【摘要】：隨著經(jīng)濟(jì)和工業(yè)的發(fā)展,能源短缺問(wèn)題日益突出,尋找替代能源已經(jīng)成為推動(dòng)當(dāng)今社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重要議題。油頁(yè)巖儲(chǔ)量巨大,經(jīng)過(guò)低溫?zé)峤饪梢陨身?yè)巖油和熱解氣。頁(yè)巖油的碳?xì)浔阮愃朴谑?熱解氣可直接用于燃燒。因此,油頁(yè)巖被認(rèn)為是最佳的石油補(bǔ)充能源,引起了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。油頁(yè)巖熱解過(guò)程及產(chǎn)油、產(chǎn)氣規(guī)律因頁(yè)巖礦品質(zhì)不同而差別較大,受催化劑影響程度及規(guī)律也不盡相同。新疆吉木薩爾地區(qū)油頁(yè)巖儲(chǔ)量占全國(guó)儲(chǔ)量的17%,平均含油量8%,具有較大的開(kāi)發(fā)價(jià)值,而我國(guó)油頁(yè)巖研究的熱點(diǎn)主要集中在茂名、樺甸和撫順幾個(gè)礦區(qū)上。因此,本文以新疆吉木薩爾地區(qū)油頁(yè)巖為研究對(duì)象,探索其熱解過(guò)程中的主要特點(diǎn)及規(guī)律;為了提高頁(yè)巖油及頁(yè)巖氣產(chǎn)率,在樣品中添加不同種類的催化劑,初探該地區(qū)油頁(yè)巖的催化熱解機(jī)理,為其高效節(jié)能地開(kāi)發(fā)提供試驗(yàn)和理論依據(jù)。為了節(jié)約實(shí)驗(yàn)研究的時(shí)間及經(jīng)濟(jì)成本,本文對(duì)吉木薩爾油頁(yè)巖熱解過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬研究,建立符合實(shí)際的數(shù)學(xué)模型,以期更加高效地推進(jìn)研究進(jìn)度。本文中,選用CoCl_2·6H_2O、Fe_2O_3和Fe_3O_4作為催化劑,對(duì)吉木薩爾油頁(yè)巖進(jìn)行催化熱解研究。對(duì)添加了不同催化劑的油頁(yè)巖樣品進(jìn)行熱重分析,并對(duì)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,發(fā)現(xiàn)CoCl_2·6H_2O對(duì)吉木薩爾油頁(yè)巖的催化效果最好。采用主曲線法和幾種無(wú)模型法對(duì)各樣品熱解反應(yīng)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析。發(fā)現(xiàn)CoCl_2·6H_2O不僅能使油頁(yè)巖熱解平均活化能由216kJ/mol降低至163kJ/mol,而且降低熱解溫度約100℃;而添加Fe_2O_3和Fe_3O_4樣品熱解活化能有些許升高。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn),鐵基催化劑對(duì)吉木薩爾油頁(yè)巖中礦物質(zhì)分解有一定的抑制作用。對(duì)未添加催化劑油頁(yè)巖樣品和添加CoCl_2·6H_2O樣品分別進(jìn)行熱重-質(zhì)譜(TG-MS)分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)CoCl_2·6H_2O能夠大幅提高熱解產(chǎn)物濃度。采用實(shí)驗(yàn)室鋁甑對(duì)各樣品進(jìn)行熱解實(shí)驗(yàn),分別收集頁(yè)巖油和頁(yè)巖氣,并采用質(zhì)譜-色譜(GC-MS)對(duì)其成分進(jìn)行分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn),CoCl_2·6H_2O可提高頁(yè)巖油收油率約1.5倍;Fe_2O_3提高收油率約1.15倍;Fe_3O_4并不能提高收油率,但頁(yè)巖氣產(chǎn)率升高。對(duì)比幾種樣品的頁(yè)巖油及頁(yè)巖氣成分,發(fā)現(xiàn)物質(zhì)種類變化并不大。通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究了油頁(yè)巖不同層理方向的導(dǎo)熱系數(shù)變化情況。結(jié)果顯示,平行于床層方向?qū)嵯禂?shù)是垂直于床層方向的1.25倍。同時(shí),測(cè)量了大量工業(yè)生產(chǎn)用塊狀油頁(yè)巖的外形尺寸,長(zhǎng)寬比、長(zhǎng)厚比以及寬厚比結(jié)果顯示,油頁(yè)巖具有明顯的扁平狀矩形特征。在此基礎(chǔ)上,對(duì)于油頁(yè)巖常規(guī)熱解過(guò)程,以矩形為物理模型,本文給出了單顆粒油頁(yè)巖熱解過(guò)程的數(shù)學(xué)模型,其中原項(xiàng)包含了各子反應(yīng)和總反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)參數(shù)。采用文獻(xiàn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了模型的正確性,認(rèn)為該模型能夠更加精確地描述油頁(yè)巖顆粒熱解過(guò)程及內(nèi)部溫度場(chǎng)情況。對(duì)吉木薩爾油頁(yè)巖熱解過(guò)程模擬結(jié)果顯示,顆粒內(nèi)外溫差隨著當(dāng)量直徑的增大而增大;將油頁(yè)巖視為各向異性材料時(shí),當(dāng)量直徑大于30mm時(shí)的最終加熱時(shí)間與各向同性材料相差達(dá)45s,在此基礎(chǔ)上,給出了吉木薩爾油頁(yè)巖熱解時(shí)間隨當(dāng)量直徑變化之間的規(guī)律。為模擬油頁(yè)巖催化熱解過(guò)程打下基礎(chǔ)。
【學(xué)位授予單位】：武漢科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TE662

