循环流化床油页岩半焦燃烧优化运行技术分析

针对目前油页岩生产页岩油时生成的副产物半焦难以处理的问题,在3.3 MWth循环流化床中试实验装置上分别进行油页岩、油页岩和半焦混合、半焦的燃烧实验研究.考察给料粒度、二次风份额和一二次风温对炉膛温度分布、污染物排放浓度、底渣与飞灰含碳量的影响.研究结果表明:油页岩和半焦混烧时,随着半焦的混烧比例增加,炉膛内温度整体下...     

油页岩半焦与玉米秸秆混合燃烧特性研究

在空气气氛下利用TGA/DSC1型同步热分析仪进行了桦甸油页岩半焦与玉米秸秆的混烧实验。研究了升温速率和质量比对燃烧特性参数的影响;并与单一油页岩半焦的燃烧特性进行比较。结果表明:混合样品的挥发分初析温度和着火温度远低于油页岩半焦,但略高于玉米秸秆;随着升温速率的提高,混合样品挥发分初析温度和着火温度逐渐提高。升温速率一定时,随着玉米秸秆质量比增大,燃烧过程呈现向低温区迁移的趋势;并且低温段曲线峰值高,挥发分释放剧烈,改善了混合物燃烧特性。玉米秸秆质量比大于10%时,混合样品的各项燃烧特性指标也增大。采用相互影响指数RMS和MR值评价混烧过程的相互影响,研究表明相互影响作用主要发生在第二、第三和第四阶段,第二、第三阶段为有利影响,第四阶段为不利影响。当半焦与玉米秸秆质量比为7:3时,其相互影响最大且均为有利影响。应用KAS模型,分析了混合物燃烧动力学,结果表明,随着反应进行,活化能总体呈上升趋势,与TG-DTG曲线变化规律一致。研究结果可以为油页岩半焦与玉米秸秆的高效燃烧提供参考。     

油页岩半焦燃烧过程中官能团演化特性研究

对汪清油页岩半焦、龙口油页岩半焦、窑街油页岩半焦在空气气氛下,进行管式炉燃烧试验;分别制备不同燃烧终温(400~900℃)的灰样;然后,用傅里叶变换红外(Fourier transform infrared,FTIR)光谱仪进行样品测量官能团的测定,通过FTIR的分峰拟合处理,对试样进行定性及半定量的分析。结果表明:WQSC、LKSC、YJSC三种半焦的红外谱图结构相似,部分吸收峰的峰强度存在差异,且羟基区的振动吸收很弱,半焦中不存在明显的羧基振动吸收。随着燃烧的进行,羟基吸收逐渐消失,酚、醇、醚、酯的C-O键相对含量增加,羰基含量呈波动变化;同时在燃烧过程中芳香骨架振动逐渐减弱,脂肪烃也随不断氧化而减少。     

石长沟油页岩及其热解半焦特性研究

为分析石长沟油页岩和其半焦热解特性以及为半焦的有效利用提供理论基础,利用元素分析、X射线光电子能谱(X-ray photoelectron spectroscopy, XPS)分析、N₂等温吸附/脱附法和扫描电镜(scanning electron microscopy, SEM)对石长沟矿区油页岩及不同热解条件下生成的半焦进行特性研究。元素分析表明,油页岩中C、H元素含量分别为11.48%、1.68%,N、S元素的含量相对较少,随热解的进行,C、H元素含量下降明显,S元素含量有所升高,N元素含量略有降低;XPS分析表明,油页岩中的氮以氧化型氮和吡咯型氮、硫以无机硫酸盐硫为主要存在形式,半焦中氮以吡咯型氮为主,有机硫化物硫随热解的进行析出;氮气等温吸附脱附实验分析表明,半焦孔隙分形维数和表面分形维数在2.5～2.8;扫描电镜结果表明,油页岩表面有机质部分多为光滑条状或块状结构,无机盐形成明显的层状结构,有机质结构热解后会形成较深圆孔隙。     

油页岩热解过程中的热破碎特性

在小型干馏装置中进行油页岩热解破碎特性实验,考察升温速率、热解终温、恒温时间对油页岩热破碎的影响。结果表明:提高升温速率、热解终温和延长恒温时间,均在不同程度上促进油页岩的热破碎。升温速率的影响主要体现在10℃/min之下,热解终温的影响主要体现在520℃以上,而恒温时间的影响主要是在2 h之前。经灰色关联计算,结果表明:热解终温对油页岩破碎产生的影响最大,升温速率次之,恒温时间最小。     

