美国绿河油页岩中沥青热解特征及动力学

沥青是油页岩中的重要有机质,也是油页岩中油母质热解产油和气过程的重要中间产物,对其热解研究有利于加深油页岩/油母质热解理解。通过索氏萃取提取出了绿河油页岩中的沥青,并对其进行了不同升温速率下热解实验。基于热重(TGA)数据,使用Friedman法计算了沥青热解的活化能,并通过活化能分布特征,推测沥青热解可能包含三个过程。接着,使用双高斯函数对含有交叠峰的DTG曲线进行反褶积处理,分解成三个峰,依次对应每一个过程。使用最小二乘法获得了这三个过程的活化能、指前因子和反应模型通式,并将获得的通式与四类固态物质热解模型中的11种理想模型进行对比,辨识出上述三个过程均遵循n级反应模型。     

窑街油页岩热解动力学研究

利用差热分析仪对窑街油页岩进行不同恒速升温速率的热解实验,考察升温速率对热解的影响,随着升温速率加快,失重曲线和最大热解速率向高温区。建立Friedman动力学模型对热解数据进行了数学处理,得到了活化能的变化范围为120～190kJ·mol^-1,而且活化能E与频率因子A的对数呈良好的线性关系,对认识油页岩干酪根的热解机理和化学结构提供重要信息。     

大庆油页岩热解特性及动力学研究

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,半焦含氧官能团的吸收峰逐渐减弱.     

石长沟油页岩的热解特性及动力学

通过热重、元素和XRD分析,研究了新疆吉木萨尔县石长沟矿区油页岩在不同升温速率下的热解特性及热解机理. 结果表明,油页岩中有机质热解生成页岩油和热解煤气的反应主要集中在300~550℃;升温速率从3℃/min增至15℃/min,热解反应向高温区移动,有机质完全热解温度从530℃升至575℃. 油页岩有机质的热解动力学分析显示,升温速率从3℃/min增至15℃/min,直接Arrhenius法计算的有机质热解活化能从243.52 kJ/mol增至257.32 kJ/mol;反应转化率从0.02增至0.97,Friedman法计算的活化能从96.39 kJ/mol增至292.84 kJ/mol.     

甘肃油页岩红外光谱分析及热解特性

基于热重分析仪（TG）、傅里叶变换红外光谱分析仪（FTIR）和质谱分析仪（MS）三机联用对甘肃油页岩进行光谱和热解实验。通过分析光谱谱图,得到了样品中的化学成分和化学结构的相关信息。结果表明,其化学结构的特征在于相对较高量的脂肪族基团。在TG/FTIR/MS三联机上研究了甘肃油页岩的热解特性,实验结果表明：整个热解过程主要有两个阶段,即低温段和高温段。大部分的热解行为发生在低温段（400～600℃）,此阶段里油页岩的失重量占总失重量的70%,可挥发物质迅速热解,热解产生的气体有H2、H2O、CO2、CH4、CO、轻质烃等。而在高温段（600～850℃）的热解气体产率很小,失重量只占总重量的2.167%。这个阶段主要是含碳酸盐的矿物质分解而产生一定量的气体。本文主要研究两个热解阶段产生的气体。对产生气体的种类、时间和产生机理进行了研究,并得出热解的化学反应动力学参数。     

油页岩颗粒的热解模型

以实验为依据,分析了油页岩的热解机理及特性,并充分考虑了油页岩中挥发分在整个热解过程的作用,在此基础上建立了与油页岩固有热解特性相适应的热解模型。在能量方程中考虑了油页岩挥发分的热解反应吸热量及其挥发分的释放对油页岩固体颗粒质量的影响,并根据油页岩的热解特性,采用分阶段模型来描述油页岩的热解过程,以减小一步本征动力学方程带来的较大误差,还对模型进行了实验验证。     

油页岩热解的FG-DVC模型

为研究油页岩结构与热解反应性之间的关系,在TG-FTIR分析仪上对甘肃油页岩在不同升温速率条件下(5、20、50℃·min-1)进行了热解实验研究,对CH4、CO、CO2、H2O和页岩油进行了定量分析,并采用非线性最小二乘拟合方法求解各组分析出的动力学参数,同时采用基于燃料化学结构的FG-DVC模型对各组分的析出过程进行了模拟。结果表明:油页岩的脱挥发分过程主要发生在200~600℃之间;油页岩中有机质所含官能团以脂肪烃为主;由于各官能团活性不同,导致气态产物的析出有先后顺序;由非线性最小二乘拟合方法获得的各种产物析出的活化能E分布在188~239 kJ·mol-1之间,而指前因子A在109~1013 s-1之间;各产物的FG-DVC模拟结果与实验数据较为相符,这说明用FG-DVC模型来描述甘肃油页岩的热解脱挥发分过程是比较合适的。     

