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高壓—工頻電加熱原位裂解油頁巖理論與試驗研究
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資料類別
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化工建筑畢業(yè)論文（設計） |
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課程(專業(yè))
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地質(zhì)工程 |
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關鍵詞
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油頁巖|原位裂解 |
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適用年級
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研究生 |
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身份要求
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游客 |
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金 幣
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0 （金幣如何獲得？） |
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文件格式
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caj |
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文件大小
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6187K |
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發(fā)布時間
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2014-12-30 16:33:00 |
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預覽文件
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無 |
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下載次數(shù)
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3 |
| 發(fā)布人 |
kj008 |
內(nèi)容簡介：
高壓—工頻電加熱原位裂解油頁巖理論與試驗研究，博士學位論文，共138頁。
摘要：
能源問題是目前世界亟待解決的問題，天然石油不可再生，我國原油對外依存度逐年增加，資源嚴重匱乏，對于油頁巖資源的開發(fā)利用重新回到了人們的視野。吉林省屬于資源短缺大省，但是其油頁巖資源豐富，在我國油頁巖儲量居首位。目前對油頁巖資源的開發(fā)利用還處于地下開挖，地表干餾的狀態(tài)，可供地表開挖干餾的部分油頁巖越來越少，且地表干餾環(huán)境污染嚴重等缺陷制約著其發(fā)展。原位裂解油頁巖技術(shù)可以克服地表干餾法的多數(shù)缺陷，但是技術(shù)并不成熟，還處于試驗階段。吉林省油頁巖資源含油率低，儲層薄，埋深較深，目前的原位開采技術(shù)并不適用于吉林省的油頁巖資源的開采，因此針對吉林省油頁巖資源創(chuàng)新提出了高壓-工頻電加熱原位裂解油頁巖技術(shù)，為油頁巖原位開采技術(shù)提供了新的思路。
通過閱讀大量文獻，進行初步的基礎試驗，在理論與試驗的基礎上，中俄學者提出高壓擊穿-工頻加熱的裂解方法。本文利用所設計的高壓-工頻發(fā)生器、室內(nèi)試驗反應釜進行了不同距離、不同電壓、不同電流等因素影響下的試驗。由于試驗過程中溫度的不易測量且很難控制，利用基礎試驗得出的規(guī)律對高壓-工頻電加熱原位裂解試驗的結(jié)果進行反推來判斷試驗過程中的平均溫度，進一步驗證該技術(shù)的機理。
