基于固体13C核磁共振技术对油砂沥青质结构的研究

采用固体13C核磁共振(13C NMR)技术对油砂沥青质的化学结构特征进行详细的研究。通过对油砂沥青质的核磁谱图分析,获得了表征油砂沥青质结构特征的12个碳结构骨架参数。根据研究分析结果,油砂沥青质中的脂碳含量达60%左右,表明其化学结构主要以脂碳结构为主。在脂碳中,亚甲基含量最多,主要出现在脂肪链中,且其脂肪链平均长度小于8个碳原子,可推断为中等长度脂链;芳香碳含量小于40%,其中质子化芳香碳含量多于非质子化芳香碳。在非质子化芳香碳中芳香桥碳含量最多,可推断芳香碳呈多环模式;羰基碳在油砂沥青质结构中所占比例极小。虽然基于获得的油砂沥青质的元素组成,可以将油砂沥青质归类到Ⅰ型干酪根,但是两者在成烃潜量和结构特征都存在较大差异,由此判断油砂沥青质并非干酪根的降解产物。     

油砂燃烧特性与动力学的分布活化能模型

采用美国Pyris1TGA热重分析仪对印度尼西亚油砂进行了燃烧特性实验,并分析了升温速率等因素对油砂燃烧反应特性的影响,求得了着火温度、燃烧稳定性判别指数和燃烧反应性能参数等值。通过数据分析,利用分布活化能模型确定了印度尼西亚油砂在整个燃烧过程中活化能随着转化率的变化关系,反应初始阶段,2种油砂的活化能在50—90 kJ/mol之间;STB与STC转化率在0.28和0.27时活化能最大,分别为226 kJ/mol和103 kJ/mol。转化率大于0.6时,STB活化能为200 kJ/mol,STC活化能为160 kJ/mol。还分析了活化能和频率因子之间的补偿效应,为油砂的有效开发与经济利用提供了理论依据。     

中心进气式油页岩干馏炉的冷态模拟优化

油页岩气体热载体干馏炉稳态运行过程中,炉内的流程分布对油页岩干馏具有显著影响。干馏段流程分布情况越均匀对油页岩的干馏越有利。本文对自行设计的某种四层布气的干馏炉干馏段进行CFD冷态模拟,并分析了该结构形式干馏炉的优缺点,对相应缺点进行了改进。结果表明:此类四层中心进气的干馏炉总体上可以提供较好的气体热载体充满度及热载体的流程分布。将入口形式改造为带十字导叶的入口形式对干馏炉内流程分布有积极影响。此种结构下炉膛局部区域存在气体充满度欠缺问题。保证整体进气量不变的前提下,在特定位置增加边壁进气配合中心进气可以较好地填补干馏段的热载体缺口。改进后的干馏炉干馏段气体热载体分布均匀情况更为理想。     

下期发表论文摘要预告

对《层状燃烧及沸腾燃烧工业锅炉热力计算标准》(JB/DQ1060-83)中沸腾炉热力计算的部分内容进行了探讨，导出了沸腾层飞灰含碳量计算式和考虑未燃煤水分蒸发的沸腾层热平衡方程，通过算例说明了修正的必要性。     

油页岩综合利用系统的能值分析

为了综合评价油页岩综合利用系统的环境可持续性,以吉林桦甸处理量为300×10⁴t/a油页岩综合利用项目为例,应用能值分析理论,构建该系统的能值评价指标体系。研究结果表明:虽然页岩油的能值转化率(Tr)要高于传统原油,但油页岩综合利用系统环境负载率(ELR)低,对环境影响小,系统可持续发展指数(ESI)较高,系统富有活力和发展潜力;与桦甸式干馏工艺相比,将锅炉灰渣用于建材,不仅能增加系统副产物,提高能值产率(EYR),还能有效地改善其他各项能值指标。     

油页岩与固体热载体在回转干馏炉内混合特性的冷态实验

实验研究了回转干馏炉内非等粒径油页岩与固体热载体颗粒群的混合行为,以回转干馏炉出口油页岩质量分数的样本变异系数作为混合指数。对2种填充率、2种抄板形式、2种倾角在5种转速的不同工况下出口的混合指数进行计算,对比分析了混合指数的变化趋势及不同影响因素的混合机理,得出20%填充率采用直角抄板在倾角为3.24°时混合度优于其它对应工况,以对流混合为主。     

