油頁巖煉油設(shè)備
油頁巖由少量的有機(jī)質(zhì)和大量的無機(jī)礦物質(zhì)組成,且無機(jī)礦物質(zhì)骨架包覆著有機(jī)物質(zhì)。有機(jī)質(zhì)含量通常小于總質(zhì)量的35%,無機(jī)礦物質(zhì)含量通常占總質(zhì)量的50%~85%。油頁巖的利用途徑主要包括直接燃燒發(fā)電和熱解制取頁巖油。直接燃燒是將油頁巖中儲(chǔ)存的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能,該利用方式較為簡單,但過程中的能源回收率較低,難以充分利用油頁巖的價(jià)值;油頁巖熱解是指在隔絕空氣(或惰性氣氛)條件下將油頁巖加熱到450~550℃,其中的有機(jī)質(zhì)分解產(chǎn)生頁巖油、可燃?xì)夂桶虢沟倪^程。油頁巖熱解生成的頁巖油在品質(zhì)上與天然石油類似,因此油頁巖也被稱為“人造石油”。熱解產(chǎn)生的頁巖油可以不經(jīng)加工而直接用作燃料,也可通過加氫精煉過程制備多種化工產(chǎn)品。與燃燒發(fā)電相比,熱解制油可更有效地利用油頁巖的資源價(jià)值。
如前所述,在隔絕空氣(或惰性氣氛)條件下將油頁巖有機(jī)質(zhì)加熱到450~550℃而發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)的過程稱為油頁巖有機(jī)質(zhì)的熱解過程。熱解是油頁巖轉(zhuǎn)化過程的必要步驟,也是目前油頁巖有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化為頁巖油的主要方法。
油頁巖熱解過程:油頁巖有機(jī)質(zhì)的熱解過程根據(jù)溫度不同可大概分為三個(gè)階段:第一個(gè)階段為室溫至200℃,該階段主要發(fā)生吸附水和氣體的脫除;第二個(gè)階段為200~350℃,該溫度段內(nèi)羥基和羧基逐漸脫除生成H2O和CO2等氣體,另外有機(jī)質(zhì)發(fā)生解聚產(chǎn)生瀝青中間體和一些有機(jī)小分子氣體;第三個(gè)階段(350~550℃)為有機(jī)質(zhì)熱解的主要階段,該階段內(nèi)瀝青中間體以及有機(jī)質(zhì)殘?jiān)鼘l(fā)生分解產(chǎn)生油、氣和半焦。
油頁巖生產(chǎn)頁巖油的工藝核心是熱解,而油頁巖熱解產(chǎn)生的揮發(fā)分則是頁巖油氣形成的來源。通常有機(jī)質(zhì)的熱分解機(jī)制可以分為兩步:首先有機(jī)質(zhì)發(fā)生分子層次的共價(jià)鍵斷裂,生成初始自由基碎片;隨著溫度的升高這些自由基碎片之間相互發(fā)生一系列的二次反應(yīng)(裂解、交聯(lián)、縮聚),最終形成宏觀上的揮發(fā)物與半焦產(chǎn)物。