煤燃烧过程中的热应力破碎的研究

从理论上分析了煤燃烧过程中热应力破碎的特性．结果表明煤颗粒的抗压强度越小、煤的热传导系数越小、颗粒越大、炉膛内的温度越高、烟气对颗粒的传热性能越好,煤颗粒越容易或越早破碎．对于小颗粒的情况,尽管颗粒内部的温度梯度很小,但是由于温度的瞬时巨大的变化,在极短的时间内颗粒内部还是产生很大的应力,使得颗粒可能发生破碎。     

油页岩与半焦混合气化发电系统模拟分析

基于Aspen Plus平台,对气体热载体工艺中不能利用的小颗粒油页岩与半焦混合气化发电过程进行模拟;并对模拟结果进行能量平衡和平衡计算,考察了空气当量比、汽固比和气化剂对气化性能和系统效率的影响。结果表明,使用空气作为气化剂时,设置空气当量比为0.302,汽固比为0.006 7,可以达到最佳的气化效果,所生成的合成气低位热值为6.12 MJ/Nm~3,冷气化效率为66.13%,此时系统的一次能源利用效率达到39.02%,效率也达到42.64%;另外,当使用氧气作为气化剂时,虽然冷气化效率有所提高,但系统总率会有一定程度降低。     

沙柳半焦与煤共燃烧特性及动力学研究

在空气气氛下利用热重微差分析天平对沙柳半焦与煤单独和混合时的燃烧特性进行研究。结果表明：沙柳半焦和煤单独燃烧的热重曲线相似,将沙柳半焦与煤进行混合后,可以改善煤的燃烧特性,而且随着沙柳在煤中占比的不断增加,相比于单煤,沙柳半焦与煤混合燃烧的着火温度、燃尽温度表现出一致的减少,沙柳半焦与煤混合的实际转化率远远大于其相应的理论转化率,表明沙柳半焦对煤的燃烧起到明显的促进作用;通过Coast-Redfern积分法对沙柳半焦和煤单独燃烧和混合燃烧时所得热力学数据进行拟合,其符合一级反应动力学模型,当煤中掺和沙柳半焦后,两者共燃烧的活化能与频率因子均明显降低,且随着沙柳掺和比例的增加,混合燃烧的活化能及指前因子进一步减少,进一步说明沙柳的加入对煤的燃烧过程产生了明显的促进作用。     

龙口油页岩热解特性及动力学研究

利用热天平对龙口油页岩进行了热解实验,考察了不同升温速度对热解特性的影响;利用Friedman法和平行一级反应模型对热失重数据进行了数学处理,得到了有关的动力学参数,并对油页岩的热解机理进行了初步的探讨。结果表明,在转化率为5%~95%时,活化能的变化范围为100~200 kJ.mol-1,而且活化能与频率因子的对数呈线性关系。低能级和高能级的反应所占比例较小,主要反应集中在活化能为125~250 kJ.mol-1内。Friedman法和平行一级反应模型能够合理地描述油页岩的热解过程。     

龙口油页岩热解特性及动力学研究

利用热天平对龙口油页岩进行了热解实验,考察了不同升温速度对热解特性的影响;利用Friedman法和平行一级反应模型对热失重数据进行了数学处理,得到了有关的动力学参数,并对油页岩的热解机理进行了初步的探讨.结果表明,在转化率为5%～95%时,活化能的变化范围为100～200 kJ·mol-1,而且活化能与频率因子的对数呈线性关系.低能级和高能级的反应所占比例较小,主要反应集中在活化能为125～250 kJ·mol-1内.Friedman法和平行一级反应模型能够合理地描述油页岩的热解过程.     

油页岩气体热载体干馏炉炉内流动特性

对一台1 t/d油页岩气体热载体干馏炉炉内流场特性进行了数值模拟。基于计算流体力学的理论方法,采用以Ergun方程基础上建立的多孔介质模型、湍流模型进行研究。将模拟结果与前人研究成果进行对比分析,结果表明,采用添加阻力源项的多孔介质模型、RNG k-ε湍流模型等封闭模型能够较好的模拟炉内流场分布特性,并在原有结构基础上进行优化,增设同轴及偏心轴撞击流布气方式。在本文提出的布气方式下,无论采用同轴亦或是偏心轴布置,均能形成良好的速度场及压力场,提高干馏段气体混合程度,拓宽布气范围,增加气体与固体颗粒之间的接触面积和时间,强化换热进而确保干馏效果。模拟结果可为开发大容量气体热载体干馏炉及优化设计提供理论依据。     

