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小颗粒油页岩热裂解制取页岩油的试验研究

作　者: 陈明东
导　师: 董良杰
学　校: 吉林农业大学
专　业: 农业生物环境与能源工程
关键词: 油页岩页岩油热裂解流化床尾矿干馏厂
分类号: TE662
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

油页岩是一种可燃烧的有机岩石，是重要的油气替代资源化石燃料，也是不可再生的燃料资源。世界油页岩储量大大超过世界天然石油的可采量，在当今能源日益紧张的情况下，开采油页岩并以其替代石油，对增强国家经济后劲意义重大。中国是世界上油页岩丰富的国家之一，已探明的油页岩储量为315.67亿t。根据国土资源部门的勘测，吉林省油页岩预测资源储量为254.29亿t，查明资源储量174.26亿t，约占全国总量的54％，居全国第一位。目前，我国主要采用干馏技术对大块油页岩制取页岩油，对于干馏厂剩余的小颗粒油页岩作为尾料，还没有找到有效的方法提取其中的页岩油，为了使小颗粒的油页岩资源也得到充分有效的利用，因此，找到一种对小颗粒油页岩加工制油的方法是当今的一项重要课题。本研究针对吉林省油页岩资源丰富和开发利用现状，为寻找一种对小颗粒油页岩加工制油的有效方法，利用实验室现有的以流化床反应器为主体的生物质热裂解制取生物油系统进行了油页岩热裂解制取页岩油的试验研究。在参考大量文献的基础上，确定了对本试验的主要影响因素为反应温度、原料颗粒粒径、给料速率，设计正交试验表，把粒径分为0.67～0.95mm、0.47～0.67mm及O.47mm以下，利用实验室以流化床反应器为主体的生物质热裂解制取生物油系统进行了油页岩热裂解制取页岩油技术的试验研究，获得的最高页岩油产率达5.13％。通过试验表明：热裂解方法虽然得到的页岩油产率较低，但确实是对小颗粒油页岩加工制油的一种方法。在对油页岩的热裂解制取页岩油进行试验研究的基础上，得出了油页岩快速热裂解过程中反应温度、给料速率、原料颗粒粒径等主要参数对页岩油产率的影响规律，并分析了这些因素的影响机理，为今后油页岩快速热裂解制取页岩油技术的应用奠定了基础。试验结果表明：油页岩粒径对页岩油的产率影响是最大的，较小的粒径在流化床反应器中能在瞬间把其中的挥发分挥发完全，粒径过大可能导致油页岩反应不完全；第二个主要影响因素是给料速率，因为给料速率的大小直接影响裂解气在流化床反应器中的停留时间，停留时间过长容易引起二次裂解的发生，减少页岩油的产量；温度是三个影响因素中影响最小的，反应温度过低油页岩的热裂解不完全，减少页岩油的产量。综上通过正交试验得到的最优组合是：粒径0.47mm以下、给料速率14kg／h、反应温度450-500℃工况下，产油率最高。本文考虑到最初正交试验选取的水平可能过小，为了达到试验的准确性，在正交试验最优组合的基础上，选取固定其中两个最优组合而变化另一个影响因素，做单因

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独创性声明  2
关于论文使用授权的说明  2-3
摘要  3-5
Abstract  5-9
第一章绪论  9-18
  1.1 引言  9-10
  1.2 油页岩的概念及特征  10-11
    1.2.1 油页岩概念  10
    1.2.2 油页岩地质特征  10-11
  1.3 油页岩开发利用技术  11-15
    1.3.1 流化床燃烧技术  11
    1.3.2 油页岩干馏技术  11-15
    1.3.3 超临界流体抽提技术及应用  15
  1.4 油页岩资源开发利用的意义  15-16
    1.4.1 经济意义  15-16
    1.4.2 社会意义  16
  1.5 课题研究的主要内容与特色  16-18
    1.5.1 课题研究的主要内容  16-17
    1.5.2 课题研究的特色  17-18
第二章油页岩热裂解制取页岩油的试验装置  18-27
  2.1 油页岩原料的主要物理特性测定  18-20
    2.1.1 原料的粒径分布  18-19
    2.1.2 原料的堆积密度及灼烧后灰分的密度测定  19-20
    2.1.3 油页岩热裂解尾气  20
  2.2 油页岩热裂解试验系统  20-24
    2.2.1 螺旋给料机的结构及工作原理  22-23
    2.2.2 流化床的结构及工作原理  23
    2.2.3 产物收集部分工作原理  23-24
    2.2.4 其它辅助部件工作原理  24
  2.3 油页岩热裂解工艺流程  24-26
  2.4 本章小结  26-27
第三章油页岩热裂解制取页岩油试验  27-42
  3.1 工艺参数的确定  27-28
  3.2 研究方法的概述  28-30
    3.2.1 试验材料  29
    3.2.2 试验步骤  29-30
  3.3 正交试验方案的设计  30
  3.4 正交试验结果  30-32
  3.5 DPS对正交试验结果分析  32-36
    3.5.1 DPS对正交试验极差分析结果  32-34
    3.5.2 DPS对正交试验方差分析结果  34-36
  3.6 单因素验证试验  36-41
    3.6.1 原料粒径的影响  36-38
    3.6.2 给料速率的影响  38-39
    3.6.3 反应温度对页岩油产量的影响  39-40
    3.6.4 升温速率和气相停留时间的影响  40-41
  3.7 本章小结  41-42
第四章油页岩和页岩油的性质分析  42-52
  4.1 油页岩的主要性质  42-43
    4.1.1 我国油页岩的主要性质  42-43
    4.1.2 桦甸油页岩的主要性质  43
  4.2 热裂解页岩油相关性质的分析  43-48
    4.2.1 页岩油的密度测定  44-45
    4.2.2 页岩油的pH值测定  45-46
    4.2.3 页岩油的粘度分析  46-48
  4.3 页岩油的分析和加工利用方法  48-51
    4.3.1 页岩油的分析方法  48-49
    4.3.2 页岩油的加工和利用方法  49-51
  4.4 本章小结  51-52
第五章结论  52-53
参考文献  53-57
致谢  57-58
作者简介  58

小颗粒油页岩热裂解制取页岩油的试验研究

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