印尼油砂沥青组成及化学结构分析

利用FTIR和¹³C NMR对印尼油砂沥青中的脂肪烃结构、芳香烃结构、含氧官能团以及碳骨架进行研究,并就印尼油砂样品中较高的硫含量进行XPS分析。结果表明：4个印尼油砂样品沥青中脂肪碳含量均占到了70%左右,脂肪烃主要由亚甲基构成,甲基与次甲基次之,样品中有大量的烷基侧链。FTIR无法准确分辨芳香烃部分的苯环取代结构,通过¹³C NMR发现芳香烃中质子化芳碳的含量较高,桥头芳碳与侧枝芳碳为主要非质子化芳碳,由带质子化芳碳的比例大小可以推断样品芳香环上的取代度为2～4。样品含氧官能团部分以C－O形式存在于醇和醚中,部分以羧基形式存在。样品中硫主要为有机硫,芳香族硫化物含量最高,其次为脂肪族硫化物,存在一定比例亚砜。无机硫以黄铁矿硫与硫酸盐硫形式存在,由于油砂表面被有机质包裹,无机物裸露较少,XPS没有测得硫酸盐硫,黄铁矿硫的检测值也偏低。     

回转干馏炉内挡板形状对二元颗粒运动混合的影响

根据回转干馏炉（简称回转炉）内二元颗粒混合时的涡心区的位置,提出在距离回转炉中心21 mm处设置挡板的增混方式.挡板主要依靠推送和抛洒2种作用来增强二元颗粒之间的混合.采用离散单元法,对安装不同形状挡板的回转炉内二元颗粒的运动混合进行数值模拟,研究挡板形状对二元颗粒运动混合的影响.结果表明,挡板边数越多,平均终末卸料角越大.在回转炉运行过程中,当挡板边数为2时,仅存在主体颗粒瀑布流;当挡板边数为1、3、4、∞时,主体颗粒瀑布流和悬空颗粒瀑布流共存.相比于无挡板,在回转炉中安装挡板时,不存在小颗粒集中分布的涡心区,2种颗粒交错分布,颗粒分布更加均匀.当挡板边数从0增加到2时,时均接触数指标M的提高比较明显,从0.288增加到0.424,颗粒的混合质量变好.对于2、3、4、∞边形挡板,时均接触数指标M差别较小,颗粒的混合质量差别较小.     

油页岩固体热载体综合利用系统工艺模拟

结合循环流化床锅炉构建了一套油页岩固体热载体综合利用系统,以锅炉产生的高温循环灰为油页岩干馏提供热量,并集成燃气-蒸气联合循环和常规蒸气轮机发电机组实现油-电联产。利用Aspen Plus软件对所构建的系统进行建模,结合公朗头矿区油页岩样品的物性数据,计算系统的物流参数和发电功率,并探讨了循环灰温度和油页岩干馏比例对系统的影响。结果表明,提高循环灰温度将降低系统的灰岩比,同时有利于提高系统的发电功率,但系统总发电效率会有所下降;增大油页岩干馏比例能提高页岩油的产能,系统能效呈上升趋势,同时也增加了燃气-蒸气联合循环机组的发电功率,但系统总发电功率却急剧下降。     

柳树河油页岩微波干燥特性及干燥模型

干燥预处理对油页岩的利用具有重要的意义,微波干燥是一种快速、高效和节能的干燥方式。在家用微波炉改造基础上搭建了微波干燥实验台,研究了不同微波功率对柳树河油页岩微波干燥特性的影响。并采用单项扩散模型等13个薄膜干燥模型等对微波干燥分别进行动力学分析,结果表明：微波干燥所需的时间远小于传统干燥所需的时间;微波干燥速率要远大于传统干燥干燥速率;油页岩微波干燥过程适用于双项扩散的半经验模型,油页岩微波干燥机理为湿分（液体或蒸气）双项扩散控制过程;300、400和550 W三个功率干燥时能耗相差不大。为了以较少的能耗达到相同的干燥效果,对于柳树河油页岩,以功率550 W干燥为佳。