桦甸式油页岩气体热载体综合利用系统改造建模及分析

桦甸式油页岩气体热载体综合利用工艺是一种重要的油页岩利用方式,本文在原有综合利用系统的基础上做了部分改造,将小颗粒油页岩和半焦混合气化后再与干馏气一起送入燃气-蒸汽联合循环系统发电,同时利用燃机尾气加热循环热载体。利用Aspen Plus软件对原有及改造后的油页岩综合利用系统进行建模,并根据模拟数据对综合利用系统作进一步的能量分析和?分析。结果表明:改造后的综合利用系统总的一次能量利用效率和?效率分别达到了58.23%和60.18%,远高于原有系统,其中各主要单元的能量利用效率和?效率均高于60%;另外,提高油页岩干馏比例可以明显增加系统页岩油产量,虽然电能输出会有所降低,但总?效率会随之增长。     

油页岩低温干馏过程的Aspen Plus模拟

利用Aspen Plus系统流程模拟软件模拟油页岩的低温干馏,并按照含油率测定实验工况来设置系统流程,以探讨将Aspen Plus应用于油页岩热解领域的可行性。针对吉林地区桦甸一矿4层和二矿11层的油页岩试样进行模拟,并将所得的含油率、含水率、半焦产率、干馏气体产率及半焦中各元素含量等模拟数据与实验值进行对比分析,模拟结果与实测值间的误差均控制在合理范围之内。对比结果表明,系统流程的建模及物性参数设置是正确合理的,可为后期构建完整的油页岩综合利用系统提供参考。     

神木烟煤与桦甸油页岩的共热解特性

采用热重分析仪和固定床反应器研究了神木烟煤和桦甸油页岩的混合共热解特性及协同作用机制. 结果表明,神木煤与桦甸油页岩混合共热解的失重率高于计算值,表明二者在热解和挥发分逸出过程中存在相互作用,促进了挥发分释放,减少了半焦生成. 煤与油页岩的协同作用可增加热解油收率、降低半焦和水收率. 油页岩与煤质量比为1:1时,所得油收率最高,为9.84%,比计算值提高8.8%. 共热解有助于提高轻质油含量和收率,油页岩与煤质量比为1:4时,轻质油含量超过80%,收率约为7.5%,比计算值分别提高了8%和11.2%,表明添加少量油页岩可明显提高热解油品质. 共热解过程中油页岩产生的富氢组分及自由基能抑制煤热解产生的芳香族化合物的聚合反应,促进芳烃向产物油转化,提高热解油的收率和品质.     

升温速率对油页岩热解特性的影响

采用热分析方法,在非等温条件下对茂名和桦甸的油页岩进行了热解试验研究。研究了从常温到900℃之间不同升温速率(10,20,40,50,100℃/m in)对油页岩热分解反应的影响以及油页岩的H/C,O/C,Cdaf,Vdaf等因素与(dw/dt)m ax之间的关系。根据试验数据建立了热解动力学模型,利用积分法求得表观活化能和频率因子等动力学参数。试验结果表明,油页岩热解可分为3个阶段,其中第2阶段(200—600℃)是热解反应最激烈的区域,挥发份几乎全部析出。而第3阶段是碳酸盐热解阶段,茂名油页岩由于碳酸盐含量低,此阶段变化甚微。     

蒙脱石对油页岩干酪根热解特性的影响

选取中国桦甸、抚顺、窑街3个地区油页岩,酸洗得到各干酪根样品。应用TG-FTIR技术对不同升温速率下各干酪根与蒙脱石共热解行为进行了研究,并利用Coats-Redfem积分法对升温速率为10℃/min下的干酪根掺混样品进行热解反应动力学分析,获得了蒙脱石对干酪根热解产物析出规律的影响及热解过程的活化能(E)和指前因子(A).结果表明,随着蒙脱石掺混比例增大,桦甸和抚顺干酪根热解失重率先升高后降低;在热解过程中,440℃前干酪根与蒙脱石掺混样品的热解失重率较干酪根单独热解低,而440℃后其热解失重率较干酪根热解有所提高;蒙脱石掺混比例增大使得各干酪根热解产物中CH₃/CH₂值有所增加;有蒙脱石掺混的干酪根热解活化能相比干酪根热解活化能有所降低。表明蒙脱石对油页岩干酪根热解具有物理吸附和裂解催化两种作用,且随着热解过程的加深和蒙脱石配比的改变而不同。最后,对升温速率为10℃/min的样品进行了热解反应动力学分析,进一步探讨了蒙脱石对干酪根的热解影响机理。     