油页岩热解的FG-DVC模型

为研究油页岩结构与热解反应性之间的关系,在TG-FTIR分析仪上对甘肃油页岩在不同升温速率条件下（5、20、50℃·min^-1）进行了热解实验研究,对CH₄、CO、CO₂、H₂O和页岩油进行了定量分析,并采用非线性最小二乘拟合方法求解各组分析出的动力学参数,同时采用基于燃料化学结构的FG-DVC模型对各组分的析出过程进行了模拟。结果表明：油页岩的脱挥发分过程主要发生在200～600℃之间;油页岩中有机质所含官能团以脂肪烃为主;由于各官能团活性不同,导致气态产物的析出有先后顺序;由非线性最小二乘拟合方法获得的各种产物析出的活化能E分布在188～239 kJ·mol^-1之间,而指前因子A在10⁹～10¹³ s^-1之间;各产物的FG-DVC模拟结果与实验数据较为相符,这说明用FG-DVC模型来描述甘肃油页岩的热解脱挥发分过程是比较合适的。     

抚顺油页岩/聚乙烯热解动力学机理研究

利用热重分析(TGA)技术研究了抚顺油页岩、聚乙烯(PE)及其混合的热解反应过程。结果表明:油页岩和PE混合物共热解过程中,共热解残渣量比油页岩单独热解减少了1.17%,对最大速率热解温度,共热解温度比油页岩单独热解温度低5℃。采用Coats-Redfern和Criado法对油页岩、PE及其混合物热解数据进行处理,从15种常用的固相反应机制函数中遴选出最优解,建立动力学模型。结果表明:油页岩的热解遵循表观一、二级化学反应模型(F1、F2);PE热解过程为扩散模型(D4);而其混合物的热解机理遵循动力学模型F1。混合物共热解活化能均远远小于油页岩或PE单独热解的活化能,共热解期间存在较大的协同效应。     

沥青热解模型

沥青是制备炭材料的重要前驱体之一,深入理解其炭化行为有助于控制炭产品性能。采用峰值分离的方法对沥青的DTG曲线进行分解,得到3个部分交叠的温度区间,用三阶段连续伪组分反应动力学模型拟合发现,3个阶段均是一级反应。并对2.5 K/m in至10 K/m in加热速率下的热质量损失曲线进行计算,结果与实验数据吻合良好。对炭化过程中挥发分形成的气泡的生长动力学进行理论计算,结果表明,气泡的直径随温度升高单调增加,沥青的热解质量损失率是气泡生长的控制因素。相同热解温度下,气泡外围的液体径向速度随加热速率的增加而成倍增加,因此加热速率应该遵循"两头快,中间慢"的原则。     

Pyrolysis kinetics for Green River oil shale from the saline zone

The nature of the organic and mineral reactions during the pyrolysis of Saline-zone Colorado oil shale containing large amounts of nahcolite and dawsonite has been determined. Results reported include a material-balanced Fischer assay and measurements of gas evolution rate of CH₄, C₂H_x, H₂, CO and CO₂, Stoichiometry and kinetics of the organic pyrolysis reactions are similar to oil shale from the Mahogany zone. X-ray diffraction and thermogravimetric analysis results are used to help determine the characteristics of the mineral reactions. Kinetic expressions are reported for dawsonite decomposition, and it is demonstrated that the temperature of dolomite decomposition is substantially lower than for Mahogany-zone shale because of the presence of the sodium minerals.     

油页岩热解特性及其甲烷释放规律研究

为研究油页岩热解特性及热解过程中甲烷的释放规律,采用热重-傅里叶变换红外光谱（TG-FTIR）对龙口（LK）、内蒙（NM）、汪清（WQ）三个地区的典型油页岩进行热解实验,并结合固相红外（FTIR）对油页岩的官能团结构进行分析。研究结果表明,油页岩热解过程可分为四个阶段,热解反应及挥发分释放主要发生在第二阶段（400～600℃）。甲烷的析出与油页岩结构中的脂肪烃（光谱范围3000～2800 cm^-1）密切相关,脂肪烃含量越多,热解过程中释放的甲烷越多。通过对甲烷析出曲线分峰拟合及结合动力学分析,得出甲烷的生成是由一个脱吸附过程和四个化学反应共同作用的结果。     

Pyrolysis of model compounds on spent oil shales, minerals and charcoal: Implications for shale oil composition

Aliphatic compounds (alkanes, alkenes, alkanoic acids, ketones, alcohols and amines) were passed through beds of spent oil shales (Condor brown, Condor carbonaceous, Julia Creek), minerals (quartz, calcite, K-feldspar, pyrite, kaolinite) and charcoal at temperatures of 300–600 °C and the products were analysed by g.c.m.s. All the materials catalysed isomerization, aromatization and cracking to varying degrees: non-clay minerals < kaolinite ≈ spent oil shales < charcoal. Products included branched alkanes, isomeric alkenes, nitriles, ketones and alkyl-substituted benzenes, naphthalenes, pyridines, phenols, thiophenes and pyrroles. These compounds occur in shale oils and may be derived from secondary reactions of aliphatic products arising from kerogen cracking.     

