油页岩干馏前后脱蜡条件下的页岩油特性研究摘要
页岩油作为重要的非常规能源,因储量丰富被公认为是石油的替代能源,其开发和利用受到越来越多人的重视。但是由于页岩油中含有大量页岩蜡,导致其密度大、流动性差、不便于运输和存储,严重制约着页岩油的大规模开发和利用。目前工业生产中,在页岩油加工生产成品油的过程中必须经过脱蜡工艺,方法是直接从页岩油中脱去页岩蜡,操作复杂且工艺较难实现;而页岩油中的蜡质成分来源于油页岩中的页岩蜡,所以本课题提出在干馏前对油页岩进行脱蜡以达到减少干馏后页岩油中页岩蜡的目的。本课题采用油页岩脱蜡和页岩油脱蜡两种方式来达到脱去页岩油中页岩蜡的目的,设计试验对比分析油页岩脱蜡和页岩油脱蜡对制得的页岩油性质的影响,为页岩油脱蜡工艺提供新的思路和数据支持。通过脱蜡前后油页岩的铝甑试验、工业分析试验、元素分析试验、发热量测定、扫描电镜试验和比表面积分析等实验研究脱蜡对油页岩燃料特性和物理性质的影响。研究结果表明:油页岩脱蜡后含油率降低,半焦产率降低,不凝气体产率升高,且混合溶剂脱蜡比单一溶剂脱蜡对油页岩燃料特性的影响更大;脱蜡后油页岩的挥发分含量降低,水分含量降低,灰分含量增加;脱蜡后油页岩的C、H、N、S元素的含量均降低;脱蜡后油页岩的发热量降低;油页岩预脱蜡后比表面积增大,总孔容积变大,表面变得粗糙破碎,结构凹凸不平,微裂隙和微孔增多,且混合溶剂脱蜡对油页岩表面的改造和破坏更明显。通过对比分析不同脱蜡方式得到的页岩油与原始页岩油的密度、粘度、凝点、倾点和发热量等,研究不同脱蜡方式对页岩油油品性质的影响。实验结果表明:预脱蜡和页岩油脱蜡两种脱蜡方式都可以使页岩油的密度、粘度、凝点和倾点下降,且页岩油脱蜡后效果最明显,二甲苯溶剂脱蜡效果最差。油页岩预脱蜡和页岩油脱蜡对页岩油发热量的影响不明显,其中页岩油脱蜡后热值略有降低,油页岩预脱蜡使干馏炼制的页岩油发热量增加。通过页岩油300℃馏分的FT-IR试验和液相NMR试验详细研究了两种脱蜡方式对页岩油化合物组成、官能团分布和分子结构参数的影响。通过GC-MS试验发现由于页岩蜡的脱出,页岩油300℃馏分脂肪链平均长度变短和异构化程度升高,其中页岩油脱蜡油>300℃馏分脂肪链平均长度最短和异构化程度最高;通过1H NMR和13C NMR试验研究两种脱蜡方式对页岩油>300℃馏分分子结构参数的影响,发现不同脱蜡方式对脂肪链平均长度变短的影响:页岩油脱蜡>混合溶剂预脱蜡>单一溶剂二甲苯预脱蜡。本文通过试验研究发现油页岩干馏前脱蜡可以在一定程度上达到减少页岩油中蜡质成分从而改善页岩油油品性质的目的,且混合溶剂脱蜡比单一溶剂脱蜡效果更好,却没有页岩油脱蜡的效果好。油页岩脱蜡和页岩油脱蜡使页岩油的油品性质改善的微观机理是有机溶剂将页岩油中的长链烷烃化合物脱去,导致页岩油中脂肪链平均长度变短和脂肪链支化程度升高。
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