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 ;國(guó)內(nèi)最大油頁(yè)巖項(xiàng)目新疆開(kāi)建[J];新疆化工;2012年02期

2 趙帥;孫友宏;劉世暢;李強(qiáng);;高壓工頻熱解扶余油頁(yè)巖的溫度場(chǎng)模擬[J];東北大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2019年03期

3 吳超;;淺析新疆油頁(yè)巖資源的開(kāi)發(fā)利用[J];山東工業(yè)技術(shù);2019年13期

4 王丹;任洋洋;王明;閆紅旭;顧強(qiáng);靳嘉銘;楊文雪;劉云義;裴彥淞;郭洪范;;油頁(yè)巖有氧干餾過(guò)程的機(jī)理研究[J];當(dāng)代化工;2018年02期

5 陳麗;付強(qiáng);王桂英;謝小銀;孔麗;孫純國(guó);;油頁(yè)巖的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用現(xiàn)狀[J];石化技術(shù);2018年01期

6 張春明;;油頁(yè)巖特征及制油技術(shù)[J];化工設(shè)計(jì)通訊;2018年09期

7 魏毅;;油頁(yè)巖勘探開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀及進(jìn)展[J];智能城市;2017年10期

8 朱煜凱;張宇哲;;國(guó)外油頁(yè)巖資源的利用分析[J];化工設(shè)計(jì)通訊;2016年01期

9 王忠鑫;;油頁(yè)巖資源開(kāi)發(fā)潛力評(píng)價(jià)研究[J];露天采礦技術(shù);2015年07期

10 肖英杰;張曉雷;陳利鵬;楊亞龍;;準(zhǔn)噶爾盆地油頁(yè)巖資源賦存特征及開(kāi)發(fā)前景[J];煤礦現(xiàn)代化;2015年04期

相關(guān)會(huì)議論文 前9條

1 白文翔;孫友宏;郭威;李強(qiáng);;吉林農(nóng)安油頁(yè)巖地下原位裂解先導(dǎo)試驗(yàn)工程[A];第十九屆全國(guó)探礦工程（巖土鉆掘工程）學(xué)術(shù)交流年會(huì)論文集[C];2017年