小颗粒窑街油页岩流化床热解提油特性研究

在电炉加热流化床热解反应器上,进行了小颗粒窑街油页岩热解提油实验,研究了热解温度和固相停留时间对热解提油特性的影响,并深入分析比较不同条件制得焦油的品质。结果表明:热解反应进程、固液气三态产物分布和焦油品质主要受热解温度影响,受固相停留时间的影响相对较小。在500—600℃范围内,随着热解温度上升,热解反应从热分解阶段过渡到热缩聚阶段,液体产率和焦油品质均先上升后下降、并在550℃均达到最佳,此时液体产率为6.5%,一级热解液体产物中焦油的饱和分和芳香分质量分数分别达到30.0%和29.4%。在15—45min的固相停留时间范围内,适当延长固相停留时间有利于物料中可热解成分的析出,液体产率增大,焦油含中低温馏分及饱和分和芳香分的质量分数先增大、30 min后基本不变。     

Pyrolysis with partial combustion of oil shale fines in a spouted bed

Pyrolysis with partial combustion of oil shale fines from the Irati Formation in Brazil has been investigated in a 30 cm diameter spouted bed reactor. Experiments were carried out at atmospheric pressure and temperatures between 450 and 600°C. The oi] shale particle size was less than 6.35 mm. Spouting gas temperatures ranged from 20 to 565°C. Three inlet gas pipe diameters and two spouted bed heights were studied. Operation of the process was found to be stable over a wide range of test conditions. Results are presented for oil and gas quality, efficiency of retorting and overall performance of the plant.     

Pyrolysis kinetics of Athabasca bitumen using a TGA under the influence of reservoir sand

Pyrolysis kinetics of thermal decomposition of bitumen was investigated by thermogravimetric analysis (TGA). TGA experiments were conducted at multiple heating rates of 5, 10, 20°C min^–1 up to 800°C to obtain the pyrolysis characteristics of bitumen. Weight loss curve from TGA shows that two different stages occurred during bitumen pyrolysis. Differential method has been used for determining the kinetic parameters and the best fit for the order of reaction was found based on the R² values. Kinetics results confirm the presence of two different stages in bitumen pyrolysis with varying kinetic parameters. The average activation energy for the first and second stage was 29 and 60 kJ mol^?1 and the average order of the reaction was 1.5 and 0.25, respectively. Experiments have been conducted with different reservoir sand. The effect of different source of sand reveals no effect on the pyrolysis behaviour of bitumen. A considerable difference was found with the pyrolysis of bitumen–sand mixtures and bitumen alone based on coke yield and activation energy. © 2011 Canadian Society for Chemical Engineering     

油页岩半焦燃烧动力学研究

燃烧动力学是研究油页岩半焦颗粒燃烧特性的基础。利用热重分析仪对油页岩半焦进行了恒温燃烧实验研究,在排除外扩散影响的基础上,分析了燃烧温度、氧气浓度对油页岩半焦燃烧过程的影响。在实验范围内,氧气浓度和燃烧温度均能对油页岩半焦燃烧速率产生重要影响,更高的氧气浓度和燃烧温度可以加快油页岩半焦燃烧速率。结合实验结果,建立了考虑氧气浓度影响的油页岩半焦燃烧动力学模型,发现油页岩半焦燃烧速率与氧气浓度的0.97次方呈线性关系。模型计算结果与实验结果符合较好,为进一步研究油页岩半焦大颗粒燃烧特性提供了燃烧动力学基础。     

油页岩半焦热解特性

利用热重分析仪对油页岩半焦热解特性进行了研究.综合考虑制取半焦所获得的页岩油品质、半焦成分、发热量和循环流化床设计,认为干馏温度介于500～600℃为宜;干馏度对半焦热解初析温度和低温段热解过程有影响,但对高温段热解影响不明显,高温干馏所制取的半焦其热解过程包含于低温所制取的半焦热解过程中;随升温速率的提高,相同温度下的半焦热解度降低,当升温速率超过40℃&#8226;min^-1后,升温速率对半焦热解过程影响不大;最后采用Coasts法计算了油页岩半焦热解动力学参数,计算结果可供数值仿真和工程设计参考.     

Pyrolysis of Tertiary oil shale by a dolerite intrusion,Stuart Deposit,Queensland, Australia

The mid to late Eocene oil shale sequence of the Stuart Deposit, eastern Queensland, Australia, has been intruded by an alkali dolerite laccolith. The dolerite pyrolysed the intruded sediments with the observed aureole up to 68 m thick. Petrographic studies of samples from five drill holes that intersected the aureole showed that vitrinite reflectance near the top of the aureole generally decreases with depth but closer to the contact vitrinite reflectance rapidly increases. The lowest reflectance values are associated with a zone of bitumen, derived from the thermal alteration of alginite, in each of the five drill holes. The decrease in vitrinite reflectance is accompanied by a decrease in the fluorescence intensity of alginite and a shift in fluorescence colour towards the red end of the spectrum. In the zone characterized by the rapid increase in vitrinite reflectance, the alginite was pyrolysed and pyrolytic carbon formed.