量影响外,也受到样品中有机质初始分布的影响。本文可为油页岩热解后孔隙结构精细表征提供新思路。

松辽盆地松南油页岩JFD5井上白垩统青山口组一段油页岩品质特征

本文以松辽盆地松南油页岩JFD5井为讨论对象,通过岩心观察、样品测试等手段对上白垩统青山口组1段油页岩进行评价。研究分析表明:JFD5井油页岩主要赋存于青山口组1段下部,青山口组一段矿层有①、②、⑥号矿层,其中①号矿层埋深在459.55~465.35 m,厚度5.80 m,平均含油率5.4%,最高含油率为11.4%。②号矿层埋深在470.15~475.65 m,厚度5.50 m,平均含油率7.5%,最高含油率为11.7%。⑥号矿层埋深在449~452 m,厚度3.00 m,平均含油率4.8%,最高含油量5.8%,青山口组①、②、⑥号矿层为原位开采的首选层位;属于特低硫低硫油页岩,油页岩岩段主要由含油率与小体积质量和灰分及挥发分显示一定的负相关性质,以及总有机碳含量的TOC呈明显的正相关性质,这可作为油页岩质量的评价及替代指标。

高温蒸汽作用后油页岩变角剪切特性规律研究

【目的】在注蒸汽原位开采油页岩的过程中,油页岩的抗剪强度对注采井筒和采场的稳定性至关重要,同时岩体的抗剪强度又受温度的影响而变化。研究了不同温度和不同剪切角度下油页岩剪切特性的变化规律。【方法】利用蒸汽发生装置对油页岩进行加热,实验中蒸汽温度分别设置为100、200、300、400和500℃;对蒸汽作用后的油页岩进行变角剪切试验,剪切角度分别为45°、55°和65°.根据试验结果,计算得到油页岩的变角剪切参数和峰值剪切应变,同时对不同温度蒸汽作用后油页岩的剪切破坏特征进行分析。【结果】研究结果表明:1)蒸汽温度小于300℃时,油页岩脆性破坏特征明显,当温度达到400℃和500℃时,油页岩延性破坏特征明显;2)油页岩的内聚力随着蒸汽温度的升高先增大后减小,内摩擦角随着蒸汽温度的升高先减小后增大,抗剪强度随着剪切角度增大而减小;3)油页岩的峰值剪切应变随着蒸汽温度升高而增大,且剪切角的高角度变化对油页岩峰值剪切应变影响显著;4)油页岩的剪切破坏形式随着蒸汽温度的升高由贯穿破坏向组合破坏转变,且次生裂纹增多。

油页岩改性生物炭对磷酸盐的吸附特性

为解决磷回收困难和固体废弃物难处理的问题,文章以棉秆和油页岩为原料,采用共热解法制备了油页岩改性生物炭(OS-CS),利用SEM-EDS,BET,FT-IR等测试手段对其进行了理化特性分析,考察了热解温度、吸附剂用量、溶液pH值等因素对OS-CS的磷酸盐吸附性能的影响,并研究了OS-CS的吸附动力学和吸附等温线模型。研究结果表明:进过改性后,OS-CS的结构性能和表面形貌有较大改善,对磷酸盐的吸附能力有明显的提高;在投加量为4.0 g/L、溶液pH值为5.0时,OS-CS的磷酸盐最大吸附量为7.01 mg/g,是棉秆炭的2.47倍,油页岩半焦的3.52倍。OS-CS吸附磷酸盐过程主要以拟二级动力学和Langmuir等温吸附模型进行描述,吸附机理主要包括表面沉淀、配体交换和静电吸引。油页岩改性生物炭复合材料为磷酸盐的去除和固体废弃物的资源化利用提供了新思路。

兖矿油页岩热解特性及热解动力学

利用DSC(热重差热扫描仪)研究兖矿油页岩在不同升温速率5、10、15、20、25、30℃/min下的热质量损失行为,对比分析Coats-Redfern模型、DAEM模型(分布活化能模型)、微分法模型和最大热解速率法4种动力学模型。结果表明兖矿油页岩热解可分为3个阶段:20—200℃,表面水被脱除;200—400℃小分子有机物挥发,出现弱键的断裂,如C—O键和C—S键等;400—600℃出现最大质量损失峰,主要在该温度区域产生油气。Coats-Redfern模型求得的表现活化能E最低为48.33 kJ/mol,最大热解速率法求得的E最高为152.19 kJ/mol。DAEM模型、微分法模型的计算结果处于中间水平,DAEM模型的计算结果为不同转化率下所对应的活化能,其数值随转化率的增大而增大,更符合油页岩热解的实际情况,对于进一步研究油页岩有机质的化学结构特征具有一定的借鉴意义。

