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油页岩原位热解与煤地下气化耦合过程研究

作　者: 赵丽梅
导　师: 梁杰
学　校: 中国矿业大学（北京）
专　业: 化学工艺
关键词: 油页岩与煤原位热解和气化孔隙结构渗透性耦合特性
分类号: TD841
类　型: 博士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

将煤炭地下气化技术理论引入到油页岩原位开采应用中，针对我国油页岩多与煤互层伴生的特点，提出并研究了油页岩与煤地下共气化原位开采油页岩技术，在实现油页岩的原位开采的同时提高气化煤气的热值和品质，提高能源综合利用效率。基于油页岩与煤地下共气化的过程特点，采用微观实验手段研究了油页岩原位热解特性，通过模型试验及数值模拟研究了共气化的过程中油页岩层及煤层的温度场演化规律、油气组分互动特性及共气化过程的热流固耦合特征，从而构建了油页岩与煤地下共气化工艺。研究结果表明，300~550℃是油页岩中有机质集中析出的温度区间；400~600℃油页岩中孔隙数量和孔隙体积增长最快的区间，油页岩及半焦孔隙结构具有明显的分形特征，油页岩及600℃半焦分形维数最低；油页岩随着热解温度的升高渗透性先升高后降低，400℃时渗透率最大，孔隙压力增大使渗透率降低；随着油页岩粒径的增大，最大产气量下降，最大产气量对应温度点向高温区移动，页岩油中烷烃含量逐渐降低，芳香族化合物含量逐渐升高；油页岩与煤地下共气化过程中，氧气浓度为40-45%时，煤层升温速率为7℃/min，气化面的扩展速率为0.036m/h，油页岩层与煤层的升温速率一致且进展稳定，煤气中不饱和烃含量增加，热值提高；随着气化温度的升高，煤层与油页岩层的压力梯度逐渐增大。

全文目录

摘要  7
Abstract  7-8
详细摘要  8-10
Detailed Abstract  10-16
第一章绪论  16-30
  1.1 概述  16-18
  1.2 油页岩开采及利用现状  18-22
    1.2.1 油页岩地面干馏技术现状及存在的问题  18-19
    1.2.2 油页岩原位开采技术开发进展及存在的问题  19-22
  1.3 油页岩理化特性研究进展  22-26
    1.3.1 油页岩热解特性  22-24
    1.3.2 油页岩渗透性  24-25
    1.3.3 油页岩孔隙结构特征  25-26
    1.3.4 油页岩热物理性质  26
  1.4 煤炭地下气化技术的发展现状  26-27
  1.5 研究的目的和意义  27-28
  1.6 主要研究内容及技术路线  28-30
第二章油页岩热解特性  30-40
  2.1 油页岩基本特性  30-32
    2.1.1 油页岩样品化验  30-31
    2.1.2 油页岩样品特征  31-32
  2.2 油页岩热解特性  32-38
    2.2.1 研究方法  32
    2.2.2 实验部分  32
    2.2.3 油页岩热解失重特性  32-37
    2.2.4 实验结果对现场工艺的指导作用  37-38
  2.3 本章小结  38-40
第三章油页岩热解过程中孔隙结构变化规律  40-56
  3.1 油页岩结构及孔隙特征  40-42
  3.2 研究方法  42-43
  3.3 实验部分  43
    3.3.1 实验原料及设备  43
    3.3.2 实验方案及实验过程  43
  3.4 实验结果与分析  43-54
    3.4.1 吸附等温线类型  43-45
    3.4.2 吸附回线及孔隙结构  45-47
    3.4.3 孔隙分形规律  47-52
    3.4.4 孔径分布  52-53
    3.4.5 油页岩原位热解过程中孔隙结构变化  53-54
  3.5 油页岩原位热解过程中孔隙结构变化机理  54
  3.6 本章小结  54-56
第四章油页岩原位热解过程中渗透性变化规律  56-66
  4.1 渗透理论  56-57
  4.2 研究方法  57-58
  4.3 实验部分  58-60
    4.3.1 实验原料及设备  58-59
    4.3.2 试验方案及实验过程  59-60
  4.4 实验结果与分析  60-64
    4.4.1 油页岩渗透率随热解终温的变化规律  61-62
    4.4.2 油页岩渗透率随孔隙压力的变化规律  62
    4.4.3 油页岩渗透率与孔隙压力的关联关系  62-64
  4.5 本章小结  64-66
第五章大尺度油页岩产油产气特征  66-88
  5.1 试验部分  66-68
    5.1.1 试验原料及设备  66-67
    5.1.2 试验方案及实验过程  67-68
  5.3 试验结果与分析  68-85
    5.3.1 热解气生产温度区间及产量变化  68-71
    5.3.2 热解气组分变化  71-77
    5.3.3 页岩油组分  77-85
    5.3.4 大尺度油页岩热解产气规律  85
  5.4 本章小结  85-88
第六章共气化过程温度场耦合演化规律及组分互动特性  88-102
  6.1 试验原料与试验系统  88-91
    6.1.1 试验原料  88-89
    6.1.2 试验系统  89-91
  6.2 试验方案及试验过程  91-93
    6.2.1 煤层与油页岩层模拟  91-92
    6.2.2 炉内热电偶的布置  92
    6.2.3 试验过程  92-93
  6.3 试验结果与分析  93-101
    6.3.1 温度场扩展规律  93-97
    6.3.2 温度场耦合演化特征  97
    6.3.3 页岩层析出油气组成  97-98
    6.3.4 气化煤气组分及热值  98-100
    6.3.5 气化煤气组分及热值互动特性  100
    6.3.6 油页岩灰渣特征  100-101
  6.4 本章小结  101-102
第七章油页岩与煤地下共气化热流固耦合特征  102-128
  7.1 热流固耦合数学模型的建立  103-116
    7.1.1 建模基本原理  103-108
    7.1.2 假设条件  108-109
    7.1.3 控制方程推导  109-116
  7.2 热流固三场耦合模型的求解  116-120
    7.2.1 求解方法  116
    7.2.2 物理模型  116-117
    7.2.3 定解条件  117-119
    7.2.4 物性参数状态方程及初始值  119-120
  7.3 热流固耦合特征  120-126
    7.3.1 温度场动态变化规律  120-122
    7.3.2 渗流场变化规律  122-125
    7.3.3 应力场变化规律  125-126
  7.4 本章小结  126-128
第八章油页岩与煤地下共气化原位开采工艺  128-138
  8.1 概述  128
  8.2 油页岩与煤共气化基本原理  128-130
  8.3 油页岩与煤共气化炉  130-132
    8.3.1 共气化炉基本结构  130
    8.3.2 共气化炉主要特点  130-132
  8.4 气化炉运行机理及工艺  132-136
  8.5 本章小结  136-138
第九章结论与展望  138-142
  9.1 结论  138-140
  9.2 展望  140
  9.3 创新点  140-142
参考文献  142-150
致谢  150-152
作者简介  152
发表学术论文及参加科研项目  152-153

油页岩原位热解与煤地下气化耦合过程研究

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