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移动—流化床内油页岩流化行为及干燥性能研究

作　者: 范新欣
导　师: 于才渊
学　校: 大连理工大学
专　业: 化学工程
关键词: 油页岩移动-流化床干燥器流化特性干燥动力学分形理论
分类号: P618.12
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着石油资源的短缺和各国对能源需求不断增长的今天,油页岩因资源储量丰富及可利用价值较广而引起了全世界的广泛关注。据报道,油页岩在干馏过程中出现的崩碎现象与油页岩自身结构和含水量有关。为避免崩碎现象的发生,提高页岩油收率,本文提出油页岩在干馏前先进行干燥脱水处理,对此,提出一种适用于粒径分布较宽、含水量较高油页岩干燥的新型干燥器——移动-流化床干燥器。在移动-流化床干燥器内,考察干燥过程中各因素对油页岩流化特性及干燥性能的影响,通过干燥动力学实验,得到干燥曲线并建立干燥动力学模型,明确油页岩湿分传递机理,基于分型理论采用氮吸附和扫描电镜技术,研究油页岩内部孔隙结构特征,导出油页岩干燥常数表达式。根据氮吸附和扫描电镜技术研究结果表明,柳树河油页岩是一种典型的两端开放的管状毛细孔结构,其孔径基本分布在0.4-40nm之间,比表面积为1.201m2/g,孔容积为0.046cm3/g；根据分形理论分析,得到柳树河油页岩的孔道弯曲分形维数为1.121,孔隙面积分形维数为2.464。移动-流化床干燥器流体力学实验结果表明,机械力场的作用,使得出料(玉米颗粒)速率随时间呈周期性波动,但在一个周期内的平均出料速率等于进料速率,出口物料组成与进口物料组成基本相同,即系统稳态操作时,移动-流化床内不会出现物料滞留现象。采用部分废气循环式移动-流化床干燥的热态实验流程进行油页岩颗粒的连续干燥切实可行,进出口烟气平均氧含量分别为6.4%和9.0%,出口废气温度控制可以通过调节进料速率及移动隔板运行速度来实现；烟气入口温度为350℃时,可以把柳树河油页岩的含水量降到5%以下。柳树河油页岩的干燥动力学研究结果表明,采用薄层干燥模型中修正Page I模型模拟油页岩干燥过程,得到的干燥方程为干燥速率方程为干燥时间指数为n=1.0668,干燥常数为K=5.588×10-29.826T4.103d0-6.059 6≤d0≤8mm;柳树河油页岩颗粒的干燥机理主要为内部扩散控制过程。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
引言  10-11
1 文献综述  11-28
  1.1 油页岩简介  11-13
    1.1.1 油页岩的发展历史  11
    1.1.2 油页岩的储量分布  11-12
    1.1.3 油页岩的利用价值及意义  12-13
    1.1.4 油页岩加工过程存在的问题  13
  1.2 现代干燥技术  13-16
  1.3 气固流态化干燥  16-19
    1.3.1 气固流态化基本概念  16-17
    1.3.2 气固流态化性质  17-19
  1.4 干燥动力学研究概述  19-24
    1.4.1 干燥的基本性质  19
    1.4.2 干燥动力学理论  19-21
    1.4.3 薄层干燥动力学  21-24
  1.5 分形理论研究进展  24-26
  1.6 课题研究意义  26-28
2 油页岩基本物性分析  28-35
  2.1 实验试剂及仪器  28
  2.2 实验测量方法  28-30
    2.2.1 油页岩真密度测量方法  28-29
    2.2.2 油页岩堆积密度测量方法  29
    2.2.3 油页岩视密度测量方法  29
    2.2.4 油页岩比热容测定方法  29-30
  2.3 实验结果及分析  30-34
    2.3.1 油页岩真密度  30
    2.3.2 油页岩堆积密度  30-31
    2.3.3 油页岩视密度  31-32
    2.3.4 油页岩比热容  32-34
  2.4 本章小结  34-35
3 油页岩孔结构的分形研究  35-42
  3.1 油页岩孔结构研究方法  35
    3.1.1 油页岩孔结构表征  35
    3.1.2 油页岩孔结构分形维数确定  35
  3.2 实验结果与讨论  35-41
    3.2.1 油页岩孔结构特征  35-36
    3.2.2 油页岩孔径分布特征  36-37
    3.2.3 油页岩孔道弯曲分形维数  37-39
    3.2.4 油页岩孔隙分形维数  39-40
    3.2.5 油页岩内部有效扩散系数  40-41
  3.3 本章小结  41-42
4 油页岩干燥动力学的研究  42-48
  4.1 实验仪器及装置流程图  42-43
  4.2 油页岩干燥动力学实验部分  43
  4.3 实验结果与讨论  43-47
    4.3.1 油页岩干燥曲线  43-44
    4.3.2 油页岩干燥动力学方程  44-46
    4.3.3 油页岩干燥常数  46-47
  4.4 本章小结  47-48
5 油页岩在移动-流化床内流体力学性质的研究  48-58
  5.1 实验材料及装置  48-49
    5.1.1 实验原料及仪器  48
    5.1.2 实验装置及流程  48-49
  5.2 流体力学实验部分  49
    5.2.1 物料在移动-流化床内流化特性  49
    5.2.2 物料在移动-流化床内流动特性  49
    5.2.3 各类物料在移动-流化床内床层压降  49
  5.3 实验结果与讨论  49-57
    5.3.1 物料在移动-流化床内流化特性  49-50
    5.3.2 物料在移动-流化床内流动特性  50-53
    5.3.3 机械力场作用对移动-流化床床层压降的影响  53-55
    5.3.4 静止床层高度对移动-流化床床层压降的影响  55-56
    5.3.5 物料组成及类别对移动-流化床床层压降的影响  56-57
  5.4 本章小结  57-58
6 油页岩在移动-流化床内干燥实验的研究  58-67
  6.1 实验装置流程及操作方法  58-61
    6.1.1 闭路循环式移动-流化床干燥的实验流程  58-59
    6.1.2 开路式移动-流化床干燥的实验流程  59-60
    6.1.3 部分循环式移动-流化床干燥的实验流程  60-61
  6.2 实验内容  61-62
    6.2.1 干燥器进出口氧含量的测定  61
    6.2.2 不同操作因素对干燥器出口烟气温度的影响  61
    6.2.3 干燥器进料速率与移动隔板运行速度的匹配关系测定  61
    6.2.4 干燥器进口烟气温度对油页岩脱水效果的影响  61-62
    6.2.5 移动-流化床干燥对柳树河油页岩出油率的影响  62
  6.3 实验结果与讨论  62-66
    6.3.1 油页岩干燥的热态实验流程的确定  62
    6.3.2 移动-流化床干燥器进出口的氧含量  62-63
    6.3.3 进料速率及移动隔板运行速度对干燥器出口烟气温度的影响  63-64
    6.3.4 移动-流化床干燥器进料速率与移动隔板运行速度的匹配关系  64-65
    6.3.5 油页岩在移动-流化床干燥器中的干燥实验结果  65
    6.3.6 油页岩出油率  65-66
  6.4 本章小结  66-67
结论  67-69
参考文献  69-73
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  73-74
致谢  74-75

移动—流化床内油页岩流化行为及干燥性能研究

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