2 孫友宏;鄧孫華;郭威;李強(qiáng);劉世暢;賈瑞;;油頁(yè)巖地下原位裂解技術(shù)與先導(dǎo)試驗(yàn)工程[A];中國(guó)煤炭學(xué)會(huì)鉆探工程專業(yè)委員會(huì)2017年鉆探工程學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C];2017年

3 陶樹(shù);湯達(dá)禎;許浩;;全球油頁(yè)巖資源分布及開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀[A];中國(guó)地質(zhì)學(xué)會(huì)2013年學(xué)術(shù)年會(huì)論文摘要匯編——S13石油天然氣、非常規(guī)能源勘探開(kāi)發(fā)理論與技術(shù)分會(huì)場(chǎng)[C];2013年

4 賀君玲;趙占銀;王建東;李淑梅;;吉林省油頁(yè)巖開(kāi)發(fā)利用前景[A];第二屆中國(guó)石油地質(zhì)年會(huì)——中國(guó)油氣勘探潛力及可持續(xù)發(fā)展論文集[C];2006年

5 曲祖俊;李友初;張金常;田照軍;;積極開(kāi)發(fā)油頁(yè)巖資源,保持礦井的可持續(xù)發(fā)展——油頁(yè)巖反采技術(shù)研究與實(shí)踐[A];提高全民科學(xué)素質(zhì)、建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家——2006中國(guó)科協(xié)年會(huì)論文集（下冊(cè)）[C];2006年

6 姜鵬飛;唐勝利;;樺甸油頁(yè)巖熱解特性試驗(yàn)研究[A];中國(guó)煤炭學(xué)會(huì)鉆探工程專業(yè)委員會(huì)2017年鉆探工程學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C];2017年

7 李昭;劉麗虹;;松遼盆地北部油頁(yè)巖資源研究進(jìn)展[A];中國(guó)地質(zhì)學(xué)會(huì)2013年學(xué)術(shù)年會(huì)論文摘要匯編——S13石油天然氣、非常規(guī)能源勘探開(kāi)發(fā)理論與技術(shù)分會(huì)場(chǎng)[C];2013年

8 肖平;鹿換龍;;撫順西露天礦油頁(yè)巖工業(yè)性質(zhì)的研究與評(píng)價(jià)[A];第七次煤炭科學(xué)技術(shù)大會(huì)文集（下冊(cè)）[C];2011年

9 楊陽(yáng);孫友宏;李強(qiáng);;高壓-工頻電加熱原位裂解油頁(yè)巖的試驗(yàn)研究[A];第十七屆全國(guó)探礦工程（巖土鉆掘工程）學(xué)術(shù)交流年會(huì)論文集[C];2013年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前10條

1 記者 戴安妮 龍秋蓮;國(guó)家油頁(yè)巖開(kāi)采研發(fā)中心成立[N];中國(guó)石化報(bào);2018年

2 記者 吳昊;國(guó)家油頁(yè)巖資源調(diào)查與評(píng)價(jià)分中心正式啟動(dòng)[N];中國(guó)礦業(yè)報(bào);2019年

3 中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局油氣資源調(diào)查中心 徐銀波;油頁(yè)巖的價(jià)值[N];中國(guó)礦業(yè)報(bào);2017年

4 本報(bào)記者 欒哲 趙廣欣;喚醒沉睡的寶藏[N];吉林日?qǐng)?bào);2018年

5 王丹丹 張交東;我國(guó)提速油頁(yè)巖勘探與開(kāi)發(fā)[N];中國(guó)礦業(yè)報(bào);2018年

6 自然資源部中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局油氣資源調(diào)查中心 張家強(qiáng) 徐銀波;油頁(yè)巖原位開(kāi)采技術(shù)初探[N];中國(guó)礦業(yè)報(bào);2018年

7 本報(bào)特派記者 何琳娣 王子陽(yáng);讓油頁(yè)巖資源“活”起來(lái)[N];吉林日?qǐng)?bào);2017年

8 記者 周長(zhǎng)慶 張穎;民企眾誠(chéng)集團(tuán)扛起我國(guó)油頁(yè)巖原位開(kāi)發(fā)探索重任[N];經(jīng)濟(jì)參考報(bào);2017年

