适合小颗粒油页岩的新型热解技术

正小颗粒油页岩颗粒与作为热载体的高温页岩灰在混合器中混合,并进入主反应器。经过固-固传热,油页岩温度升高并发生干馏,生成热解油气。传统的反应器中并无任何构件,热解油气会与从混合器落下的颗粒发生对流,使得热解油气中的含尘量很高。在反应器物料层内加装带有孔道的特定结构部件(内构件),热解油气可通过导气孔进入内构件并被油气回收系统收集起来,经冷凝分     

油页岩原位热解孔隙结构演化的低温氮吸附分析

孔隙结构是油页岩的一个重要特征,直接影响油页岩内的传热效率与油气流动行为。为分析油页岩孔隙结构在热解过程中的演化规律,采用热重分析与低温氮气吸附(LTNA)手段,定量分析了压力及不同热解终温下油页岩孔隙结构特征。结果表明:抚顺油页岩的有机质降解阶段为350~540℃,干酪根分解与沥青的二次分解在同一温度区间完成,没有明显的两阶段过程。以有机质热解起始温度350℃为界,孔隙结构与类型发生重大改变。低于该温度时以墨水瓶型孔为主,高于该温度时以狭缝型孔为主,有机质热解对油页岩孔隙类型的变化起控制作用。油页岩孔隙结构演化涉及复杂的物化过程,是有机质、热解产物与无机矿物共同作用的结果,有机质的热解使比表面积与孔体积产生大幅增加,研究结果可作为油页岩原位开采的有益参考。     

油页岩传热各向异性与原位传导热采模拟分析

【目的】油页岩原位开采过程中传热效率差,各向异性差异显著,油页岩原位开采中存在各向异性传热差异问题。【方法】以新疆巴里坤油页岩制标准样本试件,采取多种室内试验手段对不同温度下块状油页岩水平、垂直层理传热差异进行探究,并进行原位开采模拟。【结果】实验结果表明：1）随着温度升高,各层理方向热传导系数均呈“降低”趋势,但油页岩平行层理方向的热传导系数均大于垂直层理方向;2）随温度升高,比热容先升高再降低,当温度为400℃时,油页岩比热容值最大;3）结合显微CT图,随着温度的升高,裂隙增多对垂直层理方向热量传导的影响大于平行层理方向。基于上述实验测试参数,同时利用COMSOL软件建立油页岩储层原位电加热的“热-固”耦合模型,模拟结果表明：随加热时间的增加,各向异性传热差异逐渐开始呈现;当加热时间为120 d时,加热井附近区域温度上升,并未表现出明显的各向异性;当加热到600 d时,平行层理方向的传热区域明显大于垂直层理方向,呈“椭圆”状;加热到1 440 d时,传热区域小幅度增加,加热井控制区域页岩基本热解完成。     

大颗粒煤在移动床中的热解模型

应用煤热解的分布活化能机理,考虑热解热效应以及热解产物在煤粒内部的传热传质,提出了大颗粒煤在移动床中的热解模型,该模型可以预测煤热解过程析出挥发分分额,温度等参数在煤粒内的分布及其胡时间变化的规律,对大颗粒煤在移动床中对流和辐射传热条件下的热解进行了数值模拟,计算结果表明,大颗粒煤的热解必须考虑煤的热解热效应,而热解产物的传冷却放应则可以忽略,同时,讨论了煤粒表层和中心的热解状况以及颗粒直径,床层温度等参数对热解过程的影响。     

浸没燃烧蒸发过程单个气泡传热传质模型

浸没燃烧蒸发器是一种利用高温气体与低温液体直接接触传热的高效蒸发设备,其现有传热传质模型较为繁琐。该文从传质推动力角度出发建立了高温气泡在水中上升过程的传热传质模型,计算结果与文献报道的实验数据、模拟结果基本吻合。利用该模型计算可得出,浸没燃烧蒸发过程中,液体平衡温度随气体初始温度的升高或气泡内初始水蒸汽含量的增大而升高,接触时间在一定范围内的增加使得液体平衡温度随之降低,超出1 s后对液体平衡温度影响不大。     

分步热解气相色谱在油页岩工艺性质评价中的应用——以准南大黄山芦草沟组油页岩为例

采用热解气相色谱技术,通过分步程序热模拟了大黄山油页岩的干馏过程,探索了油页岩在各温阶下各种油(气)品热解回收动态变化及其热解总回收率变化,理论上分析了产生这种变化的原因,论述了油页岩工艺特性及其控制因素,以期为精确评价油页岩工艺性质提供参数。研究结果表明:干馏热解过程主要分3个阶段,410℃之前烃类产物很少,并随温度增高而缓慢增加;450～510℃区间烃类产物迅速增加,占全部热解产物的70%,并在490℃左右达到最大值;510℃以后烃类产物较少,以气态烃产物为主。大黄山油页岩整体具有轻质油潜力优势特征,未来加工炼制温度控制在450～510℃即可基本保证油(气)回收率、有效获取轻质油。油页岩原始生烃潜力是控制油页岩工艺特性的主要因素,油页岩原始生烃能力越强,干馏高温阶段的重质油产物越多。     