干馏后油页岩渗透规律的实验研究

介绍了干馏后油页岩在三轴应力下的渗透实验,揭示了干馏后油页岩的渗透规律,通过多元回归分析得到了干馏后油页岩的渗透系数与体积应力、孔隙压的关系式,表明了它的渗透系数与体积应力、孔隙压呈指数关系。并经过分析可知,若其埋藏深度较浅,可以通过增加孔隙压来改善它的渗透性;若其埋藏深度较深,则可以通过采取适当的措施,提高其渗透系数。这一结论对油页岩的原位开发与利用具有重要参考价值。     

低熟页岩油高温开采井筒完整性

低熟页岩油是21世纪非常重要的接替能源,低熟页岩油的开采需对地层持续加热,当地层温度升至400℃左右才能裂解产生油气物质,而在长期高温加热情况下会造成完井管串变形损伤、水泥环密封失效等情况,导致井筒完整性失效,影响油气资源安全高效开发.为此,利用有限元分析软件建立了低熟页岩油井筒组合体密封完整性模型,结合水泥石强度试验,开展了高温开采井筒完整性研究.研究结果表明,提高加热器温度及注气压力可有效提高地层加热效果;当水泥石温度大于175℃时,水泥环失效,套管屈服强度降低,采用热应力补偿器可消除套管热应力,确保低熟页岩开采井筒安全环保生产.     

油砂及其热解半焦的燃烧研究

通过X-射线衍射(XRD)对油砂、其热解半焦以及两者燃烧灰样的物相进行了分析,利用氮气等温吸脱附研究了灰样表明特性,采用热重分析法对比了油砂和半焦的燃烧特性,并借助平行反应模型进行了动力学分析。结果表明油砂和热解半焦中所含矿物质主要为方解石,其分解温度主要在873-973 K内。灰样的分形维数D、孔容积和BET比表面积随燃烧温度变化的趋势相近。TG-DTG曲线表明油砂在低温段有明显的燃烧失重趋势,而焦炭不明显,但两者在高温段的失重过程相似,同时油砂着火及燃烧性能比半焦高。平行反应模型可以很好地描述油砂及半焦的燃烧过程,两者动力学模型有一定相似性;半焦燃烧的平均表观活化能Em比油砂高,反应活性较低。     

中国油页岩原位开采可行性初探

中国油页岩资源量为11 602×108 t,其中埋藏深度在500～1 500 m 的油页岩资源量为6 813×108 t,原位开采技
术是开发该部分资源的有效手段。中国油页岩原位开采技术处于实验阶段,通过对油页岩热分解、热破裂规律、渗透
变化规律等方面的研究,初步探索了油页岩原位开采的可行性。油页岩热分解过程可以分为3 个阶段：干燥脱水、热
解生油、无机矿物质的分解。在这3 个阶段中,由于油页岩内部物理化学反应的程度不同,导致孔隙和裂缝发生了不
同程度的变化,变化最大的是热解生油阶段。利用非稳态数学模型研究了油页岩电加热原位开采的温度场分布,表明
加热5 a 后可以对页岩油进行开采,产油时间至少可以维持2 a。     

胜利油田含油污泥的燃烧特性分析

依据胜利油田含油污泥的自身性质,以含油污泥的热重试验为基础,对比分析了含油污泥燃烧与热解的热重曲线,采用热重-微商热重(TG-DTG)法确定了不同升温速率条件下的着火温度和燃尽温度,利用Coats-Redfern积分法求解含油污泥的指前因子和表观活化能,并进一步分析升温速率对含油污泥燃烧特性的影响.结果表明:随着升温速率增加,燃烧速率、着火温度和燃尽温度不断提高,含油污泥的指前因子和表观活化能有所增大.     

沙砾油层的着火与燃烧特性

通过实验和有关分析研究了火烧油层采油技术中所涉及的多孔介质油层着火与燃烧特性．在进行火烧油层实验的基础上，测得了油层中7个测点的温度变化，利用红外CCD拍摄了4个顺序时刻的辐射图像．结果表明，散热条件及油层的透气性等条件影响了油层的着火和燃烧区域的走向，燃烧区域向保温条件好和透气条件好的方向移动，油层的着火特性与点火器的功率有直接的关系，提高燃烧器功率可以促进着火的成功率．对实验测得的燃烧温度做Hurst指数分析，得出油层燃烧的分数维近似为1，结果表明油层的燃烧不同于流化床燃烧等常规的火焰燃烧，燃烧的紊乱程度明显低于常规的燃烧，其热量传递方式主要以辐射和导热为主，对流作用很少，提高燃烧温度对燃烧的稳定和平稳推进影响很大．