油页岩传热各向异性与原位传导热采模拟分析

【目的】油页岩原位开采过程中传热效率差,各向异性差异显著,油页岩原位开采中存在各向异性传热差异问题。【方法】以新疆巴里坤油页岩制标准样本试件,采取多种室内试验手段对不同温度下块状油页岩水平、垂直层理传热差异进行探究,并进行原位开采模拟。【结果】实验结果表明:1)随着温度升高,各层理方向热传导系数均呈“降低”趋势,但油页岩平行层理方向的热传导系数均大于垂直层理方向;2)随温度升高,比热容先升高再降低,当温度为400℃时,油页岩比热容值最大;3)结合显微CT图,随着温度的升高,裂隙增多对垂直层理方向热量传导的影响大于平行层理方向。基于上述实验测试参数,同时利用COMSOL软件建立油页岩储层原位电加热的“热-固”耦合模型,模拟结果表明:随加热时间的增加,各向异性传热差异逐渐开始呈现;当加热时间为120 d时,加热井附近区域温度上升,并未表现出明显的各向异性;当加热到600 d时,平行层理方向的传热区域明显大于垂直层理方向,呈“椭圆”状;加热到1 440 d时,传热区域小幅度增加,加热井控制区域页岩基本热解完成。

含油率影响下油页岩力学性质与破坏断裂特征研究

油页岩的含油率存在巨大差异,这种含油率的变化会引起其力学性质与破坏断裂特征的差异。选取含油率为6.5%、6%、5%和3%的垂直层理油页岩试样,对其开展单轴压缩实验、场应变与声发射监测。研究发现:含油率的提升会降低油页岩抗压强度,并使其由脆性向延性转变。高含油率油页岩易发生剪切—张拉破坏;低含油率油页岩破坏模式偏向于张拉破坏。加载过程中,油页岩试件主应变场由均匀分布向应变集中分布转变,垂直层理油页岩的应变场更容易形成多条平行应变集中条带,当含油率不断降低时,主应变场变化过程中的剪切现象减弱。高含油率的试样振铃计数表现为阶梯型增长,破坏后,依然出现了较高的振铃计数;低含油率油页岩只在破坏时出现较高的振铃计数。相同弹性能条件下,低含油率油页岩在储能阶段的变形更小。高含油率试样具有一定延性,在试样到达应力峰值点后,弹性能并没有完全释放,仍保留一部分弹性能。低含油率试样的抗变形能力较强,所以,在相同应变条件下,其耗散的能量更高。

茂名油页岩废弃尾矿生态修复年限和树种的影响研究

以不同修复年限的2块油页岩尾矿废弃地上生长的优势树种大叶相思(Acacia auriculiformis)和尾叶桉(Eucalyptus urophylla)及其根区土壤为对象,探讨树种和年限对废弃地生态修复效果的影响。结果表明,经过31a修复的南排尾矿地土壤重金属污染系数为8,显著低于修复18 a北排尾矿地的12.33,表明当前南排尾矿地土壤重金属污染程度更轻。同时,南排尾矿地的大叶相思和尾叶桉叶片中重金属含量和富集系数显著高于北排尾矿地,且南排尾矿地植物对土壤中的重金属修复效果好于北排尾矿地。除尾叶桉叶片富集更多的锰外,大叶相思有更高的叶片碳含量以及锌、镉含量,表明在多种污染元素并存的油页岩尾矿修复中种植大叶相思比尾叶桉能收获更好的生态效果。大叶相思和尾叶桉都具有较强的去除油页岩尾矿中重金属等有害元素和改善土壤质量的能力,特别是在土壤贫瘠和多元素污染共存的胁迫下,大叶相思比尾叶桉表现出更强的优势。

基于微型流化床的油页岩与棉秆共热解特性及其动力学

采用微型流化床反应分析仪分析油页岩与棉秆共热解特性,探讨不同热解温度和混合比例对H_(2)、CH_(4)、CO、CO_(2)释放特性的影响,并利用等转化率法求解动力学参数,研究共热解过程中的相互作用。结果表明,油页岩和棉秆的单独热解气体释放特性存在明显差异,而在等温共热解过程中,棉秆的添加能加快反应的转化率,提高气体生成速率。通过Friedman-Reich-Levi方法计算气体生成活化能,结果显示共热解活化能明显低于理论值,表明共热解能提高原料热解反应性,促进气体的生成。

