我国油页岩综合利用相关研究进展

油页岩是一种重要的能源资源,其储量巨大,是世界石油资源补充能源。本文综述了近几年油页岩相关基础研究与技术开发,分析了我国单独炼油、单独燃烧发电及灰渣综合利用的研究进展,将油页岩炼油、半焦燃烧发电、灰渣综合利用集成一体,不仅可提高油页岩综合利用效率,而且还可对环境起到保护作用。本文为油页岩综合利用相关科学研究提供参考。

油页岩固体热载体综合利用系统工艺模拟

结合循环流化床锅炉构建了一套油页岩固体热载体综合利用系统,以锅炉产生的高温循环灰为油页岩干馏提供热量,并集成燃气-蒸气联合循环和常规蒸气轮机发电机组实现油-电联产。利用Aspen Plus软件对所构建的系统进行建模,结合公朗头矿区油页岩样品的物性数据,计算系统的物流参数和发电功率,并探讨了循环灰温度和油页岩干馏比例对系统的影响。结果表明,提高循环灰温度将降低系统的灰岩比,同时有利于提高系统的发电功率,但系统总发电效率会有所下降;增大油页岩干馏比例能提高页岩油的产能,系统能效呈上升趋势,同时也增加了燃气-蒸气联合循环机组的发电功率,但系统总发电功率却急剧下降。

黑龙江鸡西油页岩综合利用过程能效分析

建立以固体热载体干馏工艺为核心的油页岩综合利用系统,以循环流化床锅炉产生的高温热灰作为油页岩干馏工艺的热源,并添加了半焦燃烧发电部分,实现了油-电-气三联产。利用Aspen Plus软件对所构建的系统工艺进行建模,结合了黑龙江鸡西油页岩三层不同矿区的物性数据,计算了系统的物流参数和发电功率,并探讨了不同油页岩利用方式下的系统能效情况。结果表明:综合利用系统使油页岩的利用效率得到提升,含油率高的油页岩能带来更高的经济效益,但余热损失也会随之增加;随着对油页岩利用程度的加深,三种油页岩的系统能效均呈上升趋势。

基于气体热载体干馏及费-托合成工艺的油页岩综合利用系统建模与分析

基于油页岩气体热载体干馏工艺构建了一种油页岩综合利用系统,将干馏过程中产生的半焦与小颗粒油页岩混合后气化,制得合成气与多余干馏气一并经水煤气变换后进行费-托合成,费-托合成剩余的可燃气体送入燃气-蒸汽联合循环发电系统,实现油-电联产,采用此综合利用系统,可大幅提高液体燃料产量,达到原有干馏系统的1.4倍。利用Aspen Plus软件对所构建的油页岩综合利用系统进行建模,经计算,综合利用系统的一次能量利用效率达到61.79%。进一步模拟分析表明,增加油页岩干馏比例和干馏-气化混合气制油比例,都可以有效提高系统液体燃料的产量,虽然系统电能输出会有所下降,但系统总能效会随着液体燃料产量的增长有显著提升。

油页岩综合利用系统的能值分析

为了综合评价油页岩综合利用系统的环境可持续性,以吉林桦甸处理量为300×104 t/a油页岩综合利用项目为例,应用能值分析理论,构建该系统的能值评价指标体系。研究结果表明:虽然页岩油的能值转化率(Tr)要高于传统原油,但油页岩综合利用系统环境负载率(ELR)低,对环境影响小,系统可持续发展指数(ESI)较高,系统富有活力和发展潜力;与桦甸式干馏工艺相比,将锅炉灰渣用于建材,不仅能增加系统副产物,提高能值产率(EYR),还能有效地改善其他各项能值指标。

油页岩固体热载体综合利用系统的分析模型

对基于油页岩固体热载体干馏法构建的综合利用系统进行分析,采用黑箱模型法绘制系统各单元的分析简化模型,系统地给出应用于所构建的综合系统的值计算方法与计算公式,最后以图表的形式给出综合利用系统各装置的效率和损率的计算结果。结果表明:当油页岩预热到140℃时,干馏炉的损率高达49.19%,是综合利用系统损率最高位置;净化冷凝单元效率为93.92%,是综合利用系统效率最大的单元,各装置的损率与效率不具有相关性。

