大庆油页岩热解特性及动力学研究.pdf

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1、第34卷第1期煤炭转化Vo1．34No．12011年1月C()ALCoNVERSIONJan．2011大庆油页岩热解特性及动力学研究苗真勇¨吴国光孟献梁¨李萍。郑志磊。’摘要采用热分析方法对大庆油页岩热解特性进行研究，考察了升温速率和热解终温对油页岩热解特性的影响．结果表明，温度是影响热解的最主要因素，随着温度的升高，挥发分产率增大；随着升温速率的增大，油页岩的热解特征温度和最大热解速率都明显提高．根据热失重曲线建立了大庆油页岩热解动力学模型，采用傅立叶红外光谱分析对油页岩及热解半焦官能团变化情况进行分析，发现油页岩的主要官能团与煤接近；随着热解终温的升高，半焦含氧官能

2、团的吸收峰逐渐减弱．关键词油页岩，热解，升温速率，热解终温，动力学中图分类号FE662标准对样品进行取样、破碎和筛分，最终制成的样品0引言粒径为0mm0．2mm．表1是油页岩的工业分析石油是世界的重要能源，随着石油储量的减少及元素分析．和价格的持续升高，许多国家开始寻求替代石油的表1油页岩的工业分析和元素分析Table1Proximateandultimateanalysisofoilshale能源．我国是一个缺油少气的国家，为了减少对进口Proximateanalysis／Ultimateanalysis／，adQnet／石油的依赖，我国加快了替代能源的寻找步伐．[1

3、油MdA】FCdfCHNS(kJ·kg一)页岩又称油母页岩，是一种固体可燃矿产，由矿物质14．6935．4j59．4640．5441．473．290．490．54l4289和有机质组成，热解(干馏)可以得到碳氢比类似天然石油的页岩油，是一种比较理想的石油替代品．我国油页岩资源丰富，保守预测我国油页岩资源储量1．2设备及方法约为4000亿t，相当于160亿t页岩油．油页岩属热重实验采用NETZSCt-ISTA409C热分析于非常规油气资源，以丰富的资源、有利的特性和开仪，反应气氛为高纯氮，气流量为100mL／min；分发利用的可行性而被列为21世纪非常重要的接替析样量10

4、mg(精确至0．01mg)．能源．油页岩的热解与油页岩的热加工技术有着红外分析采用NICoLET—Nenus470型傅立叶密切的关系，是油页岩综合利用的初始阶段．油页岩变换红外光谱仪．热解特性的研究是油页岩开发利用的基础，对油页岩的后续利用和深加工有着重要指导．深入研究热2结果与讨论解特性不仅对油页岩开发利用新技术有重要的意义，还对控制环境污染有重要意义．本文从升温2．1不同升温速率下的热解特性分析速率和热解终温这两个方面对油页岩热解特性进行研究，并利用傅立叶红外分析仪测定热解残余固体为了研究升温速率对油页岩热解特性的影响，的官能团变化情况．选取了三个不同的升温速率：2

5、0℃／rain，30oC／min和4OC／rain．1实验部分第71页图1给出了大庆油页岩在不同升温速率下的热失重(TG)和微商热失重(DTG)曲线．从1．1试样制备及性质TG曲线可以明显看出，大庆油页岩的热解大致可以实验所用的油页岩和半焦来自于大庆，按国家分为以下三个不同的阶段：室温～2O0℃，以干燥脱*煤炭加工与高效洁净利用教育部重点实验室开放基金资助项目(CPEUKF08—04)．1)博士生、讲师；2)教授、博士生导师；3)硕士生，中国矿业大学化工学院，221l16江苏徐州收稿日期：201007—12；修回日期：20i0-0908第1期茁真勇等_人庆油页岩热解特性

6、及动力学研究7l水为主；200℃～600C，以解聚和分解反应为主，会由表2可以看出，随着升温速率的增大，油页岩生成和排出大量挥发物(煤气和焦油)，在420C左右的初始热解温度、失重速率峰温和最大热解速率都气体析出量最多；600℃～900℃，以缩聚反应为增大．由于油页岩热解主要是吸热反应，油页岩的导主，同时伴有矿物质的裂解．¨s在不同升温速率下，热性较差，反应的进行和产物的析出需要一定时间，TG曲线具有相似的变化趋势，即失重率随温度的随着升温速率的增加，裂解时问缩短，部分结构来不升高逐渐增大；DTG曲线的形状变化比TG曲线明及裂解，使得产物逸出向高温漂移，产生了滞后现显得

7、多，说明升温速率对热解特征温度和热失重速象．热解产物释放特性指数D不断增加，这说明随率的影响远大于对总挥发分产率的影响．着升温速率的增加，油页岩在有机质热解段的热解产物释放更加集中，着火能力增强．00i2．2不同热解终温下挥发分产率及半焦红外分析0交0在300℃～900℃之间选择8个温度作为热解0。终温，来研究不同终温下油页岩的热解挥发分产率．01002o03o0400500600700800900对不同终温下得到的半焦进行红外分析，研究热解Temperature／℃过程中官能团的变化情况．油页岩在不同温度下热图1不同升温速率F的IG／I