涠西南凹陷流2段油页岩储层测井分类评价标准

为进一步明确涠西南凹陷流2段油页岩的勘探开发潜力,在大量调研的基础上,结合岩心实验分析、测井解释等数据开展储层测井分类评价标准研究。研究认为,涠西南凹陷流2段油页岩在生油能力、储集性能、可压性等方面与松辽盆地古龙青1段油页岩具有极大的相似性。据此结论,构建了流2段油页岩储层分类评价标准,并按照此标准对WY-1井I类储层作出综合解释。

油页岩原位开采物理模拟试验研究现状及展望

合理高效地原位开采油页岩资源对缓解常规油气资源枯竭具有重要的战略意义。鉴于目前油页岩现场原位开采的不确定性和工艺复杂性,物理模拟试验成为了研究油页岩原位开采热解及传热机制的有效手段。通过查阅大量文献发现:油页岩原位开采模拟试验装置由毫米(颗粒)尺寸向厘米、米级(现场)大型尺寸迭代升级,各种大型多功能三轴智能化试验系统已研制成功。试验研究了温度、应力和共热物质对油页岩热解的影响,分析了油气产物、孔缝结构和渗透率演化特征,形成了具有我国特色的油页岩原位开采研究体系。针对新形势下油页岩原位开采研究存在的不足,对未来的研究方向提出建议和展望,旨在完善油页岩原位开采研究体系,早日实现油页岩大规模原位开采。

三塘湖盆地中二叠统芦草沟组油页岩热重特性及影响因素

为了研究油页岩加热过程中的热重特性和热解过程及其影响因素,对三塘湖盆地芦草沟组油页岩的含油率、总有机碳、热解、主量元素和热重分析等进行测试。结果显示,三塘湖盆地芦草沟组油页岩为具有较高有机质丰度、高灰分和中等发热量的中等品质油页岩,且灰分主要元素组成为SiO_(2)、Al_(2)O_(3)、CaO,属于高熔灰分。油页岩热重分析显示其热解过程主要为低温、中温和高温失重段3个阶段,中温失重段为油页岩主要失重段和油页岩热解反应阶段,温度范围为300~580℃。其中油页岩热解过程中油气大量生成阶段的温度范围为430~500℃,为油页岩热解过程中生油关键阶段,而500~580℃为页岩气生成阶段,可以形成一定量的页岩气。

油页岩半焦基矿物生物炭对土壤理化性状影响研究

将油页岩半焦进行碳化后生产出的矿物生物炭与秸秆生物炭进行理化性能对比分析,并在甘肃省马军坪、张掖、白银3地的试验田进行了相关应用试验。研究结果表明,矿物生物炭比表面积较大、孔径小、具有一定疏水性,与秸秆生物炭类似,含有较高的养分,作为土壤改良剂可在一定程度上提升土壤肥力,有利于改良土壤结构、透气性、透水性及保水能力,作为农业或其他工业产品原料安全可行;在碱性土壤中施用后,会对土壤酸碱度下降有一定的促进作用;增施矿物生物炭能有效提高土壤有机质、全氮、水溶性钙含量,可为矿物生物炭在甘肃省不同属性土壤改良、农田种植中规模化应用、构建高标准高质量农田提供理论基础。

基于RF-PSO-SVM的油页岩干馏工艺粉尘爆炸风险评估

为准确预测油页岩干馏工艺过程粉尘爆炸风险等级,以加强油页岩粉尘爆炸事故防范能力,提出了一种快速精准的风险评估模型。按照4M分类原则将评价指标分为人、物、管理和环境4大类和30小项,采用随机森林(RF)对30项特征指标进行属性约简,进而提取关键指标;使用粒子群算法(PSO)对支持向量机(SVM)进行更新全局寻优,合理优化SVM的参数。通过随机选择30组评价数据进行测试,进行了RF-PSO-SVM模型与SVM模型、RF-SVM模型以及PSO-SVM模型对比。结果表明:该模型风险预测结果正确率最高且运行时间较短,识别准确率达93.33%,体现出该模型对油页岩干馏工艺粉尘爆炸风险预测的精准性和及时性。

兖矿高硫油页岩热解特性的试验研究

为获得兖矿高硫油页岩最优热解条件,通过管式炉热解试验装置,研究了热解终温、升温速率、反应时间和反应氛围对高硫油页岩热解特性的影响。结果表明:热解终温是决定页岩油产率和热解气组分的主要因素,最优反应条件为热解终温540℃,升温速率5℃/min,反应时间30 mim~60 min;H_(2)氛围下页岩油产率有明显提高,H_(2)和CO_(2)热解氛围能促进油页岩的有机质分解,得到的页岩半焦中硫含量明显低于N2气氛。