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油頁巖電加熱裂解過程中溫度場分布的試驗與數(shù)值模擬
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資料類別
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化工建筑畢業(yè)論文（設(shè)計） |
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課程(專業(yè))
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地質(zhì)工程 |
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關(guān)鍵詞
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油頁巖|電加熱 |
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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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3191K |
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發(fā)布時間
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2015-01-02 19:04:00 |
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預(yù)覽文件
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無 |
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下載次數(shù)
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4 |
| 發(fā)布人 |
kj008 |
內(nèi)容簡介：
油頁巖電加熱裂解過程中溫度場分布的試驗與數(shù)值模擬，博士學(xué)位論文，共90頁。
摘要：
人類生存離不開三大能源：煤、石油和天然氣。近些年對三大能源的大量應(yīng)用，導(dǎo)致其儲量急劇減少。國際能源機構(gòu)對世界能源儲備狀況的調(diào)查表明，按照目前的開采利用速度，三大常規(guī)能源最多只能開采 100 年。因此，亟需找到新的替代能源來供給世界未來的發(fā)展。油頁巖，具有煤炭的特性，可直接燃燒，用于發(fā)電或供熱；同時還具有石油的成分，可以煉制人類石油—頁巖油。因此，找到合理經(jīng)濟地開發(fā)利用油頁巖的途徑，對解決現(xiàn)今能源問題具有重大意義。而對油頁巖進行原位開采，是現(xiàn)今公認的有效且對環(huán)境友好的方式。
雖然油頁巖原位開采技術(shù)優(yōu)勢明顯，但也存在許多問題，因此至今仍然沒有被大規(guī)模推廣。本文對油頁巖樣品的密度、含水率、孔隙率等物理性質(zhì)，熱傳導(dǎo)系數(shù)、熱擴散系數(shù)、體積比熱等熱物理性質(zhì)隨溫度變化情況進行了試驗；分析了油頁巖的裂解氣體組分與溫度的關(guān)系；利用研制的油頁巖電加熱裂解試驗臺及數(shù)據(jù)的監(jiān)控系統(tǒng)進行了油頁巖裂解的室內(nèi)模擬試驗，對油頁巖溫度隨時間的變化作了分析；利用室內(nèi)實驗得到的密度、熱傳導(dǎo)系數(shù)、熱擴散系數(shù)等參數(shù)，應(yīng)用 Ansys有限元軟件對油頁巖電加熱試驗過程中的溫度變化進行了模擬，其結(jié)果與試驗結(jié)果擬合較好，在此基礎(chǔ)上，以樺甸油頁巖現(xiàn)場為對象對油頁巖電加熱裂解情況進行了數(shù)值模擬。主要取得成果如下：
1．隨著加熱溫度的升高，油頁巖的塊體密度下降。其顆粒密度和孔隙率隨溫度的變化分為 3 個階段：①常溫到 450℃階段，油頁巖顆粒密度下降，孔隙率上升；②450~520℃階段，油頁巖顆粒密度和孔隙率均上升；③520~750℃階段，油頁巖顆粒密度上升，孔隙率不變。
2．油頁巖的熱物理性質(zhì)存在各向異性的現(xiàn)象。垂直層理方向的熱傳導(dǎo)系數(shù)和比熱小于平行層理方向，而熱擴散系數(shù)大于平行層理的熱擴散系數(shù)。
3．油頁巖加熱裂解過程中產(chǎn)生的氣體以 CH4 、C2H6、H2S、C4H10、C5H12C4H8為主。350℃時，干酪根主要裂解為不飽和的烯烴—C4H8，隨溫度的升高，烷烴及 H2S 含量增多。
4．室內(nèi)模擬原位電加熱油頁巖層溫度場的試驗表明，油頁巖某一點處的初期溫度主要和與其最近加熱器的距離有關(guān)，即距離加熱器越近，前期溫度上升越快。隨著時間的延長，其余加熱器對其熱量累積作用增強，距單個加熱器較遠的位置的溫度有可能超過距單個加熱器較近處的溫度。
5、利用有限元軟件 ANSYS 對樺甸地區(qū)油頁巖在不同加熱功率條件下的溫度場進行模擬研究。結(jié)果表明，6 口加熱井，井距為 5m 的加熱模式下，2kw 的加熱器功率效果較好。油氣開采時間為加熱后第 4~6 年。
關(guān)鍵詞： 油頁巖，電加熱，溫度場，數(shù)值模擬
第 1 章 緒論
1.1 研究的背景和意義
1.1.1 研究背景
能源是推動社會生產(chǎn)和人民生活進步的動力源泉，對社會和經(jīng)濟發(fā)展意義重大。而傳統(tǒng)的化石燃料——煤、石油和天然氣等的儲量正在急劇減少。據(jù)世界能源委員會的預(yù)測，自然界中開采成本較低的化石燃料將于 21 世紀的中期至末期耗盡[1]，石油和天然氣僅能利用 70 多年，煤炭資源也只能開采 100 年左右[2]。
中國能源儲量比較大，但由于人口眾多，人均擁有資源量整體處于世界較低水平，人均占有煤炭量相當(dāng)于世界平均水平的一半左右，而石油、天然氣等優(yōu)質(zhì)資源的人均占有量僅為世界平均水平的十五分之一左右[3]。因此，急需開發(fā)利用新的化石燃料作為替代能源。
油頁巖是一種沉積頁巖，其中富含有機質(zhì)。它具有煤炭的特性，可直接燃燒，用于發(fā)電或供熱，同時具有石油的成分，可煉制人造石油—頁巖油。因此，作為非常規(guī)能源的油頁巖，越來越引起世界各國的關(guān)注。
世界上的油頁巖儲量巨大，具不完全統(tǒng)計，其蘊藏量大約有 10×1012t[4]，折算成頁巖油約達 4500×108t，相當(dāng)于現(xiàn)在已探明天然原油儲量的 3 倍以上[5]，美國油頁巖探明儲量最高，幾乎占了全世界總量的 70%。中國油頁巖探明儲量 7199×108t，折合頁巖油達 476×108t[6]，居世界油頁巖儲量第二位。俄羅斯、扎伊爾和巴西等國家的油頁巖儲量也較豐富。世界上主要國家油頁巖資源儲量見表 1.1。
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