油页岩固体热载体综合利用系统的能量分析与?分析

利用Aspen Plus软件对基于油页岩固体热载体干馏法构建的综合利用系统进行模拟,结合模拟结果对系统做了详细的能量分析和?分析,并绘制了系统能流图与流图来描述每个热力过程的能量分布与?损分布情况。结果表明,油页岩输入量为100kg/s时,干馏炉内部不可逆损失(即热解反应损失)其损率为47.43%,是系统损失最大环节,油页岩中11.03%的燃料化学能贬值为干馏产物热能;综合利用系统各损失中,净化冷凝单元的热损失能量品位最高。

桦甸式油页岩气体热载体综合利用系统改造建模及分析

桦甸式油页岩气体热载体综合利用工艺是一种重要的油页岩利用方式,本文在原有综合利用系统的基础上做了部分改造,将小颗粒油页岩和半焦混合气化后再与干馏气一起送入燃气-蒸汽联合循环系统发电,同时利用燃机尾气加热循环热载体。利用Aspen Plus软件对原有及改造后的油页岩综合利用系统进行建模,并根据模拟数据对综合利用系统作进一步的能量分析和?分析。结果表明:改造后的综合利用系统总的一次能量利用效率和?效率分别达到了58.23%和60.18%,远高于原有系统,其中各主要单元的能量利用效率和?效率均高于60%;另外,提高油页岩干馏比例可以明显增加系统页岩油产量,虽然电能输出会有所降低,但总?效率会随之增长。

采用绝对反应速率理论研究油页岩半焦与玉米秸秆混烧反应机制

在Pyris-1 TGA热重分析仪上进行了桦甸油页岩半焦和当地玉米秸秆不同掺混比例的燃烧实验,对各样品的混烧反应机制进行了理论研究。基于TG-DTG燃烧失重曲线,整个燃烧过程可分为燃烧低温段、过渡段、高温段3个阶段。不同燃烧段中样品的燃烧释放性指数随着玉米秸秆掺入比例的增加呈现增大趋势,结果表明燃烧低温段的燃烧释放性指数为最大。应用绝对反应速率理论,对各样品不同燃烧段的活化焓和活化熵进行计算。结果表明随着玉米秸秆掺入比例的增加,各样品过渡段和高温段的活化焓值均高于低温段;各样品的熵值在3个燃烧阶段依次降低。综合各燃烧特性参数,发现随着玉米秸秆掺入比例的增加,燃烧反应加剧,燃烧反应段前移,明显改善桦甸油页岩半焦的燃烧特性。

油页岩气体热载体干馏炉内干馏特性研究

文章利用自行设计搭建的处理量120 kg/d的瓦斯全循环气体热载体干馏炉,通过试验的方法,研究新型气体热载体干馏炉在干馏过程中的一些运行参数和产生的页岩油的一些特性,对现有干馏工艺的改进具有指导意义。试验通过改变油页岩颗粒的粒径,进而改变物料之间的空隙率、空隙结构和进气流量,来研究不同粒径的样品对干馏特性和干馏产物的影响。结果表明:油页岩颗粒的粒径不同,物料之间的空隙率和干馏炉的进气流量不同,导致炉内传热传质的不同,不同粒径的油页岩干馏油收率不同,粒径为20—25 mm的页岩油收率最高。由于气体热载体流量不同,干馏炉内传热传质情况和冷却器的工作负荷也不相同,因此不同粒径的页岩干馏之后,在4个收油点所收到的页岩油质量分数也不相同。

油页岩的^(13)C-NMR特征及FLASHCHAIN热解模拟研究

采用固体13C-NMR核磁共振技术表征了甘肃窑街矿区油页岩的碳骨架结构,分析并计算了油母质团簇化学结构参数,包括团簇平均碳原子数、芳碳原子数、脂碳原子数及芳环数。在热重红外分析仪(TG-FTIR)上进行了油页岩的热解实验,得到了热解产物的生成规律。结合样品的团簇化学结构参数,采用基于油页岩结构的FLASHCHAIN模型模拟其热解产物的生成过程;模拟结果与TG-FITR实验数据符合较好,印证了模型预测的合理性。