9 記者 金文革　通訊員 路孝平;提交油頁(yè)巖資源儲(chǔ)量逾150億噸[N];中國(guó)礦業(yè)報(bào);2013年

10 記者 金曉明;北票市阜礦集團(tuán)整體開(kāi)發(fā)油頁(yè)巖資源項(xiàng)目成功簽約[N];朝陽(yáng)日?qǐng)?bào);2009年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 劉志軍;溫度作用下油頁(yè)巖孔隙結(jié)構(gòu)及滲透特征演化規(guī)律研究[D];太原理工大學(xué);2018年

2 潘妮;吉木薩爾油頁(yè)巖催化熱解特性及熱解過(guò)程研究[D];武漢科技大學(xué);2018年

3 李得路;鄂爾多斯盆地南部三疊系延長(zhǎng)組長(zhǎng)7油頁(yè)巖地球化學(xué)特征及古沉積環(huán)境分析[D];長(zhǎng)安大學(xué);2018年

4 王倩;依蘭、樺甸及龍口油頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)結(jié)構(gòu)的研究[D];北京化工大學(xué);2018年

5 石劍;瀝青作為中間產(chǎn)物的油頁(yè)巖熱解特性研究[D];中國(guó)石油大學(xué)（北京）;2018年

6 蔣紹妍;我國(guó)主要油頁(yè)巖礦區(qū)微生物多樣性研究[D];東北大學(xué);2016年

7 林蘭忻;外熱式固定床中油頁(yè)巖熱解的內(nèi)構(gòu)件調(diào)控機(jī)制研究[D];中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院過(guò)程工程研究所);2017年

8 耿毅德;油頁(yè)巖地下原位壓裂—熱解物理力學(xué)特性試驗(yàn)研究[D];太原理工大學(xué);2018年

9 何里;近臨界水原位提取油頁(yè)巖內(nèi)部有機(jī)質(zhì)模擬實(shí)驗(yàn)及數(shù)值模擬研究[D];吉林大學(xué);2018年

10 姜海峰;油頁(yè)巖與生物質(zhì)菌糠熱解特性及其共熱解催化作用研究[D];吉林大學(xué);2018年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 宋坤桐;蒙古國(guó)油頁(yè)巖熱解燃燒過(guò)程中微量元素遷移特性研究[D];東北電力大學(xué);2019年

2 齊雙瑜;輔助油頁(yè)巖微波加熱的納米壓裂前置液體系研究[D];西南石油大學(xué);2018年

3 李姿;油頁(yè)巖注蒸汽原位開(kāi)采數(shù)值模擬研究[D];中國(guó)石油大學(xué)(華東);2017年

4 張坤;鄂爾多斯盆地南緣三疊系延長(zhǎng)組長(zhǎng)7油頁(yè)巖段有機(jī)質(zhì)富集特征[D];吉林大學(xué);2018年

5 王克兵;柴北緣團(tuán)魚(yú)山地區(qū)中侏羅統(tǒng)石門(mén)溝組油頁(yè)巖有機(jī)地球化學(xué)特征及成礦條件[D];吉林大學(xué);2018年

6 徐川;茂名盆地古近系油柑窩組油頁(yè)巖地球化學(xué)特征及有機(jī)質(zhì)聚集條件[D];吉林大學(xué);2018年

7 郝云峰;油頁(yè)巖廢渣細(xì)粉在水泥混凝土中的應(yīng)用研究[D];吉林大學(xué);2018年

8 王躍;煤和油頁(yè)巖共熱解特性研究[D];安徽工業(yè)大學(xué);2018年

9 楊紅霞;油頁(yè)巖粉塵著火的理論與實(shí)驗(yàn)研究[D];東北大學(xué);2015年

10 陳文希;電化學(xué)強(qiáng)化A/O-MBR處理油頁(yè)巖干餾廢水[D];東北大學(xué);2015年

本文編號(hào)：2776947