固定/鼓泡床中煤沥青球升温过程的CFD-DEM模拟

为掌握煤沥青球在不同床型结构下的升温规律,采用三维CFD-DEM耦合传热的数值模拟方法,对实验室尺度固定床和鼓泡床内的煤沥青球升温过程展开研究,获得了不同流型(固定床/鼓泡床)、高径比、厚宽比下床层内的气固流动及传热结构、气固对流传热强度、床层升温速率及温度均匀性信息.结果表明,相较于固定床,使用鼓泡床能够有效避免局部高温区域的形成;当床层高径比提升至0.95以上时,对鼓泡床温升的影响较小;跟踪颗粒在床层上方受到空气冷却的时间随高径比的增加而增加,从而导致其出现更大的温降;壁面效应随宽厚比的增加而逐渐减弱,气泡上升速度、颗粒动能均有所增加,使得床层颗粒的内循环速率加快,床层底部气固温差增大,床层颗粒升温速率提升约24.2%.     

桦甸油页岩的酸洗脱灰

以吉林省桦甸市油页岩为研究对象、以正交试验为基础设计试验流程,采用酸洗化学脱灰方法对油页岩脱灰工艺进行优化,得出最佳酸洗脱灰工况,在此基础上考察油页岩粒度和固液比对油页岩脱灰的影响.结果表明:在优化出的最佳脱灰工况下,矿物质脱除率高达92.27%;大颗粒页岩脱灰效果较好,当固液比达到1:8.75 g/mL时,脱灰率逐渐趋于平衡状态;油页岩经酸洗脱灰后热解速度明显加快,脱灰过程中孔隙比表面积的增大对热解的促进作用明显强于矿物成分对热解的促进作用.     

预热竖窑气固传热与水分蒸发数值模拟

通过对一种新型预热竖窑的预热脱水研究，建立了气固两相传热和水分蒸发收缩核模型.在气体速度分别为10,15和20 m/s与993 K的温度条件下，针对预热竖窑的气体温度分布，以铬铁球团为主的固体混合物料温度分布和水分蒸发情况进行模拟分析.结果表明，该预热竖窑在20 m/s与993 K的条件下，固体物料温度达到850 K以上并实现球团干燥，可以满足物料预热的温度和含水量要求.通过合理的预热工序，防止了冶炼过程中因含水率过高导致球团出现爆裂影响生产安全的问题，也满足了企业对冶炼过程中产生的高温尾气的余热利用的目标.     

油页岩原位转化热解反应特征研究综述

近年来,世界能源消耗日渐增加,作为非常规能源之一的油页岩是重要的接替资源。中国油页岩资源量丰富,居世界第四位。原位转化技术作为油页岩开采的主流技术,利用热解反应建立渗流通道,开采页岩油气。基于热解反应阶段、干酪根热解、矿物成分影响与热解协同孔隙结构演化等4个方面对原位转化过程中的热解反应特征进行研究综述：（1）热解反应各个阶段下的热物理演化与热化学反应;（2）干酪根热解的反应机理及其影响因素;（3）无机矿物分解对热解反应的促进与抑制作用;（4）热解反应协同孔隙结构演化的机理及其对微裂缝扩展的促进作用。立足于热解反应这一原位转化中的核心技术问题,力图为热解反应在油页岩与中低成熟度页岩油原位转化中的应用提供一定的参考。     

油页岩注蒸汽原位开采数值模拟

注高温蒸汽是一种有效的油页岩原位加热开采方法。参考美国绿河地区某油页岩原位电加热开采项目,采用CMG油藏数值模拟软件建立油页岩原位加热开采的数值模型,将其中的电加热井改为注高温蒸汽井,求解油页岩的温度场、干酪根浓度和产油量,对比电加热和蒸汽加热的优缺点,并讨论注入蒸汽速率和加热范围这两个主要因素对油页岩原位开采的影响。结果表明:与电加热相比,注蒸汽加热时油页岩层温度更高,干酪根分解更快,页岩油产量峰值到达时间更早;随注入速率增大、加热范围减小,干酪根热解反应加快,页岩油产出结束较早。     