油页岩干馏气与半焦中硫的分布特性

针对桦甸油页岩和汪清油页岩样品,通过程序升温控制干馏法,考察水蒸气质量分数以及操作气速对H2S气体的释放过程的影响,并对干馏后的半焦进行各形态硫分析。结果表明:混合气氛中蒸汽对气态硫的析出具有显著的促进作用,当蒸汽质量分数为22%时,桦甸和汪清油页岩的H2S释放总量分别提高了75.63%和37.16%。同时,气体流速促进硫的析出也较为显著。蒸汽气氛促使整个反应出现2个释放高峰,并且随着蒸汽量的增加,第2个释放高峰更为明显;操作气速的增加对传质具有积极作用;相对而言,桦甸样品的分解更为剧烈,有机硫为最主要的分解部分;在蒸汽与氮气的混合气氛下硫酸盐硫几乎不分解;桦甸样品中的硫更多进入到了干馏气中,而汪清油页岩的干馏气与半焦中的硫含量非常接近,2种样品的油页岩和冷凝水中的硫含量均小于其他2项。     

油页岩半焦燃烧反应活性分析

采用美国Perk in E lm er公司生产的Pyris1 TGA热重分析仪,对桦甸油页岩半焦进行燃烧特性试验研究,得到3种不同升温速率下的油页岩半焦燃烧特性曲线,并使用平均质量反应性指数和燃烧稳定性指数对半焦反应性加以评价。油页岩半焦燃烧分燃烧快速段、过渡段和燃烧慢速段3个阶段进行。随着升温速率的提高,在燃烧快速段,表观活化能为133.901 3—100.204 2 kJ/mol;在燃烧慢速段,表观活化能为146.317 1—211.409 3 kJ/mol。利用Coats-Redfern法确定了燃烧快速段反应级数为3,而燃烧慢速段则为5.5,从而得到油页岩半焦燃烧化学反应的动力学参数,为油页岩半焦的有效开发与经济利用提供了理论依据。     

我国油页岩综合利用相关研究进展

油页岩是一种重要的能源资源,其储量巨大,是世界石油资源补充能源。本文综述了近几年油页岩相关基础研究与技术开发,分析了我国单独炼油、单独燃烧发电及灰渣综合利用的研究进展,将油页岩炼油、半焦燃烧发电、灰渣综合利用集成一体,不仅可提高油页岩综合利用效率,而且还可对环境起到保护作用。本文为油页岩综合利用相关科学研究提供参考。     

油页岩热解特性的研究

为了能够高效利用油页岩资源,本文对油页岩的热解特性进行了全面深入的理论与试验研究,为再次振兴油页岩产业,提供有力的理论依据。在TG—DTA、TG—DSC联机分析仪上进行桦甸油页岩的热解特性的研究,得到了在升温速率为20℃/min时,颗粒粒度分别为≤0.3 mm;0.3～0.6 mm;0.6～1 mm;1～3 mm的油页岩的热解TG、DTG以及DTA曲线。结果表明,油页岩的热解是分两步进行的,油页岩在低温段的热解,随着颗粒粒度的减小,油页岩的热解特性趋好。通过各项数据分析,得到了油页岩在不同阶段的热解反应动力学参数。     

温度对油页岩快速热解特性的影响

采用喷动载流床快速热解装置,研究桦甸大城子4层油页岩的低温快速热解特性.采用改变气速的方法使不同热解温度下气体的停留时间一致,探讨不同热解温度对油页岩热解的气、液、固三相产物的产率、组成以及三者之间相互关系的影响,确定了在以获得液体燃料为主要目的时,530℃为桦甸大城子4层油页岩低温快速热解的最适宜温度.     

Emergy evaluation of aromatics production from methanol and naphtha

Aromatics are traditionally produced by the catalytic reforming of naphtha. However, with the demand of aromatics increasing and the reserves of petroleum resources declining, measures should be made to reduce the dependence of aromatics production on petroleum resources. Methanol-to-aromatics is proved to be an effective way to replace traditional naphtha-to-aromatics path. In order to compare the economic and environmental performance of aromatics production from naphtha and methanol, this paper carries out an emergy evaluation for each system by sorting out the simulation and literature data. Based on the emergy data collected, the emergy indices of each system are calculated. The results show that the sustainabilities of methanol-to-aromatics systems are higher than that of the naphtha-to-aromatics system, indicating the advantages of aromatics production from methanol. Among the methanol-to-aromatics systems, the aromatics from biomass-methanol system has the highest sustainability, indicating that the biomass based methanol-to-aromatics system is worth promoting. The sustainability indexes of methanol-to-aromatics systems based on coal and coke oven gas are less than 1, which means unsustainable. Meanwhile, the sustainability of natural gas based system is slightly higher than 1. The economic and environmental benefits of these systems can be optimized by improving resource utilization and reducing investment costs. Furthermore, the combination of different raw materials for methanol production should be considered.     