首先對 100-700℃7 個溫度節(jié)點下保溫兩個小時的塊狀油頁巖樣品進行熱重分析，工業(yè)分析，對其產(chǎn)物進行氣相色譜分析。試驗所得的熱失重峰值相對于原樣的熱重分析其失重峰值有滯后現(xiàn)象，是因為在塊狀樣品隨著環(huán)境溫度的升高，熱量從樣品表面?zhèn)鬟f到樣品的內(nèi)部的過程，因此失重峰值溫度向后偏移。在室內(nèi)試驗與原位開采的過程中都應該考慮到內(nèi)部傳熱的過程，將溫度控制在 500℃左右。通過加熱試驗后其產(chǎn)物與殘渣分別進行了大量的檢測，得出油頁巖樣品的平均溫度隨溫度的升高產(chǎn)物與殘渣成分的變化規(guī)律，當平均溫度在 500℃-600℃時，產(chǎn)氣量達到最大值，氣體量的峰值隨著溫度的升高逐漸前移，是因為高溫使得大分子的烴類物質(zhì)斷裂生成小分子的烴類，更有利于氣體產(chǎn)物提純。
以固體擊穿理論、等離子體理論、傳熱學理論為基礎，對高壓-工頻電加熱原位裂解技術(shù)的可行性進行論證，并同時與 ICP 原位轉(zhuǎn)化工藝對比，針對吉林省油頁巖資源的特點，高壓-工頻電加熱原位裂解技術(shù)的加熱通道垂直于層理，相同厚度的油頁巖層具有更大的有效加熱面積。對油頁巖原位裂解過程中的熱量傳遞規(guī)律建立物理模型，并進行仿真模擬。由于隨著溫度的升高油頁巖材料的大部分物理性質(zhì)都會隨之變化，因此在模擬的過程中將導熱系數(shù)、介電常數(shù)、比熱等參數(shù)隨溫度的變化考慮其中，建立了非穩(wěn)態(tài)模型。對室內(nèi)油頁巖裂解試驗進行了模擬，根據(jù)模擬結(jié)果判斷油頁巖礦層達到裂解溫度的區(qū)域與時間，通過后期的室內(nèi)試驗進行驗證，為原位開采提供數(shù)據(jù)基礎。 建立了油頁巖高壓-工頻電加熱原位裂解實驗平臺，高壓-工頻發(fā)生器可通過電流或者電壓對油頁巖進行擊穿；室內(nèi)反應釜為試驗提供了安全可靠的空間，并滿足溫度和壓力的校核。試驗平臺可以更直觀和方便的觀察油頁巖的裂解過程，并可進行重復試驗，為原位開采提供試驗基礎和借鑒意義。并進行了高壓-工頻電加熱原位裂解技術(shù)的室內(nèi)試驗，經(jīng)過對油頁巖樣品的擊穿與加熱，成功產(chǎn)生頁巖油和可燃氣體，驗證高壓-工頻電加熱原位裂解油頁巖技術(shù)的可行性，并且該技術(shù)方法使能量積聚在油頁巖內(nèi)部，即能量損失��；進行高壓-工頻電加熱原位裂解油頁巖的室內(nèi)試驗，根據(jù)試驗數(shù)據(jù)擬合出在相同試驗條件下，相同性質(zhì)的油頁巖擊穿時間與電流/電壓及距離的函數(shù)關系，為原位試驗提供參考；通過對是產(chǎn)物進行熱重分析、X 衍射分析、元素分析，可得高壓-工頻電加熱原位裂解油頁巖的試驗表明以電極作為加熱體，其附近的油頁巖發(fā)生了劇烈的裂解反應，根據(jù)油頁巖裂解規(guī)律可反推其平均溫度達到 600℃以上，內(nèi)圈的溫度達到了 860℃以上。 高壓-工頻電加熱原位裂解油頁巖技術(shù)可以成功產(chǎn)生油氣，理論與試驗上都驗證了這種技術(shù)原理的可行性，其產(chǎn)油氣速度快，能量損失小，無地表環(huán)境污染，是一種很有前景的油頁巖原位裂解技術(shù)。
關鍵詞： 油頁巖，原位裂解，高壓-工頻，等離子體，數(shù)值模擬，產(chǎn)物分析
第 1 章 緒論
1.1 概述
能源是近年來世界各國都將要面臨的最嚴峻的問題，傳統(tǒng)能源的急劇消耗引發(fā)了尋求新型非常規(guī)能源的勘探與開發(fā)熱潮[1]。我國的油頁巖資源儲量巨大，在 20 世紀 60 年代發(fā)現(xiàn)大慶油田以前，一直是我國油氣資源中的主
力。天然石油的大量開采利用使得油頁巖的開發(fā)利用被擱置[2]。而隨著經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，石油的消耗量的增長，使得我國從自給自足再度成為石油進口國[3,4]。圖 1.1 為 1993-2012 年 20 年間我國石油凈進口量逐年攀升，對外依存度處于逐漸增長的趨勢，2012 年對外依存度已升高至 56.42%。從 2011 年開始，我國已經(jīng)成為世界原油對外依存度最高的國家。天然石油不可再生，而國內(nèi)剩余的原油儲量嚴重匱乏，已無法追趕經(jīng)濟的飛速發(fā)展的節(jié)奏。而為了緩解能源的壓力，對于非常規(guī)能源的開發(fā)利用重新回到了人們的視野。
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