油页岩半焦与锯末混烧过程孔隙结构变化研究

利用氮等温吸附脱附法研究了燃烧过程对油页岩半焦和锯末混合物表面孔隙结构特性的影响,并应用分形维数来定量描述混合物表面形态的复杂程度。结果表明:混合物各个孔径范围内的孔体积较半焦明显减少,在失水段尤为明显,燃烧前期表面孔隙以中微孔为主,后期以中大孔和大孔为主;混合物的中微孔结构在挥发分燃烧阶段得到充分发展,比表面积在显著增大,对反应进程具有促进作用。通过FHH方程线性回归得到的分形维数反映出混合物内部孔隙的立体化程度比半焦更高,燃烧阶段化学反应及力学作用的交替影响,引起分形维数随温度而变化。

无线技术在回转式油页岩干馏反应器中的研究与应用

回转式油页岩干馏反应器是目前应用广泛的油页岩低温干馏设备,由于设备的360连续旋转,反应器内的参数检测一直是监控的难点。基于IEEE 802.15.4无线标准,以CC2430为基础芯片,给出回转式油页岩干馏反应器ZigBee无线参数测量系统,包括传感器终端节点及协调器节点,实现现场数据采集、ZigBee无线通信及远程数据处理。在1h工作周期及100 m工作距离内的现场测试中,信号未见衰减,参数测量稳定,测量精度达到设计要求;同时上位机软件对实时数据的管理,为系统的实时监控提供测量基础。

碱性木质素与油页岩共热解协同作用的TG-FTIR研究

通过TG-FTIR与动力学方法,研究碱性木质素与油页岩混合共热解的协同作用。实验结果表明:通过二者加权平均理论值与实验实际值对比,发现在热失重过程中仅在高温热解区间有协同作用。热解动力学研究表明:碱性木质素与油页岩可用组合一级反应动力学来描述,混合质量比为8∶2时反应活化能E在高温热解区间最高,为抑制作用;其他混合比的反应活化能E在高温热解区间最低,为促进作用。通过红外光谱的检测,对共热解过程有明显变化的官能团进行分析,共热解过程析出的CH_4、CO、CO_2、H_2O浓度在高温热解区间均有不同程度的增大,混合比为8∶2时,浓度均为最低。

不同粒径分布条件下桦甸油页岩颗粒特性实验研究

油页岩颗粒的物性参数很大程度的影响了油页岩在回转式油页岩固体热载体干馏反应器内的干馏效果。本文以桦甸大城子四层油页岩为研究对象,分析了不同粒径分布对油页岩的滑动角、安息角、堆积密度、Wadell球形度、含油率等物性参数的影响情况。结果表明,较小粒径的颗粒滑动角小、安息角大,易于流动,但过细则会加大摩擦力使流动性变差;破碎后颗粒的Wadell球形度较好,平均值在0.775左右;较大粒径颗粒在铝甄干馏中测定时因弥散传热和边壁效应的影响,测得的含油率较高。实验数据将为研究油页岩固体热载体干馏运行特性及提高干馏反应器干馏效率提供基础数据。

FLASHCHAIN模型应用于汪清油页岩热解研究

采用^(13)C-NMR技术表征出汪清三个矿区油页岩的碳原子化学结构,并获得碳骨架结构的12个重要参数。利用热重和傅里叶红外联用技术(TG-FTIR)得出了在50℃/min升温速率和热解终温600℃下油页岩热解时轻质气体的生成规律。采用基于燃料化学结构的FLASHCHAIN模型对热解产物的析出进行了模拟,并与实验结果相比较。结果表明,FLASHCHAIN模型用来模拟汪清油页岩热解时,在520℃之前有较好的效果,当温度高于520℃时,由于二次热解反应及页岩中矿物质分解对热解过程的影响,导致模型的预测值与实验值存在一定的误差,且随着温度的升高两者之间的误差也随之加大。