热解过程中油页岩孔隙率变化规律

为预测原位热解工艺带来的水文地质环境变化,通过控制热解温度和时间的方法研究了不同热解程度油页岩的孔隙率变化规律。从油母质热解造成油页岩孔隙率变化的机理出发,结合油页岩的热解反应速率方程,建立了热解过程中油页岩的孔隙率变化定量模型,并将理论值与实验值进行了对比验证。结果表明:该模型计算结果与实验数据吻合良好,误差较小。可见该孔隙率定量模型能够较准确地计算热解过程中油页岩的孔隙率。     

移动床粉煤干馏炉一维数学模型的建立

以煤气-煤-循环灰三相传热机理和煤热解反应方程为依据,建立了以高温循环灰为热载体的移动床粉煤干馏炉的一维数学模型。根据不同的操作条件,分别对三相温度轴向分布规律和煤热解产物产率进行了模拟计算,微分方程组采用等步长的四阶Runge-Kutta数值积分方法进行求解。结果表明,煤颗粒在进入干馏炉后被快速加热,对于小粒径煤,升温速率可达600 K/min以上,煤粒径和灰/煤混合比分别对煤粒的升温速率和热解反应温度有显著的影响。     

移动床气固流与水平埋管的传热特性研究

对正压差条件下顺重力移动床气体－颗粒流与水平埋管的传热特性进行了实验及理论研究，揭示了埋管表面附近气体颗粒局部流动及换热的特点，建立并简化求解了描述移动床气固流与埋管间传热的物理数学模型，结果表明，细颗粒气固移动床的床层颗粒质量流率是影响传热效果的主要因素，压力作用则是通过改变床层颗粒质量流率及气体渗流率和热容来影响传热的。     

基于有限元分析的页岩气扩散数值模拟

本文基于Fick扩散定律,结合页岩气赋存形式和运移特点,针对干酪根有机质中溶解气扩散形式,建立干酪根中页岩气扩散数学模型。利用有限元分析方法进行数值求解,得到不同时刻干酪根内部页岩气浓度分布,分析干酪根内部不同位置浓度变化规律,内边界气体平均扩散通量变化规律,并通过计算得出给定符合页岩储层有机干酪根存在条件下干酪根扩散通量。同时在该扩散模型基础上改变边界条件,可以理论上计算多孔介质中气体有效扩散系数,为今后关于页岩气渗流理论和数值模拟研究奠定了基础。     

大颗粒流化床传热数值模拟与气固传热模型比较

采用欧拉-欧拉模型对GeldartD类颗粒气固流化床的非定常传热过程进行了模拟,比较了包括Gunn模型在内的6种不同的气固传热系数模型.通过模拟二维流化床发现,基于6种气固传热模型得出的平均壁面传热系数与文献的实验关联式相差不大,但是6种模型给出的局部气固传热系数呈现较大的差别,其原因在于不同模型中的两个主要影响参数颗粒雷诺数和床层空隙率的贡献不同.比较了6种气固传热模型之后,采用Gunn模型对D类颗粒的流化床进行了模拟和分析,结果表明:尽管存在较大的气泡和一定程度的腾涌,D类颗粒流化床可以实现稳定的流化.从流化床内的温度分布的演化来看,D类颗粒流化床的传热均匀性不存在问题,较大的颗粒直径和较大的气泡并未造成传热问题.     

吉林桦甸油页岩原位近临界水热解开采室内实验

从多学科交叉角度出发,将油气生排烃实验地质技术、绿色化工等相关领域方法引入到油页岩原位开采中。选取吉林桦甸油页岩样品,利用地层孔隙热压生排烃模拟实验仪开展了原位干馏热解和近临界水热解实验。研究表明:近临界水热解促进了油页岩原位油气转化,高温高压近临界水、反应生成的高含CO2的气体和较高的地层流体压力提高了油页岩原位页岩油潜在可采率/回收率,展现了利用近临界水特性开采油页岩,尤其是低品质油页岩的良好前景。针对我国油页岩资源埋藏深、品位低、非均质性强的情况,可以考虑利用近临界水做热传导介质和水溶解性催化剂,对地下油页岩进行原位开采。     

抚顺式和桦甸式油页岩干馏工艺的比较

在油页岩综合开发项目中,油页岩干馏工艺的选择是整个项目的关键。详细介绍了国内工业生产中所采用的抚顺式炉干馏工艺和桦甸式油页岩干馏工艺的工艺流程,并对这两种工艺的特点进行了分析对比。     

脉动流化床内换热面与床层的传热特性分析

在大颗粒气固流化床中，颗粒的随机运动、颗粒之间的相互碰撞对颗粒传热影响较大．对脉动流化床内换热面与床层的传热特性进行了试验研究，试验中观察到的脉动床最大传热速率比普通流化床的传热速率提高15％左右，对于较大直径的颗粒，脉动流化床的传热效果更突出；在实际操作过程中，选择合理的床层静止高度和气流脉动频率对提高传热系数有利．