干馏温度对油页岩半焦着火的影响

基于石油价格的增长和环保要求的日益提高,提出了油页岩资源的炼油、发电、供热、建材的综合利用方案,其中油页岩半焦干馏温度是该方案的一个关键参数。采用热分析方法研究干馏温度对半焦着火方式影响的实验,结果表明:随着干馏温度的升高,油页岩半焦的着火方式将由均相着火转变为多相着火;干馏温度500℃不仅有利于炼制页岩油,从燃烧角度来说,该温度所制取的半焦着火温度低且着火方式为均相着火,因此也有利于锅炉的燃烧。     

油页岩开发利用技术及系统集成的研究进展

油页岩作为一种非常规能源,储量巨大,是最具潜力的石油替代资源之一。将油页岩干馏炼油、半焦燃烧发电、页岩油气提质、灰渣生产建材和化工品等工艺技术进行集成,可提升能效、改善经济效益,符合我国能源发展战略需求,具有广阔应用前景。本文专题论述在油页岩开发利用过程中主要关键单元技术,系统集成技术的现状及研究进展。为深入研究和高效环保开发利用油页岩资源提供理论和技术基础。     

煤系共伴生油页岩热解残渣利用技术

油页岩残渣是油页岩热解过程中排放的固体废物,约占油页岩的80%~90%。中国油页岩残渣利用率较低,残渣堆积量日益增多,后续问题十分突出。煤系油页岩残渣的资源化利用成为油页岩热解提油产业发展的瓶颈。介绍了油页岩热解加工利用现状及其残渣在废水处理和废气吸附方面的应用,分析了当前页岩热解残渣利用过程中存在利用方式单一的问题,并结合油页岩热解残渣结构和组成的特殊性,提出了油页岩残渣用作环保材料如吸附剂的发展方向。     

煤矸石的综合利用

分析了煤矸石对生态环境的影响,介绍了煤矸石的综合利用主要途径:生产建材原料、生产化工产品、农业应用、供热发电等,并提出了综合利用中存在的问题,指出了我国煤矸石综合利用的发展方向。     

油页岩综合利用过程建模与技术经济分析

面对能源资源日益短缺的局势,油页岩的开发与利用日益得到各界的重视。目前油页岩以干馏炼油为主,很少有对油页岩综合利用过程进行技术经济分析的研究。本文建立油页岩综合利用过程各基础过程的单元模型,对物流和能量流展开流程模拟和技术经济分析。结果表明,过程技术性能与能效较合理区域为：干馏温度525℃,空气与水蒸气之比为1.13。与单纯炼油过程相比,综合利用过程的投资利润率从13%提升到16%,投资回收期从7.5年缩减到6.3年。     

不同原料制甲醇的能值分析与比较

采用能值分析方法对天然气制甲醇、水煤浆制甲醇、焦炉气制甲醇、黄磷尾气制甲醇和乙炔尾气制甲醇进行了分析与比较。结果表明：水煤浆制甲醇工艺环境负荷率低,能值产出率适中,能值投资率高,可持续发展指数适中,而且所产甲醇能值置换比也较低,因此该工艺优于另外4种工艺。阐述了在石油、天然气供需矛盾日益紧张的今天,我国应充分利用储量丰富的煤炭资源,大力发展水煤浆制甲醇工艺,以满足经济社会高速发展对甲醇的需求。     

世界油页岩资源的开发利用现状

油页岩是一种非常规能源,世界储量巨大,作为石油的补充能源,开发前景广阔.油页岩在隔绝空气条件下加热至500℃左右,会热解生成页岩油,经加工处理后可以制得汽油、柴油等油品.油页岩也可直接燃烧,产生蒸气、发电,目前利用油页岩燃烧发电的国家有爱沙尼亚、中国、德国等.本文介绍了世界主要油页岩国家的油页岩储量和加工利用情况,目前世界上利用油页岩干馏制取页岩油的国家主要有3个,中国(产量80万吨)、爱沙尼亚(产量50万吨)和巴西(18万吨),其他国家略有生产.中国页岩油产量一直居世界首位,目前有将近10座油页岩干馏厂投入运行,其中抚顺矿业集团年产页岩油35万吨,全国居首,该公司引进的日处理颗粒油页岩量6000t的ATP干馏工艺,目前已经在调试中阶段性运转,并逐渐延长连续运转时间,山东龙口等其他地方的油页岩加工利用也取得很大进展.美国目前没有进行油页岩干馏炼制页岩油的工业化生产,但有多所大学、公司和研究所已经对油页岩进行了长期的地上和地下干馏工艺的研究和开发.文中还介绍了国内外油页岩干馏的3种主要炉型,分别为块状页岩气体热载体干馏炉、颗粒页岩固体热载体干馏炉和粉末页岩流化干馏炉,并对比了不同国家的干馏炉型的优缺点.     

生物燃料热力学分析方法研究进展

介绍了基于净能量、有效能和能值的三种热力学分析方法的基本原理和方法评价,以及对玉米燃料乙醇等生物燃料的能量效益、环境效益和可持续性等复杂问题分析的应用进展,最后指出从热力学角度评价以玉米燃料乙醇为代表的生物燃料的综合效益所面临的挑战。