资源描述：
《颗粒粒度对油页岩热解特性和动力学参数的影响.docx》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、颗粒粒度对油页岩热解特性和动力学参数的影响摘 要: 在热重—红外联用分析仪上进行了桦甸油页岩的热解特性实验研究,得到了升温速率为20℃/min时颗粒粒度分别为75.66μm、110.05μm、200.21μm和290.40μm的油页岩的热解TG、DTG和DSC曲线,分析了油页岩的热解特性及规律.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是主要的;随着颗粒粒度的减小,油页岩的热解特性趋好.通过数据分析,得到了油页岩在不同阶段的热解反应动力学参数.关 键 词: 油页岩;热解特性;颗粒粒度;化学反应动力学油页岩是矿物质含量超过30%的腐泥煤[1].地质勘探工作表
2、明,油页岩是在矿物机体中含有固体可燃有机质的沉积岩,在化石燃料中它的储量折算为发热量仅次于煤列第2位[2],如果将它折算成页岩油,世界上的油页岩储量将是4750亿t,相当于目前世界天然原油探明可采储量的5.4倍[3].我国油页岩资源丰富,是世界上油页岩资源丰富的国家之一,已探明的油页岩储量为315.67亿t,储量也仅次于美国、巴西和爱沙尼亚,列世界第四,且主要集中于茂名、桦甸和抚顺等地[4],便于大规模开采利用.在世界范围内能源需求不断增长的今天,寻求油页岩的有效开发与经济利用的途径,对于缓解能源供需矛盾,推动社会的发展,具有重大的现实意义.本文采用热分析方法,在原有研究
3、基础上[5-10],对桦甸油页岩的热解性能进行了研究,为今后油页岩的燃烧能源利用奠定了坚实的基础,并提供了理论保障.1 热分析实验1.1 实验样品的制备与基础数据的获得本文的实验样品采用吉林省桦甸市的油页岩,经将块状的油页岩砸碎再在磨煤机上研磨,最后经过手用玛瑙磨研制而成.这全部采用原样品,期间未进行任何的筛分处理,以保证实验数据能准确地反映此油页岩的特性.研磨后的油页岩粒度利用英国MALVERN公司生产的MAM5004型激光粒度分析仪测量得到,共磨制了4种不同粒径的油页岩.有关本样品的元素分析、工业分析、灰成分分析的实验数据及粒度分布与筛余份曲线见表1、表2及图1.1.
4、2 实验设备及实验说明本文采用STA409型热综合分析仪和EQUI-NOX55型傅里叶红外光谱仪联合组成的热重—红外联用分析仪对不同粒度的油页岩进行了热解实验研究.本次实验所采用的升温速率为20℃/min,对粒径分别为75.66μm、110.05μm、200.21μm和290.40μm的油页岩进行了热解特性实验研究.实验所用的惰性气体为N2,气体流量为100ml/min,实验煤样的质量基本上相同,其他实验条件也相同.1.3 实验结果及分析在上述的热解实验中同时得到了4种不同粒度的样品在同一升温速率下的热重曲线(TG曲线)和微商热重曲线(DTG曲线),以及差示扫描量热曲线(
5、DSC曲线);特性参数包括:热解产物初析温度Ts、最大热解速度(da/dτ)max和所对应的温度Tmax、以及(da/dτ)/(da/dτ)max=1/2所对应的温度区间△T1/2.当升温速率为20℃/min时,不同粒度的油页岩热解TG曲线如图2所示,DTG曲线如图3所示,DSC曲线如图4所示.从图2~4中不难看出各不同升温速率下的TG曲线很相似,随着颗粒粒度的降低开始分解的温度Ts有不同程度的降低,但是效果并不明显,而分解的终止温度也基本稳定;随着颗粒粒度的减小,在达到每一阶段分解终温之时,被分解掉的油页岩的量也基本稳定,这都说明颗粒粒度对油页岩低温段的热解没有太大的影
6、响,这可能是因为油页岩低温段的热解主要是挥发成分的析出,速度较快所致.另外,从TG曲线(图2)看出,每条曲线都有明显的两个下降阶段,说明油页岩的热解是分两步进行的.虽然低温段和高温段的热解区分并不是很明显.油页岩在低温段的热解主要是油页岩中可挥发性的气体溢出引起热解失重,油页岩在低温段的热解速度非常快,在370~520℃区间范围内迅速挥发完毕;而在高温段热解速度明显下降,从表3和表4中也可对比看出,高温段比低温段的最大热解速率明显降低.有关升温速率为20℃/min的不同粒度下油页岩在低温段和高温段的热解特性参数见表3和表4.从DTG曲线(图3)中我们看出,各不同粒度下的油
7、页岩的微商热重曲线基本吻合,从表3和表4中的数据我们同样可以看出,低温段的热解速率随着粒度的降低而升高,但并不明显,热解产物释放特性指数r也不断增加,说明颗粒粒度对油页岩低温段的热解有影响,粒度越小热解特性越好.在高温段,从表4中的数据来看,随着颗粒粒度的降低,油页岩中热解产物析出的最大速度差别不大,而开始析出热解产物的温度有所降低,说明油页岩在高温段的热解时间随着粒度的降低而提前,热解更加容易;与低温段相比,高温段的半峰宽逐渐变小,这可能是因为经过低温段的热解之后,剩余的大多为难以挥发的有机物、固定碳和一些矿物质等固态物质和