基于Aspen Plus 抚顺式油页岩干馏过程模拟方法研究

利用Aspen Plus软件对抚顺式油页岩干馏过程进行模拟,采用带Fortran气化动力学子程序的自定义反应模型来代替Gibbs反应器,通过与文献中实验数据对比来验证模拟结果的准确性,结果吻合良好。利用该模型研究了主风量和主风饱和度等参数对气体组分、气体热值、气化效率和热效率的影响。研究结果表明:随着气化温度的增加,CO的含量增加,而H_2和CH_4的含量减少,同时气体的热值呈现出逐渐降低的趋势;提高主风量,气化效率、干发生气热效率(ηd)和湿发生气热效率(ηw)均有显著提高,但是过量空气的通入将会造成烧油,建议主风量控制在7.38×10~4~8.61×10~4m^3/h最佳;提高主风饱和度,气化温度呈线性下降;当主风饱和度为90℃时,湿发生气热效率(ηw)达到最大,为37.08%;但是综合考虑实际过程中的合理运行,建议主风饱和度选取80℃为宜。

油页岩半焦与玉米秸秆混合燃烧特性研究

在空气气氛下利用TGA/DSC1型同步热分析仪进行了桦甸油页岩半焦与玉米秸秆的混烧实验。研究了升温速率和质量比对燃烧特性参数的影响;并与单一油页岩半焦的燃烧特性进行比较。结果表明:混合样品的挥发分初析温度和着火温度远低于油页岩半焦,但略高于玉米秸秆;随着升温速率的提高,混合样品挥发分初析温度和着火温度逐渐提高。升温速率一定时,随着玉米秸秆质量比增大,燃烧过程呈现向低温区迁移的趋势;并且低温段曲线峰值高,挥发分释放剧烈,改善了混合物燃烧特性。玉米秸秆质量比大于10%时,混合样品的各项燃烧特性指标也增大。采用相互影响指数RMS和MR值评价混烧过程的相互影响,研究表明相互影响作用主要发生在第二、第三和第四阶段,第二、第三阶段为有利影响,第四阶段为不利影响。当半焦与玉米秸秆质量比为7:3时,其相互影响最大且均为有利影响。应用KAS模型,分析了混合物燃烧动力学,结果表明,随着反应进行,活化能总体呈上升趋势,与TG-DTG曲线变化规律一致。研究结果可以为油页岩半焦与玉米秸秆的高效燃烧提供参考。

油页岩中微量元素赋存形态的研究

通过浮沉实验及脱灰实验对抚顺、龙口、茂名3种油页岩样中部分微量元素进行了赋存形态的研究。结果表明,浮沉实验所得微量元素的赋存状态结果与脱灰实验基本一致,抚顺、龙口、茂名3种油页岩中大部分微量元素以无机态赋存,但也有所区别,抚顺、龙口、茂名油页岩中的元素V、Mn、Zn、Sr、Mo、Ta以及抚顺油页岩中的Cr、Te,龙口油页岩中的Cd、Sn,茂名油页岩中的Cd、Sn、Pb,主要赋存于无机矿物中;茂名油页岩中的Cr、Te,抚顺油页岩中的Cd,龙口油页岩中的Pb有相对较多的比例富集于有机质部分;龙口、茂名油页岩中的元素Co,抚顺油页岩中的Co、Sn、Pb,更多地富集于黏土矿中,但也有少部分富集于有机质中。

油页岩在回转干馏炉内混合度与停留时间综合分析

运用相关性与多指标综合评分法,对影响油页岩与固体热载体在回转干馏炉内的混合度及油页岩在回转干馏炉内停留时间的各因素(抄板形式、填充率、回转干馏炉倾角、回转干馏炉转速)进行分析,结果表明:4个因素对停留时间及混合度影响由强至弱依次为倾角、转速、填充率、抄板形式,最佳工况组合为回转干馏炉倾角3.24?、回转干馏炉转速3.4 r/min、填充率20%、直角抄板。