油页岩的~(13)C-NMR特征及FLASHCHAIN热解模拟研究

采用固体13C-NMR核磁共振技术表征了甘肃窑街矿区油页岩的碳骨架结构,分析并计算了油母质团簇化学结构参数,包括团簇平均碳原子数、芳碳原子数、脂碳原子数及芳环数。在热重红外分析仪(TG-FTIR)上进行了油页岩的热解实验,得到了热解产物的生成规律。结合样品的团簇化学结构参数,采用基于油页岩结构的FLASHCHAIN模型模拟其热解产物的生成过程;模拟结果与TG-FITR实验数据符合较好,印证了模型预测的合理性。     

基于Khimera软件的Se和Sn氧化动力学参数计算

反应速率常数和指前因子、活化能等动力学参数的准确性是研究痕量元素动力学模型的关键,在Se和Sn氧化过程的反应机理研究基础上,借助于量化软件Gaussview和Gaussian及动力学软件Khimera,采用量子化学从头计算理论对Se和Sn氧化过程进行研究,最终得到了在200~2000K温度区间内的反应速率k随温度T变化的关系,进一步计算了Arrhenius参数,得出了活化能随温度变化的关系,弥补了以往只能计算单个温度点的化学反应速率值的不足,为深入研究煤燃烧过程中Se和Sn的生成与排放的动力学模型提供了依据。     

基于 KHIMERA 的Se和Sn氧化动力学参数计算

反应速率常数和指前因子、活化能等动力学参数的准确性是研究痕量元素动力学模型的关键,在Se和Sn氧化过程的反应机理研究基础上,借助于量化软件Gaussview和Gaussian及动力学软件Khimera,采用量子化学从头计算理论对Se和Sn氧化过程进行研究,最终得到了在200~2000K温度区间内的反应速率k随温度T变化的关系,进一步计算了Arrhenius参数,得出了活化能随温度变化的关系,弥补了以往只能计算单个温度点的化学反应速率值的不足,为深入研究煤燃烧过程中Se和Sn的生成与排放的动力学模型提供了依据。     

油页岩中几种微量元素在干馏过程的形态变迁

以桦甸油页岩为研究对象,采用逐级提取实验,考察了不同升温速率及干馏终温对其内部赋存的Cr、Co、Pb、Cu、V五种微量元素的形态变迁特性的影响。结果发现,各元素均在2.5℃/min和20℃/min升温速率下表现出了较大的迁移率,且干馏终温升高更有利于元素的迁移;低升温速率和高干馏终温更能促进元素大部分形态的迁移,但硫化物结合态的迁移在高升温速率和高干馏终温则更为有利;元素不同形态的迁移总会有一部分向有机物结合态转变。     

油页岩气体热载体干馏炉内布气均匀性的冷态试验

为研发新型油页岩气体热载体干馏炉布气方式,自主设计并搭建了干馏炉的干馏段的冷态试验台。对不同料层厚度和不同布气方式下的炉内速度分布和料层阻力进行了试验研究。试验结果表明:炉内流速分布情况为中心流速最小,边壁处流速最大;且中心向边壁流速先增大后减小再增大。与进气管方向相同的布气管周边的速度最大,其次是四周与进气方向垂直和成45°夹角的布气管,与进气管方向相反的布气管周边速度最小;满料时四层布气比两层布气时速度分布更加均匀。炉内中心处料层阻力最小,边壁处阻力最大;且沿半径方向先增大后减小再增大。布气管顺序排列比交叉排列时炉内料层阻力大。     

预脱蜡对油页岩干馏炼油的影响

以吉林桦甸油页岩为研究对象。通过用有机溶剂单级萃取的方法在油页岩干馏前脱蜡。脱蜡后的油页岩样在试验初温20℃,试验终温520℃,升温速率10℃/min,终温停留时间30 min,进行油页岩干馏试验研究。为了研究脱蜡对页岩油品质的影响规律,对桦甸页岩油性质进行了测试,包括馏程、元素分析等,并进行深入分析。研究结果表明,脱蜡对页岩油的各项品质是有一定影响的,油页岩干馏前脱蜡对油页岩含油率影响不大且用苯溶剂萃取后的油页岩还比未萃取的页岩含油率略高;而且脱蜡能提升页岩油中的轻馏分组分。通过元素分析的数据变化也可以看出预脱蜡有利于提高页岩油的质量。     

油页岩热解过程中铅的挥发性研究

油页岩是矿物机体中含有固体可燃有机质的细粒沉积岩,含油率为3.5%～30%,灰分的质量分数大于40%,属于腐泥类煤,由水生物等浮游植物、低等浮游动物经腐败作用和煤化作用而生成[1],油页岩中含有重金属元素及其化合物.国内外根据各元素热力行为的不同,将痕量元素分为三类,易挥发性元素、中等挥发性元素、低挥发性元素.     

盐酸酸洗对油页岩小分子溶出行为的影响

以广东茂名和辽宁抚顺油页岩为样品,对其进行盐酸酸洗,利用两种溶剂二氯甲烷和四氢呋喃对酸洗前后的油页岩进行索氏萃取,并利用GC/MS对萃取液进行分析,得出两种溶剂在酸洗前后萃取到的物质种类。研究油页岩在有机溶剂萃取条件下,小分子化合物的溶出规律。结果表明,酸洗更有利于油页岩中的小分子溶出,可以提高萃取率。酸洗对于萃取物组分中的烷烃化合物组分影响较小而对含氧小分子化合物组分影响相对较大。对比同一样品酸洗前后的萃取液,一些重复出现的物质的相对含量或检出物的个数发生了变化。二氯甲烷的溶出物主要是烷烃,四氢呋喃的溶出物主要是含氧小分子化合物。     

油页岩热解过程矿物质行为分析

采用XRD、SEM、灰成分测定等方法对桦甸两个矿区的油页岩样品以及制备的半焦样品矿物质组成进行了分析,确认其主要成分均为,石英、方解石和黏土矿物。而半焦中矿物组成反映了油页岩中矿物质在热解中的变化。研究表明,在热解过程中油页岩中矿物质变化细微,其中,石英、长石没有变化;方解石有微量分解,生成的固体产物CaO与黄铁矿分解的硫反应生成CaS矿物;黏土矿物质受热脱除羟基,放出大量水分,同时分解产生的无定形玻璃体氧化硅与其他金属形成低熔点的共融物,导致部分半焦样品颗粒表面出现熔融态囊状结构。     

油页岩飞灰对重金属离子的吸附动力学及热力学

采用批式振荡吸附法研究了燃油页岩电厂循环流化床锅炉飞灰对重金属离子Pb²+、Cu²+、Zn²+、Cd²+的吸附动力学及吸附热力学特性,并提出了吸附机理。结果表明,油页岩飞灰对Pb²+、Cu²+、Zn²+、Cd²+的吸附平衡数据符合Langmuir和Freundlich吸附等温方程,但Freundlich方程能够更好地描述吸附等温线。在油页岩飞灰对重金属离子吸附的初始阶段,拉格朗日准一级动力学方程、准二级动力学方程、Elovich方程、粒子内扩散模型均能很好地反映吸附模式,而整个吸附过程则遵循二级反应动力学方程,其吸附过程是液膜扩散和粒子内扩散共同作用的结果。油页岩飞灰对Pb²+、Cu²+、Zn²+、Cd²+的吸附是吸热反应。