本文首先采用自行设计的固定床热解装置研究载气流量、升温速率、颗粒粒径和热解终温对油页岩热解产物含量及特性的影响,并探索油页岩最佳热解条件。实验结果表明:热解终温是影响油页岩热解的主要因素,油收率随温度的升高而增大,但页岩油的H/C比降低。载气流量的增大加快热解产物逸出速度,但过大会阻碍热解油气的冷凝,导致油收率降低;升温速率的增大加快传热速率,提高有机质的热解速度,有利于热解产物的析出;颗粒粒径的增大,增加热解产物逸出路径,加剧二次裂解反应,降低了页岩油含量。因此龙口油页岩在固定床热解装置的优化条件为:粒径2-3mm,升温速率15℃·min^-1,反应终温550℃,载气流量0.6 L·min^-1,此时页岩油含量达17.39wt%,页岩油中含50.03wt%饱和分,25.63wt%芳香分,采用半定量方法计算出页岩油中正构烷烃、烯烃含量之和为582mg·g-1oil。采用电子顺磁共振技术(EPR)检测不同终温下得到的油页岩半焦和页岩油中自由基浓度。研究发现,半焦自由基的浓度比页岩油的大。随热解终温的升高,半焦和页岩油中自由基浓度增大。半焦中自由基的g值,表征自由基与周围其他电子相互作用,随热解终温的升高而降低。表征自由基弛豫时间的线宽随热解终温的升高呈先减小后增大的趋势。自由基参数随热解终温的变化主要归因于自由基自旋-晶格和自旋-自旋之间的竞争关系。采用油页岩高温再热装置研究热解温度与停留时间对热解产物特性的影响规律。研究结果显示,升高加热温度,延长停留时间,可加剧二次裂解反应,导致大分子化合物断裂生成小分子化合物,页岩油收率降低,干馏气收率增大。同时页岩油初馏点降低,汽柴油馏分增加,H/C增大,页岩油中低碳数烃类化合物含量增加,页岩油品质得到提高。热解油气除发生二次裂解反应外,还容易发生结焦反应。加热温度的升高,结焦反应加剧。加热温度和停留时间是影响热解油气二次裂解反应的重要因素,其中加热温度的影响程度更大。本文采用PY-GC/MS技术研究油页岩中干酪根的热解特性。研究结果显示:干酪根热解产物分为五大类:C8-C31正构烷烃、C8-C23正构烯烃、芳烃化合物、苯酚系列、脂肪酸系列、少数含氧化合物和类异戊二烯烷烃。采用总包一级反应动力学模型计算正构烷烃、烯烃以及烷基苯的生成动力学参数。结果表明,正构烷烃活化能主要集中在26-86 kJ·mol-1,正构烯烃活化能为50-98 kJ·mol-1,烷基苯化合物活化能为88-99 kJ·mol-1。正构烷烃、烯烃的活化能随碳数的增大而降低,反应速率常数的增幅随活化能的增大而增大。此外,采用色谱面积法研究升温速率(10℃·min^-1-10000℃·min^-1)对正构烷烃、烯烃和烷基苯含量的影响。升温速率降低,热解时间延长,二次裂解反应加剧,小分子烷烃、烯烃、烷基苯含量增大,大分子烃类化合物含量降低,但烷烃、烯烃和烷基苯三种化合物的总含量增加约40%。本文利用太赫兹波谱技术对干馏气中的主要成分CO、CO2、CH4、C2H6进行测量,并结合统计方法进行定量计算,为油页岩热解过程中热解产物的在线检测研究提供理论依据。四种气体组分在太赫兹波段均有吸收,且神经网络算法的模拟结果良好,证明基于太赫兹光谱的神经网络分析方法可用于检测干馏气的组成。采用太赫兹技术对不同热解条件下得到的半焦进行波谱检测。结果表明,半焦的太赫兹波谱随热解条件的变化而发生波动,可能与半焦中物质结构的变化有关。此外,半焦的太赫兹波谱幅值随热解条件的变化规律与油页岩油收率随热解条件的变化规律基本一致,说明半焦波谱特征与油页岩油收率存在良好的依赖关系。